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随着我国城市化进程的加速，大量工业企业根据政策需求停产或搬迁，从而遗留了大量污染地块亟待修复[1]。2020年，我国261个工业污染场地修复工程中，约有63.2%为有机污染场地[2]，污染物种类分布主要为多环芳烃类、总石油烃和苯系物等挥发性和半挥发性有机污染物[3-4]，污染物种类多，毒性大，因此有机污染场地修复是土壤环境治理工作的重点之一。
原位热脱附技术因其具有修复周期短、可靠性高、适用性强、二次污染可控等优点，在有机污染场地修复中被快速推广应用[5-6]。根据加热方式的不同，原位热脱附技术可分为热传导加热 (Thermal Conduction Heating, TCH) 、电阻加热 (Electrical Resistive Heating, ERH) 、蒸汽强化抽提 (Steam-Enhanced Extraction, SEE) [7-8]以及阴燃加热[9]、射频加热[10]等。由于各工艺加热机制不同，所适用的污染场地类型也各不相同。SEE技术是将高温水蒸汽注入污染区域，提高土壤温度，促进污染物的挥发，然后利用气流将污染物带出，达到去除污染物的目的[11]。该技术易与其他技术联用，针对污染物沸点低、地层渗透性和均质性都较好的污染场地具有良好的适用性，尤其在针对包气带非水相液体 (NAPLs) 污染修复方面具有较好应用前景[12-15]。
国内外关于SEE技术的应用研究中，蒸汽注射井和抽提井通常采用垂直井形式。垂直井设计、施工简便，单位延米建井及安装成本较低，针对污染垂向分布复杂的场地具有较强的适用性，但针对污染呈水平带式分布或存在地表障碍物的污染地块，垂直井的劣势开始凸显。相较于垂直井，水平井具有与污染物接触面积大、可直接进入地表障碍物下方修复、地面设施少、占地面积小[16]等优点。针对水平方向扩散范围较广的污染羽及存在于不可移动/拆除建构物 (比如建筑物、道路等) 下方的污染修复或风险管控，水平井具有明显的技术优势。随着场地修复工程对非开挖技术的需求越来越多，有关水平井的研究和应用开始增多。2001年，The Interagency DNAPL Consortium (IDC) [17]在美国卡纳维拉尔角34号发射场组合应用水平井和垂直井验证蒸汽注入/抽提 (SI/E, steam injection/extraction) 对地块中TCE-DNAPL的去除效果，实验结果表明，应用SI/E后，污染地块内的总TCE质量减少了85%，DNAPL质量减少了约89%。2015年，美国加利福尼亚州北岛海军航空站[18]应用水平井对场地内有机污染进行蒸汽加热强化NAPL回收，经过处理后，场地建筑内空气中的三氯乙烯水平下降到可接受水平，而蒸汽注入系统的运行，促进了TPH回收率的大幅提高，同时VOCs的回收率也略有提高。国内有关水平井用于土壤修复的研究起步较晚，目前尚无应用水平井实施SEE技术的工程案例报道。目前，针对水平井蒸汽加热土壤过程中的加热影响半径、土壤升温和冷却速率等关键参数的研究极少，而这些参数对于水平井式原位蒸汽加热工程设计至关重要。本研究通过示范工程验证实施了一种非开挖式水平井施工方法，并通过中试实验观察水平井原位蒸汽加热土壤过程中的温度变化规律，分析热量扩散方向，确定应用水平井蒸汽加热土壤的影响半径，以期为同类工程设计提供参考。
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中试实验场地位于山西某煤气化企业遗留污染地块内，实验场地面积约1 000 m2，污染埋深为−3~0 m，主要污染物有PAHs等。地块地质勘察结果表明，场地地层可划分为7个大层及其亚层，地层岩性分布如表1所示。在实验地块内距离地表不同深度采集3个土工样品测定土工参数，结果如表2所示。实验地块内地下水位较深，无需考虑地下水的影响。
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本实验系统由蒸汽发生单元、水平井注射单元、温度监测系统、地面保温层等4部分构成。其中，蒸汽发生单元由蒸汽发生器组成，额定蒸汽产生量为0.5 t∙h−1、额定蒸汽压力为0.7 MPa、饱和蒸汽温度为171 ℃；水平井注射单元由地上蒸汽输送管道和地下水平蒸汽注射井组成，水平井井管为耐高温、耐腐蚀的预制滤料水平井管 (图1) ；温度监测系统由K型热电偶 (量程0~300 ℃) 组成；地面保温层由“土工布+HDPE膜+土工布+10 cm混凝土”自下而上顺序铺垫而成。
本实验于2.5 m深度布设1口水平蒸汽注射井，并沿其轴向和径向不同距离布设数口垂直测温井 (图2) ，用于监测注射井周边土壤温度，探索蒸汽在土壤中的扩散情况。设字母“T”代表井类型为温度监测井，第一位数字代表监测井编号，第二位数字代表不同深度监测点。其中，“1”代表0.5 m深度监测点，“2”代表1.5 m深度监测点，“3”代表3.2 m深度监测点。
水平蒸汽注射井施工采用非开挖式水平定向钻进工艺，施工水平段总长约为10 m，由5段单根长度为2 m的预制滤料水平井管顺次连接形成，井管间采用不锈钢波纹软管做软连接，以减小水平井曲率半径，减少施工造斜段长度，减少耗材，降低施工成本。利用水平定向钻进技术进行水平井施工的示意图如图3所示，施工步骤如下。
1) 钻孔曲线设计。根据管道材质、铺设要求、钻孔地质条件、施工设备等条件进行钻孔曲线设计，确定造斜点、曲线段曲率半径、钻具入土角、出土角等钻孔轨迹参数，绘制施工图。
2) 测量定位放线。依据施工图要求测量放线，测定管道入土点、出土点，放出钻机安装位置线、管道两端具体轴线位置及标高。
3) 水平定向钻机就位与调试。根据施工图，将钻机及附属配套设备锚固在预定位置，经检查确认后，设备进行试运转，检查各部位运行情况；调、校控向系统，将测量数据存储于计算机内；调试泥浆系统。
4) 导向孔施工。按预先与地面放出的管道平面中心线，沿设计要求的管中高程进行钻孔。导向施工期间，控制好每根钻杆的斜度和深度值，每3 m记录1次导向数据，并与设计曲线对比，减小偏差，确保工程施工准确性。
