污染源半定量化的地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以城區(qū)典型排污河周邊地下水為例

于喜鵬，宋 綿，張文靜*（.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 300；.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 0705）

污染源半定量化的地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以城區(qū)典型排污河周邊地下水為例

于喜鵬1，宋 綿2，張文靜1*（1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051）

結(jié)合細(xì)河沿岸地區(qū)水文地質(zhì)條件及地下水有機(jī)污染特征，通過AHP法確定權(quán)重，建立DRSIC模型，將評(píng)價(jià)結(jié)果與污染源荷載評(píng)價(jià)疊加，構(gòu)建研究區(qū)有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型.并通過研究區(qū)有機(jī)污染特征檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇?結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)中等或低.只有細(xì)河沿岸、楊士至于洪區(qū)一帶污染風(fēng)險(xiǎn)處于高水平.評(píng)價(jià)結(jié)果較好的符合研究區(qū)有機(jī)污染現(xiàn)狀.

DRASTIC模型；AHP；地下水；有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)

有機(jī)污染物多為低濃度、高毒性物質(zhì)，在自然條件下較難降解，可在土壤、地下水中長(zhǎng)期殘留或遠(yuǎn)距離遷移［1］，在遠(yuǎn)離排放源的地下水域及生態(tài)系統(tǒng)中沉淀、蓄積，易在人體和生物體內(nèi)產(chǎn)生生物積聚作用，并能通過食物鏈產(chǎn)生顯著的生物富集作用［2-3］，其對(duì)地下水環(huán)境和人體健康造成了極大的威脅.然而，對(duì)已污染地下水的治理，由于費(fèi)用大、時(shí)間長(zhǎng)而成為一大難題.

地下水污染評(píng)價(jià)是地下水管理和保護(hù)的重要工具.近年來，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于各地的地下水資源管理工作［4-9］.迭代指數(shù)法原理簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便成為評(píng)價(jià)工作中最為常見的評(píng)價(jià)方法.迭代指數(shù)法的評(píng)價(jià)步驟可以概括為：選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立權(quán)重體系，疊加計(jì)算，獲得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果［10］.不同的學(xué)者對(duì)于地下水污染風(fēng)險(xiǎn)給出了不同的定義，但地下水的天然防污能力（固有脆弱性）和污染源荷載是地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的基本要素［4，10-11］，其他因素如地下水保護(hù)帶、地下水資源價(jià)值等要素都曾作為評(píng)價(jià)模型的指標(biāo)，均取得了較為良好的評(píng)價(jià)結(jié)果［6，11］.基于迭代指數(shù)法的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)有較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).評(píng)價(jià)生成的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖，對(duì)宏觀的地下水調(diào)配和管理工作意義重大.然而對(duì)于特定類型的有機(jī)污染，對(duì)污染風(fēng)險(xiǎn)的反映不夠準(zhǔn)確.研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同類型的污染物，如病原體、重金屬、營(yíng)養(yǎng)物、有機(jī)物等，地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)是不同的［12］.因此，對(duì)于不同類型的污染開展污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，有待進(jìn)一步探討.

本研究區(qū)位于渾河沖積平原西北部，作為沈陽市主要排污渠的細(xì)河穿流而過.區(qū)內(nèi)地下水有機(jī)污染嚴(yán)重［13-14］.針對(duì)以上存在問題，結(jié)合研究區(qū)內(nèi)有機(jī)污染特點(diǎn)，綜合考慮研究區(qū)含水層的天然防污能力、排污河周邊污染源的潛在風(fēng)險(xiǎn)，采用迭置指數(shù)法對(duì)研究區(qū)地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，以期為保障區(qū)域地下水環(huán)境安全提供依據(jù).

