高原季节性冻土土壤和地下水污染防治措施

引 言

高原季节性冻土广泛分布于我国青藏高原、内蒙古高原、新疆帕米尔高原、黑龙江等区域，覆盖面积约占国土面积的 22‰ 。这些区域生态环境脆弱，对气候变化和人类活动极为敏感。随着西部大开发战略的深入推进和高原地区经济社会的快速发展，矿产资源开发、城镇化建设、农牧业生产、旅游等人类活动日益频繁，导致土壤和地下水污染问题日益突出。因此，研究高原季节性冻土区土壤和地下水污染防治措施，对保护高原生态环境、维护中、下游区域水资源安全、促进可持续发展具有重要意义。

一、高原季节性冻土区土壤和地下水污染特征分析

（一）污染源类型及分布特征

高原季节性冻土区的污染源主要包括矿业活动污染源、农牧业面源污染、城镇生活污染源和交通运输污染源。矿业开采过程中产生的重金属、酸性废水等污染物是最主要的点源污染。农牧业活动中化肥、农药的过量使用以及畜禽养殖废弃物的不当处置造成面源污染。城镇生活污水和固体废弃物处理设施不完善导致的渗漏污染日益严重。交通干线两侧的石油类污染物和融雪剂使用也是重要污染源。旅游人员带来的大量的塑料垃圾。沿河道建设的淀粉等食品加工等各行业带了废液废渣。这些污染源在空间分布上呈现明显的区域性特征。矿业污染主要集中在矿产资源富集区，农牧业污染广泛分布于草原和农业种植区，城镇污染源集中在人口密集区，交通污染沿主要公路、铁路线状分布。

（二）污染物迁移转化机制

季节性冻土的冻融循环对污染物迁移产生重要影响。冻结期，土壤水分向冻结锋面迁移并形成冰晶，污染物随之富集在冻结层附近。春季融化期，积累的污染物随融水快速释放，可能形成污染物浓度峰值。土壤质地、有机质含量、pH值等理化性质影响污染物的吸附解吸过程，高原地区土壤有机质含量普遍较低，对污染物的缓冲能力有限。同时，冻融作用改变土壤结构，形成优先流通道，加速污染物向深层土壤和地下水的迁移。

二、高原季节性冻土区土壤污染防治措施

（一）源头预防措施

高原季节性冻土区的源头预防措施需要从环境准入和污染源管理两方面着手。环境保护部门应当对拟建矿山、化工厂等项目开展冻土环境影响专项评估，重点评价项目对冻融期土壤结构和地下水流场的潜在影响。地方政府需要将海拔4000 米以上的高寒草甸区、重要水源涵养区划定为禁止开发区域，将现有采矿企业逐步迁移至冻土分布较少的山前地带。矿山企业必须采用充填开采、原位浸出等清洁生产工艺，将尾矿产生量降低 60% 以上。环境监管部门要建立包含企业基本信息、污染物种类、排放浓度、处理设施运行参数的电子化污染源档案，每季度更新一次数据。重点排污单位的排放口需要安装 COD、氨氮、重金属在线监测仪器，监测数据实时上传至省级环保平台。

（二）过程控制技术

高原季节性冻土区的过程控制技术重点在于构建适应冻融环境的防渗体系和改良土壤性能。施工单位在尾矿库、垃圾填埋场底部铺设2 毫米厚的土工膜时，必须在膜下增设 30 厘米厚的砂石缓冲层，防止冻胀力损坏防渗膜。技术人员应当选用抗拉强度大于 17 兆帕、断裂伸长率超过 700% 的高密度聚乙烯材料，确保在-40℃低温下仍保持柔韧性。防渗墙施工采用地下连续墙工艺，墙体材料中需添加 5% 的引气剂和2%的防冻剂，使混凝土在冻融循环50 次后强度损失率低于 15%_o 。土壤改良工程中，农技人员每亩施用腐熟牦牛粪 8-10 吨，将土壤有机质含量提升至 3% 以上。污染较重的地块每亩撒施生石灰 200-300 公斤，将土壤pH 值调节至6.5-7.5 区间，降低镉、铅等重金属的生物有效性。种植户选择沙棘、柠条、披碱草等本地耐寒植物，这些植物能在-35℃环境下存活，其根系可吸收土壤中 30–40% 的可交换态重金属。植物收获后，环卫部门必须将其作为危险废物进行焚烧处置，防止二次污染。

（三）末端治理方法

高原季节性冻土区的末端治理需要根据污染程度采取针对性措施，环境监测站将土壤重金属含量超标1-2 倍的地块划为轻度污染区，农技人员指导农民改种青稞为饲草，同时每年深翻土壤 30 厘米，加速表层污染物向下稀释。治理单位对超标 2-5 倍的中度污染土壤，每立方米注入硫酸亚铁溶液 50 升和水泥浆 100公斤，使重金属形成稳定的氢氧化物沉淀。施工人员处理超标5 倍以上的重度污染土壤时，挖除表层 50 厘米污染土，运至危废处置中心，再用周边未污染的草甸土回填。修复技术人员从海拔3500-4500 米的矿区土壤中筛选出耐低温假单胞菌和节杆菌，这些菌株在5℃条件下仍能保持 60% 的降解活性。实验室将筛选的菌株接种到玉米秸秆载体上，制成每克含菌量 10 亿个的生物修复剂。现场工程师将修复剂以每平方米200 克的用量撒施，同时种植垂穗披碱草，其根际分泌物能为微生物提供碳源，使土壤中石油烃类污染物的降解率达到 45‰ 三、高原季节性冻土区地下水污染防治措施