5) 回拉扩孔。钻孔导向完成后，将传感器拆卸下来，更换为钻头，根据穿越管径实际情况进行回拉扩孔，扩孔孔径一般为管径的1.2~1.5倍。
6) 管道回拖。将管道与回拖头连接，开始回拖，管道两端做好封堵，避免泥浆进入管道。拉管施工过程中需匀速回拖，直至成品管线在钻机侧出土为止。回拖过程中严格控制泥浆流量、回拖速度，记录钻机的扭矩、回拖力，出现异常立即报告。
待实验系统组装完成后，打开蒸汽注入管道阀门，同时启动电源，蒸汽注射连续运行43 h后，停止注射。再持续降温113 h，观察实验全过程中蒸汽注射井周边土壤的温度变化。
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1) 沿水平井轴向土壤温度变化。为研究蒸汽加热过程中沿水平井轴向方向的土壤升温情况，在距离蒸汽注射井一侧0.5 m处沿轴向分布T1、T2、T3、T4等4口测温井，加热过程中监测沿轴向同一深度不同测点温度变化 (以1.5 m深度监测点为例) 。由图4可知，加热5.5 h后监测点T12升至峰值温度95.8 ℃，加热17 h后T22升至峰值温度96.8 ℃，加热27 h后T32升至峰值温度96.4 ℃，加热36 h后T42升至峰值温度88.6 ℃。由此可知，蒸汽注射过程中，高温蒸汽在注射井跟端筛缝流出较多，至趾端出汽量逐渐减少，导致蒸汽注射井跟端土壤升温速率较快，温度上升幅度较大；注射井趾端土壤升温速率较慢，温度上升幅度也较小。这与王增林等[19]在模拟不同类型注汽井水平段配汽效果的研究中得出的结果类似。因此，为避免高温蒸汽在水平蒸汽注射井跟端和趾端配汽不均，导致跟端和趾端周边温场分布不均匀，工程设计时可通过调整开筛率，在水平井跟端减少开筛或趾端加密开筛，使得蒸汽注射井跟端和趾端配汽量较为均匀，周边温场轴向分布较为均衡。
另外，根据T1监测井中不同深度测点的温度变化可知 (图5) ，T11在蒸汽加热运行5.5 h后升至峰值温度96 ℃，T12在蒸汽加热运行5.5 h后升至峰值温度94 ℃，T13在蒸汽加热运行19.5 h后升至峰值温度96.8 ℃。监测点T11距离蒸汽注射井较T12、T13远，却和T12同时达到峰值温度，且比T13更早达到峰值温度，产生这种现象的原因是实验区域地层为非均质土层，由上至下分布有人工填土层、 粉土层和 粉质粘土层，土壤渗透性差异较大。因注射井至监测点T11间可能局部存在渗透性较强土壤，具有较强的蒸汽导流能力，在注射井至监测点T11间形成蒸汽扩散优势通道，高温蒸汽通过优势通道率先达到地层上部，导致距离注射井较远的土壤优先升温。
2) 沿水平井径向土壤温度变化规律。为研究蒸汽加热过程中沿水平井径向方向上土壤的温度变化，沿蒸汽注射井径向0.5、1.0、1.8 m处分别设置测温井，对周边土壤温度进行监测，测温井记为T2、T5、T6，加热过程中沿蒸汽注射井径向不同距离监测点温度变化如图6所示。由图6可知，沿蒸汽注射井径向分布的各监测点温度随加热时间的增长呈逐步上升趋势，待升至峰值温度后，温度涨势趋于平缓。监测点距离蒸汽注射井越近，温度峰值越高；距离蒸汽注射井越远，温度峰值越低。这与陈俊华等[20]研究垂直加热井周边土壤的温度变化得到的结果相似。当监测点温度达到峰值后，继续加热，监测点温度变化不大，加热运行由升温阶段进入保温阶段。
3) 蒸汽加热影响半径分析。不同加热时间沿蒸汽注射井径向分布的温场如图7所示。有文献表明[21]，随着蒸汽注入点周围地下温度的升高，蒸汽冷凝前锋沿径向向外移动。随着持续的蒸汽注入，冷凝前锋最终与系统抽提井相交，以抽提回收蒸汽和污染物。蒸汽注射井至抽提井的间距即蒸汽加热影响半径。由图7可知，目标加热温度不同，加热相同时间蒸汽扩散影响半径不同。假设目标加热温度为50 ℃，则加热至19.5 h时，高温蒸汽沿水平井径向加热影响半径达到1.8 m。加热半径是水平加热井间距设计的关键影响因素，本实验结果可为工程设计提供参考。
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根据加热过程中土壤的温度变化，可将原位蒸汽加热修复土壤的全过程分为3个阶段，分别是升温阶段、保温阶段及降温阶段。为研究蒸汽加热修复土壤全过程中周边土壤的温度变化规律，进一步探究了停止高温蒸汽注射后，周边土壤自然冷却过程中的温度变化情况。
1) 沿水平井轴向土壤温度变化规律。在蒸汽加热连续运行43 h后，停止高温蒸汽注射，继续观察沿水平井轴向分布的测温井T1、T2、T3、T4中各测点的温度变化。以停止加热的时点为起始时间，持续观察113 h，得到沿水平井轴向同一深度土壤在自然冷却状态下的温度变化规律，如图8所示 (以1.5 m深度监测点为例) 。停止加热后，各监测点温度开始下降，到停止监测时，T12下降20.1 ℃、T22下降20 ℃、T32下降10.6 ℃、T42下降10.2 ℃。这说明，蒸汽注射井跟端附近土壤降温幅度较趾端附近的土壤降温幅度大，土壤初始温度越高的区域，土壤降温速率越大。根据T1监测井中不同深度测点的温度变化可知 (图9)，因存在优势通道而迅速升温的监测点T11在停止加热后，温度迅速下降，由94.9 ℃降至58.2 ℃。这说明，优势通道的存在同时加速了测温点T11的降温；监测点T13在降温过程中温度出现短时上升后急速下降。出现这样现象的原因是，停止加热后，上部高温蒸汽冷凝受重力影响向下扩散，造成土壤短时升温，随后继续降温。
2) 沿水平井径向土壤温度变化规律。停止高温蒸汽注射后，继续观察沿水平井径向分布的测温井T2、T5、T6中各测点的温度变化。以停止加热的时点为零点，持续观察113 h，得到沿水平井径向各监测点在自然冷却状态下的温度变化规律 (图10) ，同时绘制降温过程中不同时段沿注射井径向分布的温场 (图11) 。根据图10可以看出，距离蒸汽注射井较近的T22、T23、T52、T53等监测点降温速率较快，距离蒸汽注射井远的T51、T62、T63等监测点温度并未下降反而有所上升。根据图11可以看出，停止加热后，土壤保温效果良好。如目标加热温度为50 ℃，经过持续113 h的降温后，初始温度高的区域热量将向周边扩散，使得加热影响半径范围内土壤温度均保持在50 ℃以上，加热影响半径有向四周扩散增大的趋势。