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于沈陽市細(xì)河及其周邊地區(qū)，面積588km2（圖1）.細(xì)河是沈陽市內(nèi)的一條重要水系，自1960年開始接納城市的部分工業(yè)和生活污水，目前細(xì)河的日接納各類污水量已達(dá)70萬t.細(xì)河內(nèi)水質(zhì)污染嚴(yán)重，尤其是有機(jī)污染，該河已基本喪失了天然河流的生態(tài)功能.

圖1 研究區(qū)位置和地下水潛在污染源分布示意Fig.1 Location of the study area and potential groundwater contamination source distribution

區(qū)內(nèi)屬于遼河-渾河-太子河沖積平原，地勢(shì)平坦，地面標(biāo)高約15～50m，呈北東高、西南低特征.該區(qū)多年平均降水量約574.8～684.8mm，其中5～9月降水量474.6～535.2mm.年均蒸發(fā)量在1408～1765mm.區(qū)內(nèi)含水層主要為第四系沖積層和沖洪積層的砂礫石、卵礫石、中粗砂和亞砂土.含水層厚度變化較大，平原東部含水層厚15～40m，西南部含水層厚可達(dá)90m左右，區(qū)內(nèi)地下水埋深在2～20m不等.在細(xì)河?xùn)|部地區(qū)分布有沈陽市多個(gè)地下水水源地，由于長(zhǎng)期過量開采，區(qū)內(nèi)（細(xì)河與渾河之間）已形成了明顯的地下水位降落漏斗，加大了排污河對(duì)地下水環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn).

1.2 方法構(gòu)建

目前，針對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法有定性和定量?jī)纱箢?定性評(píng)價(jià)只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和直觀判斷得出結(jié)果，具有一定的局限性，缺乏可比性［15］.定量評(píng)價(jià)則是通過對(duì)選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，然后按照所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得到評(píng)價(jià)結(jié)果.迭代指數(shù)法因方法簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)成為應(yīng)用最廣的半定量（或定量）評(píng)價(jià)方法.迭代指數(shù)法是通過選取的評(píng)價(jià)參數(shù)的分指數(shù)進(jìn)行迭加形成一個(gè)反映風(fēng)險(xiǎn)（或脆弱程度）的綜合指數(shù)，再由綜合指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià).

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)是指含水層中地下水由于其上的人類活動(dòng)而遭受污染至不可接受水平的可能性［5］.是含水層污染脆弱性與人類活動(dòng)造成的污染負(fù)荷之間相互作用的結(jié)果.基于此定義，污染風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)包含兩個(gè)層次，一是表征含水層固有特征的含水層固有脆弱性評(píng)價(jià)，反應(yīng)含水系統(tǒng)對(duì)各類污染物質(zhì)的容納和自凈能力；二是人類活動(dòng)和各種污染源對(duì)地下水污染的可能性及負(fù)荷量的評(píng)價(jià).

據(jù)此認(rèn)為，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)包含兩個(gè)要素：含水層的天然防污能力，即含水層的固有脆弱性；人類活動(dòng)和各種有機(jī)污染源的可能性及負(fù)荷量，即污染荷載產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn).

1.3 評(píng)價(jià)步驟

1.3.1 含水層天然防污能力評(píng)價(jià) 含水層天然防污能力是指在一定的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物進(jìn)入地下水的難易程度，它與含水層所處的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無關(guān)［5］.DRASTIC方法是評(píng)價(jià)地下水天然防污能力的經(jīng)典模型［16］，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各地的地下水脆弱性評(píng)價(jià)中.DRASTIC模型使用7個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)地下水脆弱性，包括地下水位埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）、含水層介質(zhì)（A）、土壤介質(zhì)（S）、地形坡度（T）、包氣帶影響（I）和滲透系數(shù)（C）.但是，由于各地水文地質(zhì)條件的差異性，通過對(duì)經(jīng)典DRASTIC模型的改進(jìn)，進(jìn)行地下水脆弱性評(píng)價(jià)的結(jié)果，更適合相應(yīng)的評(píng)價(jià)工作要求［17］.針對(duì)較小評(píng)價(jià)場(chǎng)地，有些指標(biāo)在小面積內(nèi)沒有變化，如水力坡度、滲透系數(shù)等.因此本次對(duì)傳統(tǒng)的DRASTIC指標(biāo)進(jìn)行了適當(dāng)篩選，剔除了在研究區(qū)變化不大的地形坡度（T）、含水層介質(zhì)（A）指標(biāo)，選取地下水位埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）土壤介質(zhì)（S）包氣帶影響（I）和滲透系數(shù)（C）5個(gè)指標(biāo)作為本次場(chǎng)地天然防污能力的關(guān)鍵指標(biāo).建立的DRSIC模型評(píng)價(jià)方程如下：