（一）地下水污染源控制

高原季节性冻土区地下水污染源控制需要精准施策，水务部门将泉水出露点上游2 公里范围划为一级保护区，禁止新建任何工矿企业，现有牧民定居点的化粪池必须迁出保护区外。积极推广清洁能源，减少化石能源使用，沿途严格控制LNG 加气站、加油站的建设，减少甲烷气体对局部增温效应、非甲烷总烃的排放，降低局部气温上升对动土的破坏。合理规划地下水开采，避免过度开采导致地下水位下降。加大对洗车行业的监督管理，严禁偷采地下水用来洗车，对洗车产生的废水、废渣要按照危废物处置，减少对地表水、河道及生活污水的重金属、有机物污染。对极端脆弱区域严禁旅游开发。大力发展对周边环境无污染的绿色环保厕所技术的应用减少对土壤、地表及地下水的污染。加油站地下油罐列为二级风险源，每月检查一次；牧民定居点化粪池列为三级风险源，每季度检查一次。加油站经营者必须将单层钢制油罐更换为双层玻璃钢油罐，在罐体与罐池之间安装泄漏报警装置。污染源区域建设地下水监测井，每年对地下水变化、土壤开展水样、土壤样检测，检测加油站周边环境污染情况。

（二）污染阻断技术

高原季节性冻土区的污染阻断需要采用适应极端环境的技术，施工队可以在污染源下游 30 米处开挖深度 8 米、宽度 1 米的沟槽，填充粒径 2-4 毫米的零价铁粉500 公斤/立方米和粒状活性炭200 公斤/立方米。技术人员在反应墙两侧安装厚度 5 厘米的聚氨酯保温板，防止填料在-30℃低温下冻结失效。施工单位采用橡胶止水带连接墙体分段，允许墙体在冻胀作用下产生 2-3 厘米位移而不开裂。水文地质人员在污染中心布设3 口抽水井，井深15 米，单井抽水量控制在5 立方米/小时。抽出的污染地下水通过移动式处理装置，采用曝气 ⋅⁺ 活性炭吸附工艺，使出水重金属浓度降至地表水III 类标准。

（三）氢能解决高原温室效应的探索

处于高原区域的跟适合氢能源替代化石能源，高压氢与液体氢作为高原能源的优势在于，区域内温度普遍低于低海拔区域 8-15 摄氏度，对氢的运输、储存都有先天节能效应，同时对大气污染等于零，减少温室气体排放有积极作用。优势一：高原地区如高原区域季风、光照资源丰富，有利于光伏和风电推广，但是一定要科学和适度，优势二：氢能可将富余电力用于电解水制氢，形成“绿电 $$ 绿氢→储能/交通/供暖”的零碳循环，有效解决能源消纳难题。提供稳定能源保障：在青藏高原、帕米尔高原及喜马拉雅边境地区，地理环境恶劣，传统能源运输成本高且安全隐患大。氢电互补系统可实现本地清洁能源稳定供应，降低对化石能源的依赖，为边疆地区能源安全筑牢防线。

优势三：高原空气稀薄、温差大、气候复杂，氢能在交通领域应用时，通过技术创新可解决这些环境带来的挑战。如：雄韬股份研发的氢能公交车，采用高海拔空气流量及压力自适应技术、雾化喷淋降温技术等，能在海拔 4000 米的高原稳定高效运行。

（四）原位修复技术

高原地区原位修复需要克服低温限制提高处理效率，技术人员将过硫酸钠氧化剂用量提高到平原地区的 1.5 倍，达到每立方米污染地下水投加 30 克，同时添加氧化铁催化剂 5 克/立方米，使 5℃条件下有机污染物降解率达到 70‰ 。施工单位建设可渗透反应墙时，在零价铁填料中混合 20% 的沸石，增加孔隙度防止冻结堵塞。设计人员将反应墙倾斜角度设为75 度，使地下水流速从0.5 米/天降至0.1 米/天，延长污染物与反应介质的接触时间至10 小时。监测人员每月检测反应墙进出水浓度，当去除率低于 50% 时更换反应填料。

四、结束语

高原季节性冻土区土壤和地下水污染防治是一项复杂的系统工程，通过实施源头预防、过程控制、末端治理相结合的综合防治措施，构建完善的监测预警和应急响应体系，可有效控制和降低污染风险。未来应加强基础研究，深入揭示冻融作用下污染物迁移转化机制，开发适应高原环境的新型修复材料和技术，提高修复效率。温室效应对地球问题的影响深远对高原区域环境的破坏会造成对河流中下游带来极大的生态影响，需要持续加大对高原生态的保护，维系整改生态环境的平衡。

参考文献：

[1]贾子健. 青藏高原季节性冻土区土壤水分入渗特性分析[D]. 导师：彭辉;严登华. 三峡大学, 2024.

[2]吴小丽, 刘桂民, 李新星, 纪庚好, 李莉莎, 毛楠, 徐海燕, 吴晓东. 青藏高原多年冻土和季节性冻土区土壤水分变化及其与降水的关系 [J]. 水文, 2021,41 (01): .