3) 降温过程中影响半径变化。根据图11可以看出，停止加热后，土壤保温效果良好。如目标加热温度为50 ℃，经过113 h的持续降温后，初始温度高的区域热量将向周边扩散，使得加热影响半径范围内土壤温度均保持在50 ℃以上，加热影响半径有向四周扩散增大的趋势。
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1) 蒸汽注射井可采用预制滤料水平井管+不锈钢波纹软管组合，以减小水平井施工曲率半径，减少耗材，降低施工成本。
2) 距离蒸汽注射井越近的土壤升温峰值越高。目标加热温度不同，加热相同时间获得的蒸汽加热影响半径不同。在包气带土壤中，设置目标加热温度为50 ℃，加热19.5 h后，沿水平井径向加热影响半径达到1.8 m，可为工程设计中水平加热井间距和蒸汽加热周期设计提供参考。
3) 经过113 h的持续降温，初始温度高的区域热量向周边扩散，加热影响半径范围内土壤温度均保持在目标加热温度以上。停止加热后，土壤保温效果良好。
4) 应用均匀开筛水平井原位蒸汽加热土壤，跟端土壤较趾端土壤升温速率快，水平井周边温场分布不均匀，工程设计时可通过减少跟端开筛或加密趾端开筛，使注射井跟端和趾端配汽量较为均匀，周边温场轴向分布较为均衡。
水平井原位蒸汽加热土壤过程中的温度变化规律
Temperature variation in soil during in-situ steam heating with horizontal wells
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摘要: 应用水平井对场地内有机污染进行蒸汽强化抽提具有良好应用前景，但国内对加热半径、升温和冷却速率等关键参数的研究仍处于起步阶段。通过示范工程验证实施非开挖式水平井施工方法，研究应用水平井原位蒸汽加热土壤过程中的温度变化规律及加热影响半径。结果表明，蒸汽在注入水平井过程中，筛缝出汽量由注射井跟端到趾端逐渐减少，导致跟端土壤升温速率较趾端快。测温点距离蒸汽注射井越近，温度峰值越高；反之，温度峰值越低。假设目标加热温度为50 ℃，当加热至19.5 h时，水平井蒸汽加热半径达到1.8 m。停止加热后，注射井跟端土壤较趾端土壤降温幅度大。土壤初始温度越高的区域，土壤降温速率越大。经过113 h的自然冷却后，加热半径范围内土壤温度均保持在50 ℃以上，土壤保温效果良好。本研究结果可为应用水平井蒸汽加热修复土壤工程设计提供参考。Abstract: Steam enhanced extraction with horizontal well has a good application prospect in remediation of organic pollution in site, however, the study of key parameters, such as heating diameter, heating and cooling rate are still in its infancy. Through the demonstration project, a trenchless horizontal well construction method was verified, and researched temperature variation and heating radius in soil during in-situ steam heating with horizontal wells. The results showed that, the steam output of sieve seam decreased gradually from the heel end to the toe end of injection well during the process of steam injection into the horizontal well, resulting in the soil heating rate at the heel end was faster than that at the toe end. The peak temperature was inversely correlated to the distance from the steam injection well. Assuming that the target heating temperature was 50 ℃, after 19.5 h of heating process, the steam heating radius of horizontal well reached 1.8 m. After the heating was stopped, the temperature of soil at the heel of injection well decreased more than that at the toe of injection well. The higher the initial soil temperature, the higher the soil cooling rate. After 113 h of natural cooling, the soil temperature within the heating radius was kept above 50 ℃, and the soil insulation effect was good. This study can provide reference for the engineering design of soil remediation by steam heating with horizontal well.