地下水天然防污能力值

式中：WD、WR、WS、WI、WC分別表示地下水位埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）土壤介質(zhì)（S）包氣帶影響（I）和滲透系數(shù)（C）5個(gè)指標(biāo)的權(quán)重.指標(biāo)分類及評(píng)分參考以往的研究結(jié)果（見表1）.指標(biāo)權(quán)重由層次分析法（AHP法）計(jì)算獲得.地下水天然防污能力值（DI）越高，防污能力差，反之防污能力較好.

表1 潛水含水層天然防污能力評(píng)價(jià)指標(biāo)分類及評(píng)分值Table 1 The range and rating of indices for unconfined aquifer

1.3.2 排污河周邊地區(qū)有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，污染源荷載是指由于地表的人類活動(dòng)可能產(chǎn)生污染的潛在污染源［5］.排污河周邊地區(qū)，存在大量不同類型的污染源，這些污染源通常產(chǎn)生不止一種污染物.這些污染物通過降雨入滲，隨水流穿透包氣帶進(jìn)入含水層［18］.含水層遭受污染的程度，受污染物自身的特點(diǎn)和污染物從地表至含水層的遷移過程中所發(fā)生吸附、降解等作用相關(guān)［9］.在一定的水文地質(zhì)條件下，污染物對(duì)含水層的污染程度可以通過污染物自身的性質(zhì)：毒性、降解性和遷移性來描述［4，19］.進(jìn)入含水層的污染物，隨地下水流水平遷移，同時(shí)被降解吸附，隨著遷移距離增加，污染物濃度逐漸降低，對(duì)地下水環(huán)境的影響也逐漸消失.污染源產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)也隨之消失.污染源的這種特性，可以通過距污染源在含水層中的可遷移距離來描述［20-21］.此外，污染源的存在形式，影響污染物釋放的可能性和入滲量［22］.因此，有機(jī)污染源潛在污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)應(yīng)包括以下5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：污染源存在形式（F）、距污染源距離（L）、污染物的量（Q）、污染物毒性（T）、污染物的遷移性（M）和污染物的降解性（D）.基于以上分析，建立污染源有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方程如下：

式中：PSj為污染源j潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果；n為特征污染物個(gè)數(shù)；L為距污染源的距離；Cij為污染源j特征污染物i評(píng)價(jià)結(jié)果；Qij為對(duì)應(yīng)污染物的量；Tij、Mij、Dij分別表示污染物毒性、遷移性和降解性，WT、WM、WD為其權(quán)重，由AHP法獲得.

有機(jī)污染物的量用對(duì)應(yīng)污染物的濃度與其飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比值來表示；有機(jī)污染物的毒性采用有機(jī)物的致癌性進(jìn)行分類評(píng)分；利用lgKoc 描述污染物的遷移性，其中Koc為土壤有機(jī)碳吸附系數(shù)；而有機(jī)物的降解性則通過其在土壤中的半衰期T來表示.有機(jī)污染物的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和其致癌性選用美國環(huán)境保護(hù)局（U.S.EPA）頒布的“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生公告（以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)）［23］公布的數(shù)據(jù)，其中水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的飲用水中污染物的最高濃度（MCL）.EPI Suite是由美國國家環(huán)保局（EPA）提供的一套基于定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）原理研制的軟件，根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有關(guān)性質(zhì)的估算［24-25］.文中有機(jī)物的相關(guān)參數(shù)（Koc、土壤中的半衰期）采用此軟件估算.參數(shù)的設(shè)計(jì)評(píng)分范圍為1～10，1表示對(duì)地下水污染產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)最小，10表示產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)最大.各參數(shù)的評(píng)分結(jié)果見表2.

