T/SSSC 013-2025 基于HYDRUS-1D的土壤有机污染物包气带衰减因子估算技术指南

以下是对《基于HYDRUS-1D的土壤有机污染物包气带衰减因子估算技术指南》（T/SSSC 013-2025）核心内容的详细总结：

​​1. 标准定位与适用范围​​

• ​​目的​​：规范基于HYDRUS-1D模型模拟有机污染物在包气带中垂直运移过程，计算​​包气带衰减因子（AF）​​，服务于土壤-地下水系统风险评价及土壤污染物安全阈值推导。
• ​​适用对象​​：
  • 需满足污染物在包气带内达到​​浓度动态平衡​​（4.1条）；
  • 仅考虑​​淋溶过程​​，忽略地下水稀释扩散（4.2条）。

​​2. 核心概念定义​​

• ​​包气带衰减因子（AF）​​（3.1条）：
  土壤表层孔隙水污染物浓度（C_e，mg/L）与包气带下层土壤溶液平衡浓度（C_d，mg/L）的比值，即 AF = C_e / C_d（无量纲）。

​​3. 技术框架（5章 & 图1）​​

流程分为四步：

1. ​​数据收集​​（第6章）
2. ​​概念模型构建​​（第7章）
3. ​​包气带污染物运移模拟​​（第8章）
4. ​​衰减因子计算​​（第9章）

​​4. 关键操作流程​​

• ​​数据类型与来源​​：
  

  ​​类别​​	​​参数示例​​	​​来源​​
  勘察测定数据	土壤剖面、包气带深度、土壤持水量、饱和导水率、污染物浓度	GB/T 50123、HJ 25.1/25.2、岩土工程勘察报告、场地采样检测
  地理空间数据	点位坐标、地形地貌	地理空间数据集插值推算
  站点监测数据	降水量、蒸腾量、温度、湿度、风速等气象数据	气象站点或数据产品
  其他资料数据	污染物理化性质（扩散系数、Henry常数）、模型参数（吸附系数Kd）	PubChem/NIST数据库、文献、HYDRUS-1D默认参数

• ​​预处理要求​​：清洗异常值/缺失值，转换数据格式以满足模型输入。

• ​​空间离散化​​：
  • 垂直分层：地表（Z=0）→ 潜水层，按土层性质划分（0-0.5m细分，0.5-6m间隔≤2m）。
  • 单层内需土质均匀（图2）。
• ​​时间离散化​​：
  步长需满足稳定性条件：

  \left| \frac{v_z \cdot dt_{\text{HYDRUS-1D}}}{dz_{\min}} \right| \leq 1

  其中 v_z = 溶质垂向速率，dz_{\min} = 最薄土层厚度。

• ​​参数设置​​：
  • ​​水流模型​​：van Genuchten模型（细质地土壤）；
  • ​​关键参数​​：残余/饱和持水量（Qr/Qs）、饱和导水率（Ks）、土壤水分特征曲线参数（α, n）等（附录A）；
  • ​​溶质运移​​：平衡模型，需输入纵向弥散系数、吸附系数（Kd）、扩散系数等；
  • ​​边界条件​​：上边界（通量边界）、下边界（零梯度）、初始浓度（实测值）。
• ​​模拟输出​​：包气带下层平衡浓度 C_d（8.3条）。

• 直接由公式计算：

  AF = \frac{C_e}{C_d}

  C_e = 表层孔隙水浓度（实测），C_d = 模拟所得下层平衡浓度。

​​5. 参数获取方法（附录A）​​

• ​​土壤水力参数​​（如Qr, Qs, Ks）：
  • 优先实测（GB/T 50123）；
  • 或使用HYDRUS-1D内嵌​​Rosetta模型​​预测。
• ​​吸附系数（Kd）​​：实验室批量实验拟合（Freundlich/Langmuir模型）。
• ​​扩散系数​​：PubChem、NIST等数据库获取。
• ​​气象数据​​：站点监测或标准化数据产品。

​​6. 规范性引用文件​​

• 包括土壤/地下水监测标准（HJ 164、HJ 166）、风险评估导则（HJ 25.3）、污染物采样规范（HJ 1019）等12项文件（第2章）。

​​7. 注意事项​​

• ​​模型局限性​​：仅适用于一维垂向运移，忽略水平扩散。
• ​​数据质量要求​​：参数敏感性高，需确保数据精确完备（6.1条）。
• ​​平衡状态验证​​：模拟时间需足够长（通常≥10年）以保证浓度平衡（8.3条）。

​​总结​​

该标准系统整合了​​数据采集→模型构建→模拟→计算​​全流程，核心是通过HYDRUS-1D量化污染物在包气带中的垂向衰减程度（AF），为有机污染场地的地下水风险管控提供科学依据。操作中需严格遵循参数获取规范，并验证模型收敛性。