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Key words:
- steam heating /
- horizontal well /
- trenchless /
- heating radius
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近40年来，展开土壤污染治理工作较早的一些国家在污染场地治理的实践过程中，逐步认识到土壤污染具有长期性和离散不均一性，加之污染地块水文地质结构的复杂性使得受污染的土壤、地下水在修复之后仍存在一些残留污染物，使得该场地及相关资源不能无限制地使用[1]。另外，场地修复高昂的成本给政府造成了很大的财政压力。面对上述现状，美国、欧洲、日本等发达国家治理污染地块从过去彻底修复理念转变为风险管控理念，基于风险管控措施下再开发为居住用地、绿地、商业用地，实现了用地安全。作为一种重要的风险管控措施，制度控制是指通过限制土地资源使用、地下水资源利用、人类行为和公开场地污染信息等方式，将人体暴露于污染的可能性降至最低，从而保护人体健康和环境安全，该措施被美国、加拿大等国家广泛用于场地治理，并取得了很好的成效[2-3]。
随着我国产业结构的调整，许多工业企业停产搬迁遗留了大量的污染场地，修复治理任务繁重。近年来，我国场地治理相关法律法规及技术标准文件陆续出台，多种物理、化学及生物修复技术快速发展，污染场地修复与风险管控体系已初步建立[4-7]。借鉴国外经验，制度控制这一措施也陆续在我国某些发达地区场地治理中被尝试应用。但目前我国针对制度控制尚无专门的实施和监管要求，制度控制顶层法律设计待完善，故导致制度控制地有效落实存在一定障碍[8-10]。据不完全调查统计，我国采取“风险管控和修复+风险管控”组合策略的污染场地数量比例呈稳步增长的态势[11]，采取制度控制有助于快速、经济地管控场地风险。
美国、加拿大和澳大利亚等历经30多年的污染场地治理经验累积，将制度控制广泛应用于污染场地修复过程，制定了一系列关于制度控制识别、方案设计、实施和评估方面的指南，相关法律法规明确了制度控制相关方职责，已形成了较为精细化的制度控制体系[12-14]。国外制度控制在技术和策略上对我国具有一定借鉴价值，但中外不同土地制度和法律环境下制度控制实施与监管也存在显著差异[15-16]。本研究通过案例调研和我国制度控制相关文件分析，探讨我国制度控制的现状与不足；梳理分析国外制度控制法律法规和技术标准体系、相关方职责、实施过程、实施形式及其制度控制的优劣，针对性地提出基于我国污染场地管理体系下的制度控制建议，以期为完善我国制度控制体系提供支撑。
1. 我国污染场地制度控制现状
1.1 我国污染场地制度控制案例调研结果
通过网络检索、分析中国知网和建设用地土壤环境信息公示平台等数据库文献和案例，调研了我国29个采取风险管控措施或修复与风险管控措施联用的场地。如表1 所示，我国典型土壤重金属污染场地实施风险管控，一般采用阻隔填埋、原位固化稳定化等方式，广东省污染场地采用的阻隔措施最多。针对化工厂、农药厂、焦化厂等典型有机污染以及有机污染与重金属复合污染场地主要采用“修复+阻隔”的修复治理模式，修复措施一般有热脱附、原位化学氧化、地下水抽出处理等。从污染场地制度控制实施现状来看，对上述场地的制度控制措施及应用现状进行分析，针对土壤重金属污染采取原位固化稳定化的场地，确保固化稳定化区域不受扰动和破坏、限制利用方式，并设置了风险标识牌和隔离围栏进行制度控制。土壤中重金属和有机污染物复合污染采取阻隔措施的场地，提出了保护阻隔层的完整性、限制利用方式的目标并设置风险标识牌和隔离围栏进行制度控制。而针对地下水介质的污染物，地下水污染采取阻隔、抽出处理和原位修复和土壤气设置气体屏障的场地也存在长期残留污染物风险，但在实际场地的后期管理中，缺乏对此类场地采取场地和地下水利用限制性的制度控制管理。
表 1 我国需要进行制度控制的污染场地类型及制度控制应用情况分析Table 1. Analysis on the types of contaminated sites and the application of institutional control in China环境介质 残留污染物 修复+风险管控方式 污染地块名称 制度控制实施现状 存在的问题 土壤 重金属 原位固化稳定化 CQ-R+RM-1HN-RM-1[17] 永久性风险标识牌；设置隔离围栏 待进一步针对不同场地类型、修复与风险管控措施、场地再开发利用情况制定精细化的制度控制要求。 土壤 重金属，有机污染物 阻隔 (垂直 (钢板桩、泥浆墙、防渗膜墙) 、水平阻隔 (清洁土、工程) ) GD-R+RM-1GD-R+RM-3GD-R+RM-4GD-R+RM-5GD-R+RM-6GD-R+RM-7GD-R+RM-8GD-R+RM-10GD-R+RM-11GD-R+RM-12SH-RM-1[18]ZJ-RM-1ZJ-RM-2[19] 风险标识；设置隔离围栏；阻隔区域日常维护与跟踪监测 地下水 有机污染物 阻隔 (渗流屏障、拦截井或沟渠、泥浆墙和可渗透性反应墙) GD-R+RM-9BJ-RM-1TJ-R+RM+GW-2JS-RM+GW-1 地下水污染区域后期开发利用的要求 太过笼统，可操作性低。 地下水 有机污染物 抽出处理 GD-RM+GW-2GD-R+GW-13GD-R+GW-16GD-R+GW-17 — 未采取制度控制。 地下水 有机污染物 原位氧化 GD-R+GW-14GD-R+GW-15JS-R+RM+GW-2[20] — 土壤或地下水 挥发性有机污染物 设置气体屏障 SH-R+RM-2[21]TJ-R+RM+GW-1YN-R+RM-1 — 注：地块代码构成为“省份代码-修复 (R) 和风险管控 (RM) 方式-地下水修复 (GW) -数字序号”；省份代码为，广东 (GD) 、北京 (BJ) 、上海 (SH) 、天津 (TJ) 、重庆 (CQ) 、浙江 (ZJ) 、江苏 (JS) 、湖南 (HN) 、云南 (YN) 。 | Show Table
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1.2 我国污染场地制度控制存在的问题