表2 潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)分類及評(píng)分值Table 2 The range and rating of indices for potential risk assessment

線狀污染源與點(diǎn)狀污染源評(píng)價(jià)方式相同.面狀污染源產(chǎn)生的污染負(fù)荷在平面上分布，利用式（4）～（5）計(jì)算面源污染的有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)：

式中：LSj為污染j風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，各參數(shù)評(píng)分見表2.

最后將點(diǎn)源、線源和面源的污染源評(píng)價(jià)指標(biāo)疊加，得到潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，如式（6）.

式中：DS為潛在污染風(fēng)險(xiǎn)；PS、LS、NPS分別為點(diǎn)源、線源和面源污染指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果；Wps、Wls、Wnps分別表示點(diǎn)源、線源和面源污染潛在風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重.權(quán)重由AHP法獲得.按照潛在風(fēng)險(xiǎn)的大小，潛在風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的評(píng)分值范圍從1～10，風(fēng)險(xiǎn)越大，評(píng)分值越高.

1.3.3 地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 地下水防污能力與有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)之間的相互作用關(guān)系不是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系.在防污能力極差的地區(qū)，如果沒有明顯的污染源，則不存在風(fēng)險(xiǎn)；相反，在防污能力極好的地區(qū)，如果有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)較高，則該地區(qū)的有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)較高.基于這種思路，歐洲COST action 620行動(dòng)建立如式（7）所示的疊加方式，這種疊加方式在歐洲巖溶地區(qū)的地下水保護(hù)工作中廣泛應(yīng)用，適用性很高［5］.式中：PI為地下水污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，DI、DS分別為地下水天然防污能力評(píng)價(jià)指標(biāo)、地下水潛在污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分值［5，10］.地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)受含水層的天然防污能力和污染荷載產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)共同控制［11］，本文選擇式（7）的疊加方式.

1.4 各指標(biāo)權(quán)重確定方法

層次分析法（AHP）由美國運(yùn)籌學(xué)家Satty于1980年提出，是一種實(shí)用的多方案或多目標(biāo)的決策方法，可以有效的解決指標(biāo)權(quán)重不合理問題［26］.AHP法基于通過對(duì)不同要素的比較產(chǎn)生的判斷矩陣計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，能夠有效的實(shí)現(xiàn)決策過程的數(shù)量化、層次化.通過AHP法計(jì)算并改進(jìn)DRASTIC模型權(quán)重的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用［27-28］.中國地質(zhì)調(diào)查局在《地下水脆弱性評(píng)價(jià)技術(shù)要求》（GWI-D3）中提出了利用AHP法計(jì)算DRASTIC模型指標(biāo)權(quán)重的方法［29］.方法規(guī)定，計(jì)算權(quán)重的步驟如下：

（1）根據(jù)指標(biāo)特點(diǎn)構(gòu)造判斷矩陣；

（2）利用方根法計(jì)算權(quán)重.

本文中涉及到的權(quán)重計(jì)算，都采用AHP法，按照中國地質(zhì)調(diào)查局提出的技術(shù)要求進(jìn)行計(jì)算.以修改后的DRASTIC為例，計(jì)算步驟如下：

（1）建立判斷矩陣.原始的DRASTIC模型中，地下水位埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）、土壤介質(zhì)（S）、包氣帶介質(zhì)（I）、滲透系數(shù)（C）的權(quán)重分別為5、4、2、5、3.對(duì)各指標(biāo)比較，認(rèn)為D和I同等重要，而D比C稍微重要，D比R介于稍微重要與同等重要之間，D比S介于稍微重要和明顯重要之間.并設(shè)地下水位埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）、土壤介質(zhì)（S）、包氣帶介質(zhì)（I）、滲透系數(shù)（C）的權(quán)重分別Wi1、Wi2、Wi3、Wi4、Wi5，建立的判斷矩陣如下：

（2）利用方根法計(jì)算權(quán)重，在技術(shù)要求中有詳細(xì)介紹，此處略去.各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表1所示.此矩陣的一致性比例CR=0.003＜0.1，具有滿意的一致性.

2 結(jié)果與分析

2.1 場(chǎng)地有機(jī)污染特征

2009年在細(xì)河及其周邊地區(qū)采集地下水樣品29個(gè)、地表水樣品2個(gè)，采樣點(diǎn)位置見圖1.其中，地表水采樣點(diǎn)分別位于細(xì)河的中上游、下游.根據(jù)水樣檢測(cè)資料顯示，作為排污河的細(xì)河，整體水質(zhì)較差.周邊的地下水已遭受到不同程度的有機(jī)污染.在細(xì)河地表水樣品中檢測(cè)到11種鹵代烴、11種芳香烴和2種有機(jī)農(nóng)藥.地下水樣品中檢測(cè)到12種鹵代烴、11種芳香烴和1種有機(jī)農(nóng)藥.各污染物組分的檢出率見圖2.

通過分析細(xì)河地表水和地下水有機(jī)組分的檢出率可以看出，細(xì)河河水各組分檢出率高于地下水，細(xì)河河水中三氯甲烷、氯乙烯以及苯系物等16種有機(jī)物檢出率達(dá)到100％.地下水中鹵代烴1，2-二氯丙烷，1，2-二氯乙烷的檢出率達(dá)到45％，芳香烴的檢出率普遍較低，有機(jī)農(nóng)藥α-HCH，β-HCH，γ-HCH，δ-HCH均有檢出.結(jié)合本次地下水有機(jī)物的檢出情況，以及我國及美國所制定的“水中優(yōu)先控制污染物”名單，本次選擇19種優(yōu)先控制有機(jī)物進(jìn)行地下水有機(jī)污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3.

對(duì)區(qū)內(nèi)不同土地利用類型下地下水的特征有機(jī)物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3）.在不同的地表類型下，地下水中苯并（a）芘、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷、甲苯、乙苯、苯等有機(jī)物平均檢出濃度在工業(yè)用地內(nèi)最高，而在旱地和林地中濃度較低.值得注意的是，地下水中苯并（a）芘在林地中出現(xiàn)了較高的檢出濃度，這是因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)附近存在垃圾填埋場(chǎng)所致；三氯甲烷在城市用地的最大檢出濃度也表現(xiàn)出同樣的異常，在最大檢出濃度采樣點(diǎn)附近的化工廠是這一現(xiàn)象的主因；苯、甲苯、二甲苯在加油站附近的檢出濃度較高，而這三類有機(jī)物正是燃油污染中較為常見的有機(jī)污染物；總HCHs在旱田和村鎮(zhèn)用地的樣品中檢出濃度較高；位于細(xì)河兩岸的樣品中，有機(jī)物檢出濃度高，檢出種類繁多；總HCHs的檢出濃度數(shù)量級(jí)在10以上，在細(xì)河下游的樣品中，總HCHs的檢出濃度高達(dá)194.86μg/L.可見，地下水中的有機(jī)污染物種類和濃度與地表人類活動(dòng)密切相關(guān).