1) 我国上位法未明确制度控制相关方职责。我国场地环境管理体系一定意义上明确了制度控制实施方为土地使用权人。2016年《土壤污染防治行动计划》[22]明确了土壤污染治理与修复主体，造成土壤污染的单位或个人要承担治理与修复。2016年发布的《污染地块土壤环境管理办法》[23] (42号令) 明确，规定污染场地土地使用权人应当对暂不开发利用的污染场地，实施以防止污染扩散为目的的风险管控；对拟开发利用为居住用地和商业、学校、医疗、养老机构等公共设施用地的污染场地，实施以安全利用为目的的风险管控。2018年《中华人民共和国土壤污染防治法》[24]规定土壤污染风险管控和修复，包括土壤污染状况调查和土壤污染风险评估、风险管控、修复、风险管控效果评估、修复效果评估、后期管理等活动；风险管控、修复活动完成后，需要实施后期管理的，土壤污染责任人应当按照要求实施后期管理。制度控制从方案编制到落实全过程中，需要土地使用权人承担编制制度控制方案、落实制度控制限制性要求以及定期向政府部门汇报制度控制实施情况的职责，而我国现行管理框架尚未明确上述相关职责。
2) 我国制度控制实施的技术要求不明确。近年来我国国家和地方层面颁布了系列污染场地风险管控的实施方法和技术标准，均包含介绍制度控制的内容。生态环境部发布的《污染地块风险管控与土壤修复效果评估技术导则》(HJ 25.5—2018)[25]和《污染地块地下水修复和风险管控技术导则》(HJ 25.6—2019)[26]明确了采取制度控制的3种情景：1) 修复后土壤中污染物浓度未达到GB 36600—2018第一类用地筛选值的场地；2) 修复后地下水中污染物浓度未达到《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)地下水使用功能对应标准值的场地；3) 实施风险管控场地，上述情景下的污染场地后期管理，其中包括长期监测和制度控制。2019年《建设用地土壤污染风险管控和修复术语》(HJ 682—2019)[27]明确了制度控制定义：通过制定和实施各项条例、准则、规章或制度，防止或减少人群对场地污染物的暴露，从制度上杜绝和防范场地污染可能带来的风险和危害，从而达到利用管理手段对场地的潜在风险进行控制的目的。2021年山东省《污染地块风险管控技术导则(试行)》《天津市暂不开发利用污染地块风险管控技术指南(试行)》《河南省暂不开发利用污染地块风险管控技术指南》相继出台规定，提出了通过标识牌和网络平台等方式对污染场地的名称、地点、四至范围、污染情况、风险管控措施和限制性要求公开于众。我国技术层面提出了制度控制包括限制场地使用方式、限制地下水利用方式、通知和公告场地潜在风险、制定限制进入或使用条例等方式，多种制度控制可同时使用。但是，针对不同类型场地具体的限制性要求尚未明确，例如采取阻隔的污染场地，地下水长期监测的场地，尚无对该类型场地的针对性的制度控制要求。此外，针对我国不同场地类型，制度控制未与我国修复与风险管控措施等工程措施相组合起来应用。
3) 我国制度控制实施路径待完善。通过调研发现，我国污染场地制度控制主要是风险公告牌、交地合同和第三方监管3种形式。相关技术标准提出的通过制定和实施各项条例、准则、规章或制度来实施制度控制在我国并没有建立起来。我国污染场地再开发利用全过程有我国特有的管理机制，生态环境部门组织污染场地调查评估、修复与风险管控以及效果评估等工作；自然资源部门负责土地收储，受理建设用地规划许可证、建设工程规划许可证、规划验收；住建部门受理建筑工程施工许可证、竣工验收[28]。基于我国污染场地进入后期管理实施制度控制情况，制度控制限制性要求需要在场地再开发利用的各个环节中保障其有效性。目前，我国尚没有通过用地规划、建筑施工许可、地下水使用许可、通知和公告等方式来落实制度控制的机制，导致了我国制度控制有效性落实存在一定障碍。基于现有的管理机制，将制度控制契合在我国相关管理机制中是强化制度管控的有效途径。
4) 我国制度控制实施缺乏监督管理。制度控制作为长期风险管控的核心环节，需要相关监管部门对制度控制的落实情况进行持续的监督监管。生态环境部门应定期对制度控制的实施情况进行考核，并将制度控制的相关要求通过污染场地管理信息系统进行标识管理，并实现与自然资源部门和住建部门对场地制度控制信息的共享。自然资源部门需要根据制度控制的要求进行用地审批，住建部门需要根据制度控制要求对建设施工方案进行审批，对施工过程进行监督，以确保在场地修复和风险管控后仍然需要的制度控制管理要求得到严格执行。目前，我国相关的生态环境、自然资源和住建管理部门对制度控制的监管要求从国家到地方都尚没有明确，亟待确定各自的监管职责和工作机制。
2. 国外污染场地制度控制经验与启示
制度控制源自20世纪80的美国，之后在加拿大、澳大利亚等国家被广泛应用起来。经过数十年的研究和实践，美国、加拿大和澳大利亚等发达国家形成了相对完善的制度控制实施和监管体系，该体系在美国较为完善和精细。经过近40年的发展和完善，制度控制在美国污染场地修复治理过程中发挥着日渐重要的作用。根据美国2020年度超级基金报告数据显示 (图1) ，1984年美国开始实施制度控制，此后制度控制在修复治理措施所占比例稳步上升，到2017年占比超过了70%。制度控制的目的是利用行政、法律和信息公开手段，通过限制场地利用和人类行为方式阻断场地风险的暴露途径。制度控制的核心是针对不同类型污染场地，提出场地利用类型、人类行为、土壤及地下水使用限制性要求，通过明确制度控制实施方和监管方职责落实限制性要求，实现场地风险管控。另外，实施方未落实制度控制时，政府有关部门需采取有效手段进行执法，保证制度控制的有效性。
图 1 美国超级基金污染场地修复模式趋势统计(1982-2017年)[29]Figure 1. Statistics on trends in remediation modes at Superfund sites in US from 1982 to 20172.1 国外制度控制法律法规和技术标准体系
美国、加拿大等国家在实践中认识到制度控制有效落实面临以下问题：明确相关责任方；确保相关方承担制度控制实施与监管的职责；制度控制要求如被违反可有效执法；建立场地信息管理系统，公开污染信息让公众参与监督管理。为解决上述问题，美国相关法律规定：州政府确保制度控制建立并得到有效落实，土地拥有方承担落实制度控制要求的职责，环境管理部门定期评估其有效性，制度控制如被违反，管理部门则有权进行强制执法。围绕制度控制方案编制、实施、监督和评估，美国环保局通过编制技术标准建立起精细化的技术标准体系。加拿大于2007年颁布了再利用的工业场地法和再利用的工业场地规定，经济部负责建立和实施制度控制的建立和强制执行专项，该专项的最主要组成部分是制度控制登记系统和制度控制基金。澳大利亚2018年制定颁布了《制度控制实施指南》[30]用来指导污染场地制度控制的实施。
2.2 国外污染场地制度控制实施过程
美国超级基金污染场地从制度控制识别到评估全过程契合在污染场地管理步骤中。1) 在污染场地调查或修复可行性研究阶段，识别制度控制的必要性。场地经过治理修复后不能满足无限制使用和无限制暴露条件，即修复后污染物浓度未能达到敏感用地 (如居住用地) 浓度水平时，通过制度控制管控场地残留的风险，提出制度控制保护的目标和限制性要求。本文随机调查了美国超级基金33个决策文件[31-63]污染场地的修复模式 (图2) ，不同污染场地实施制度控制的有30个，占比90%以上。针对不同类型场地，美国制定了限制场地用途、限制人类行为、土壤管理和限制地下水使用的制度控制要求，并根据污染介质、污染物类型、再开发利用方式及敏感受体，4类要求下又分别细分了针对性的限制性要求，保证了制度控制精细化实施 (图3) 。2) 在场地修复方案设计阶段，编制制度控制实施与保障计划，系统地建立制度控制实施和维护相关行动，明确负责行动的人员。3) 签署制度控制法律文件，一般包括环境契约、用地规划许可、地下水使用许可、场地污染信息登记等，确保制度控制限制性要求通过有效手段得以落实。4) 在后期管理阶段，美国环保局对制度控制实施情况开展5年评估，主要评估形式有文件审查、现场访谈和场地检查，重点是审查制度控制有效性是否存在问题，当制度控制终止条件满足即达到无限制使用和无限制暴露时，管理部门告知土地拥有方终止制度控制措施[64-65]。澳大利亚一般是完成污染场地修复工作后，利用制度控制措施进行土地规划来规范场地活动。
图 2 美国污染场地制度控制应用特征Figure 2. Characteristic of the application of contaminated sites IC in US注：处理包括固化稳定化、源去除、地下会抽出处理、原位化学氧化、原位生物修复、热脱附；长期监测包括监测自然衰减、加强监测自然恢复、地下水长期监测。
图 3 美国污染场地制度控制的分类限制性要求Figure 3. Systematic restrictions for IC of contaminated sites in US2.3 国外污染场地制度控制的实施形式
美国、加拿大和澳大利亚基于本国土地制度建立了本土化的制度控制实施形式。美国基于土地私有性，主要通过所有权控制、政府控制、强制与许可控制和信息公开4种方式对污染场地实施制度控制。所有权控制基于美国州环境契约法，是通过州政府与土地拥有方签署契约的形式让土地拥有方承担落实制度控制的职责。政府控制是通过土地规划分区、土地使用管理、地下水限制和建筑规定等方式实施制度控制。强制与许可控制是通过职能部门发布行政指令或许可要求等强制性法律文件，限制土地拥有方或使用者的行为，通常由职能部门运用此手段来实施制度控制的强制执行权。信息公开是通过污染信息登记、发布公告和向特定人群通告、公众参与的方式提供场地可能残留的污染物和制度控制要求信息，让公众参与监督制度控制实施过程。所有权控制是最常见的控制类型，基于环境契约法限制土地拥有方行为与权力，不仅对当前土地拥有方有效，对变更后土地拥有方同样有效；政府控制、强制与许可控制基于州和地方政府具有保护公众健康、安全和福祉的司法权。4种形式既可同时组合使用，也可以分阶段使用。加拿大在一些风险管控的污染场地，通过制度控制限制场地进出，如场地道路路障和警告标识牌。澳大利亚的制度控制措施主要包括产权控制、政府控制和信息手段。澳大利亚制度控制的实施主体是州政府，制度控制的具体措施一般包括：1) 土地所有权标记；2) 实施污染的土地登记和管理计划，对场地的使用及在场地上开展的活动施加限制条件；3) 规划许可条件；4) 与规划部门达成协议；5) 公布清洁通告。
2.4 国外污染场地制度控制相关方职责
美国制度控制不同阶段相关方职责如图4所示。制度控制计划阶段，土地拥有方、州政府和公众充分评估制度控制实施形式及费用，联邦政府负责制定制度控制实施与保障计划。制度控制建立阶段，州政府不同职能部门确立制度控制实施路径和要求，如法院通过单方行政命令和判决书、规划部门进行土地分区规划场地用途、建筑管理部门颁发建筑许可证、卫生部门发布捕鱼禁令等提出制度控制限制性要求。确定实施路径后，土地拥有方负责落实制度控制要求，联邦政府检查并督促州政府确保制度控制的有效性，公众监督制度控制执行情况，如制度控制没有得到有效落实，公众有权向政府部门举报。制度控制维护与监管阶段，土地拥有方定期向政府部门报告制度控制完成情况，州政府部门进行审查，联邦政府对全国制度控制执行情况进行跟踪检查。若土地拥有方未有效落实制度控制，美国环保局有权要求土地拥有方支付相应费用，联邦政府可通过发布司法命令强制土地拥有方落实制度控制要求。州政府依据制度控制完成情况对其进行终止或修改。加拿大规定经济部负责建立和实施制度控制的建立和强制执行专项，该专项的最主要组成是制度控制登记系统和制度控制基金。登记系统包括：制度控制场地的地理位置、历史场地业主信息、场状况描述、场地历史活动记录、场地维护、监测和检查和允许的场地未来使用用途。制度控制基金支持制度控制实施过程所需要的运行资金需求，资金一部分作为制度控制例行运行资金支持日常维护和监测费用，另一部分为不可预见的活动费用。
图 4 美国污染场地制度控制不同阶段相关方职责Figure 4. Responsibilities of relevant parties at different stages of IC in US2.5 国外污染场地制度控制对我国的启示
美国、加拿大及澳大利亚等国家基于本国土地管理制度，构建了一套完善、高效的制度控制体系。借鉴吸收国外制度控制的经验，对推动完善我国制度控制具有一定的参考意义。
1) 国外污染场地修复后仍存在残留污染物，未能达到无限制使用和无限制暴露，通过制度控制这种非工程手段有效管控场地残留风险，最大限度地节省了成本，实现了场地安全再开发利用。例如，存在地下水长期监测井和可渗透反应墙等工程设施的污染场地，通过制度控制保证工程设施的完整性和长期有效性。通过信息公开的方式告知公众风险可以提高公众主动规避风险的意识，通过限制人类活动阻断风险暴露于人体的途径来保障人体健康，这对我国场地治理有很大的借鉴意义。
2) 制度控制实施形式和职责体系上，美国基于土地私有性，主要有信息公开非强制性手段及所有权控制、政府控制强制性手段，强制性手段通过契约、土地规划分区、土地使用管理、强制许可以及地下水限制等方式管控场地风险[66]。而我国土地性质为公有制，有特有的场地管理机制和手段，不应对美国制度控制照搬照抄，制度控制实施形式和职责划分应结合我国土地管理制度进行合理设计。
3) 值得注意的是，美国精细化的制度控制体系是逐步建立的，实施制度控制曾面临实施方和监管方是否有效落实职责问题。例如，历史上场地相关方通过契约 (所有权控制) 、分区规划 (政府控制) 和公共教育 (信息手段) 在决策文件中明确禁止对马萨诸塞州某超级基金场地开挖，但在1998年某公司未经环境部门事先批准开挖土壤，违反了制度控制限制性要求，导致制度控制没有有效落实。我国法律层面应明确制度控制相关方职责，保障制度控制有效落实[67]。
3. 我国制度控制的搭建
通过对国外污染场地制度控制管理体系的分析，基于我国土地管理机制，提出了包含各关键节点的制度控制框架流程，该流程包括制度控制必要性识别、编制制度控制方案、制度控制方案审批、制度控制实施、制度控制实施评估与调整终止 (图5) 。
基于我国土地资源使用规划和管理机制，建议将制度控制要求嵌入城市规划和供地管理，尽快完善土地所有权人落实制度控制的职责，并出台相关管理细则确保制度控制落实并进行有效监管 (图6) 。土地所有权人负责编制制度控制方案，该方案明确制度控制目标，提出场地使用方式、地下水利用方式、保护风险管控设施有效性、场地人员行为等制度控制要求。制度控制方案由土地所有权人负责向场地所归属的生态环境部门备案，生态环境主管部门会同自然资源等主管部门对制度控制方案组织评审。污染场地再开发过程中，自然资源部门根据制度控制要求进行用地审批，住建部门根据制度控制要求对建设施工方案进行审批，确保制度控制限制性要求得到严格执行。场地后期管理阶段，土地所有权人落实制度控制方案中的限制性要求，并开展制度控制的有效性检查，目的是评估制度控制措施是否持续得到落实，持续地保护修复设施的完整性。土地所有权人向政府部门提供自检查报告，土地所有权人发生变更的，由变更后的土地所有权人承担制度控制职责。生态环境部门应对制度控制实施进行持续监督检查和定期评估，证实制度控制要求得到有效落实。
图 6 建议我国污染场地制度控制的实施流程Figure 6. Suggested implementation processes for IC of contaminated sites in China4. 进一步完善我国污染场地制度控制的建议
1) 多元化制度控制实施路径。我国已经实行建设用地土壤污染风险管控和修复名录制度，污染场地再开发利用全过程有我国特有的管理机制和手段。基于我国国情下，我国职能部门应该更多地承担制度控制的落实职责，有以下3种类型：①行政审批，相关管理部门，包括但不限于生态环境部门、自然资源部门、住房建设部门、各级地方政府通过建设用地规划许可、建筑施工许可、地下水资源使用许可等行政审批等措施，将场地的制度控制要求纳入相关审批环节的审批依据；②交地合同，场地所有权人落实制度控制职责，场地的使用权人 (制度控制的实施方) 负责落实场地使用方式、地下水利用方式、风险管控设施有效性、场地上人员活动等制度控制要求；③通知和公告 (信息公开) ，将场地潜在风险和限制要求向公众予以公布，多种制度控制方式可同时使用。
2) 细化不同类型场地的制度控制限制性要求。制度控制目的是为了阻断残留污染物对敏感受体的暴露途径，达到保护人体健康和环境安全。制度控制目标应充分结合场地残留污染物范围、修复方式、场地上相关的基础设施、场地的规划用途和环境敏感点，确定制度控制实现的场地和地下水管控目标。根据场地土壤风险识别，确定限制污染土壤的扰动、禁止对场地开挖，禁止场地作为居住用地开发使用等制度控制目标。根据地下水的风险识别，确定禁止地下水作为饮用水源使用、禁止对地下水阻隔墙的破坏等制度控制目标。为实现我国污染场地风险管控下再开发的目标，根据制度控制目标制定切实可行的制度控制限制性要求是必不可少的。为了阻断残留污染物对敏感受体的暴露途径，保护风险管控设施的完整性和有效性，主要通过管控场地及地下水用途及利用方式，管控场地上人类行为活动，保护风险管控设施等方面实现风险管控目的即制度控制目的。具体的管控要求见表2。
表 2 污染场地制度控制目标及限制性要求分类Table 2. Classification of objectives and restrictive requirements of IC制度控制目标 限制性要求分类 管控场地、地下水用途及利用方式 ①禁止制度控制区域作为第一类用地，包括不能用于GB50137规定的城市建设用地中的居住用地 (R) ,公共管理与公共服务用地中的中小学用地 (A33) 、医疗卫生用地 (A5) 和社会福利设施用地 (A6) ，以及公园绿地 (G1) 中的社会公园或儿童公园用地等 ②禁止地下水作饮用水源使用 管控场地上人类活动 ①禁止对风险管控设施例如阻隔层、监测井、可渗透反应墙等进行扰动、损害的行为 ②禁止在采取固化/稳定化修复方式的区域进行开挖和打钻 ③禁止平整、清挖、回填等可能将污染土壤带到地表的活动 ④当存在地下水污染，禁止以使用地下水为目的的地下水井，禁止抽取利用地下水 ⑤对场地周边区域可能影响风险管控设施效果的建设施工活动进行审批，并采取必要工程措施防止因为临近区域的建设活动，例如基坑开挖 ⑥禁止其他可能影响修复和风险管控效果的人类活动 保护风险管控设施 ①对阻隔层 (土壤阻隔、工程阻隔) 进行定期巡检与维护 ②对固化/稳定化的修复方式的区域建设保护系统 (在固化/稳定化区域上方覆土或铺设沥青层) ，防止固化/稳定化产物受到风化的影响 ③对地下水长期修复设施 (可渗透反应墙) 和风险管控设施 (监测自然衰减) 进行定期巡检与维护 ④对土壤气导排设施进行定期巡检与维护 ⑤对长期跟踪监测设施如地下水监测井进行定期巡检和维护 | Show TableDownLoad:
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3) 开展制度控制日常维护与监督。制度控制的维护工作包括制度控制实施情况的检查和报告。制度控制有效性检查的目的是评估制度控制措施是否持续得到落实，是否按照制度控制实施方案的要求发挥作用，持续地防止风险暴露、保护修复或风险管控设施的完整性。一般由场地的所有权人或责任人开展自检查，提供自检查报告，自检查工作包括场地的现场检查和文件评审。现场检查应对工程控制设施的完整性进行检查；验证场地的使用限制得到有效落实；识别制度控制是否存在不足。文件评审应检查制度控制的相关法律文件是否签署，场地的使用限制要求是否遵守。负责检查的人员或机构需要向场地所属的生态环境管理部门报告，检查报告对制度控制执行的状况和有效性及不足进行评价。场地制度控制实施情况年度自检报告，向后期管理工作监管的部门报送，年度的检查报告将用于制度控制实施效果的评估。
5. 结语
制度控制作为场地风险管控的重要措施之一，在美国、加拿大及澳大利亚等国家污染场地治理过程中发挥积极有效的作用。在制度控制框架设计上，美国首先在上位法层面明确了制度控制是一种非工程的行政手段用于场地治理，并规定了相关方的职责，再通过制定技术导则逐步建立了制度控制实施机制。我国首先在技术导则中提出了制度控制，相关法律法规中未明确地提出“制度控制”一词，管理层面对制度控制监管方职责尚未清晰明确的地位。我国污染场地制度控制体系应着重从技术和管理2个层面进一步加强和完善，技术上对不同类型污染场地编制科学有效的制度控制技术文件，包括制度控制方案、制度控制实施、报告和定期评估、终止与修订；管理上完善我国上位法对制度控制的定位，明确制度控制监管方职责，建立完善的监管体系。
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图 2 蒸汽注射井和测温井布置
Figure 2. Design of steam injection wells and temperature measuring wells
图 3 水平定向钻井施工流程示意图
Figure 3. Flow diagram of horizontal directional drilling construction
图 4 加热时沿水平井轴向同一深度不同测点土壤温度变化
Figure 4. Variation of soil temperature at different measuring points at the same depth along the horizontal well axis during heating
图 5 加热时测温井T1中不同深度测点温度变化
Figure 5. Temperature variation of measuring points at different depths in temperature measuring well T1 during heating
图 6 加热时沿注射井径向不同距离监测点温度变化
Figure 6. Temperature variation of monitoring points at different distances along the radial direction of injection well during heating
图 7 不同加热时间沿蒸汽注射井径向分布的温度场
Figure 7. Temperature field distribution along the radial direction of steam injection well at different heating times
图 8 降温时沿水平井轴向同一深度不同测点土壤温度变化情况
Figure 8. Variation of soil temperature at different measuring points at the same depth along the horizontal well axis during cooling
图 9 降温时测温井T1中不同深度测点温度变化
Figure 9. Temperature variation of measuring points at different depths in T1 well during cooling
图 10 降温时沿注射井径向不同距离监测点温度变化
Figure 10. Temperature changes of monitoring points at different distances along the radial direction of injection well during cooling
图 11 降温过程中不同时段沿注射井径向分布的温度场
Figure 11. Temperature fields along the injection well radial distribution at different time periods during the cooling process
表 1 地块地层岩性分布
Table 1. Stratigraphic lithologic distribution of site
土层分类 土层特性及分布 人工填土层 (Q42ml) 人工堆积层，杂色，松散，稍湿，物质组成主要以粉土、粘性土为主，夹有灰渣、煤屑、砖块及碎石等；钻孔揭露厚度为0.4~9.0 m，平均厚度3.07 m 中粗砂 (Q4al+pl) 黄褐色、灰色，稍密~中密，稍湿，矿物成分主要以石英、长石为主，颗粒主要以中粗砂组成，局部含有少量的粉细砂颗粒，分选性较差，局部含有少量的粉砂颗粒，分选性较差；钻孔揭露厚度0.3~10.5 m,平均厚度2.9 m 粉土层 (Q4al+pl) 灰褐色、黄褐色，密实，稍湿~湿，个别孔有剌鼻气味及油渍侵染现象，无光泽反应，韧性及干强度较低，摇震反应中等，局部含有少量的砂质颗粒及氧化物，厚薄不均；钻孔揭露厚度为0.5~12.3 m,平均厚度5.51 m 中粗砂 (Q4al+pl) 灰褐色、黄褐色，中密~密实，稍湿~湿，矿物成分主要以石英、长石为主，颗粒主要以中粗砂组成，包含有粉土、粉细砂颗粒，个别钻孔夹有砾石，分选性较差；钻孔揭露厚度0.40~10.6 m,平均揭露厚度2.79 m 粉土层 (Q4al+pl) 褐黄色，密实，稍湿~湿，无光泽反应，韧性及干强度较低，无摇震反应中等，局部含有少量的砂质颗粒及氧化物，厚薄不均；钻孔揭露厚度为0.5~10.4 m,平均揭露厚度为3.49 m 粉质黏土层 (Q4al+pl) 稍湿~湿，呈可塑~软状态，刀切面光滑，稍有光泽反应，干强度及韧性中等，无摇震反应，包含有氧化物；最大揭露厚度13.3 m,该层在焦油加工车间G区揭露较多 卵石 (Q4al+pl) 灰褐色、黄褐色，中密~密实，稍湿~湿，矿物成分主要以石英、长石为主，颗粒成分以石英砂岩为主，物质组成主要以卵石为主，充填有中粗砂、粉土，呈胶结状态，分选性较差；该层在调查区域内有4个采样点穿透卵石层：揭露厚度分别为7.0、3.3、3.3、5.5 m 粉质黏土层 (Q3al+pl) 稍湿~湿，可塑~硬塑状态，刀切面光滑，干强度及韧性中等，无摇震反应，包含有白色钙质结核；在调查区域内仅个别孔揭露
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表 2 地块内土壤土工参数
Table 2. Soil geotechnical parameters of site
取样点 取土深度/m 岩土分类 含水率/% 湿密度/ (g·cm−3) 干密度/ (g·cm−3) 孔隙比 孔隙率/% 垂直渗透系数/ (cm·s−1) 水平渗透系数/ (cm·s−1) DS01 1 人工填土 11.5 1.54 1.38 0.955 48.8 5.58×10-5 2.96×10-5 DS02 2 粉土 16.8 1.96 1.68 0.635 38.8 1.44×10-6 2.125×10-6 DS03 3.5 粉质粘土 14.6 1.98 1.73 0.574 36.5 7.98×10-7 3.75×10-7
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