圖2 2009細(xì)河地區(qū)地下水、地表水中有機(jī)組分的檢出率（％）Fig.2 The positive rate of organics of groundwater and water in Xihe River Area in 2009（％）

表3 不同土地利用類型有機(jī)污染特征（μg/L）Table 3 The organic contamination characteristics of different landuse types（μg/L）

2.2 地下水天然防污能力

由于對(duì)傳統(tǒng)的DRASTIC進(jìn)行了指標(biāo)的篩選，已有的權(quán)重不再適用.故依據(jù)傳統(tǒng)的DRASTIC指標(biāo)權(quán)重，利用AHP法對(duì)各指標(biāo)重新確定權(quán)重.研究區(qū)天然防污能力的評(píng)價(jià)結(jié)果圖3所示.DI值評(píng)價(jià)結(jié)果為3.7至7.0，分為3個(gè)區(qū)間.在研究區(qū)內(nèi)，細(xì)河上游防污能力中等，中下游防污能力低，于洪區(qū)北部、渾河右岸白塔堡周圍防污能力高.各區(qū)所占比例如表5所示.全區(qū)內(nèi)防污能力低區(qū)域所占比例最大，幾乎占據(jù)整個(gè)研究區(qū)一半面積.而防污能力較高的地區(qū)只占到20.83％.研究區(qū)內(nèi)地下水埋深由細(xì)河上游至下游逐漸變淺，導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)地下水防污能力由細(xì)河上游至下游逐漸降低；而于洪區(qū)北部、渾河右岸白塔堡周圍包氣帶介質(zhì)為黏土或亞黏土，地下水防污能力處于較高水平.

圖3 細(xì)河地區(qū)地下水天然防污能力分區(qū)Fig.3 Groundwater Iatric vulnerability map of Xihe River Area

2.3 排污河周邊潛在風(fēng)險(xiǎn)

一般認(rèn)為，污染物的遷移性和降解性同等重要，污染物的毒性比遷移性和降解性稍微重要.據(jù)此構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算得污染物的毒性、遷移性和降解性的權(quán)重分別為0.6、0.2、0.2，此矩陣的一致性比例CR=0.0＜0.1，具有滿意的一致性.將此權(quán)重代入公式，如表計(jì)算得各類污染源評(píng)分結(jié)果如表4所示.

研究區(qū)內(nèi)三類污染源對(duì)地下水水質(zhì)的影響強(qiáng)弱為：面源＞線源＞點(diǎn)源.其中面源對(duì)地下水貢獻(xiàn)為32.305％，線源為27.704％，點(diǎn)源為19.875％［30］.據(jù)此，認(rèn)為面源比點(diǎn)源稍微重要，面源比線源、線源比點(diǎn)源介于同等重要和稍微重要之間.計(jì)算得權(quán)重分別為0.54、0.30、0.16.以此繪制潛在風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)圖（圖4），DS評(píng)價(jià)結(jié)果為0～5.0，分為3個(gè)區(qū)間（表5）.

圖4 細(xì)河地區(qū)潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Fig.4 Map for groundwater antifouling ability assessment of Xihe River Area

有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)基本沿細(xì)河分布，在于洪至沙嶺一帶有部分面積.京沈高速公路一帶、皇姑區(qū)至朝鮮族自治鄉(xiāng)一帶潛在風(fēng)險(xiǎn)中等.渾河中下游沿岸、沙嶺西北潛在風(fēng)險(xiǎn)低.區(qū)內(nèi)各風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)所占面積比例如表4所示.區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)處于低或中等水平.

表4 各類污染源評(píng)分值Table 4 The rating of the hazard

2.4 地下水污染風(fēng)險(xiǎn)

將研究區(qū)防污能力等級(jí)圖和研究區(qū)潛在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖按式（7）疊加，得到研究區(qū)地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖，如圖5所示.PI評(píng)價(jià)結(jié)果為0～34.5，平均分為3個(gè)區(qū)間（表5）.研究區(qū)內(nèi)細(xì)河沿岸、楊士至于洪區(qū)一帶污染風(fēng)險(xiǎn)高；大青中朝友誼村、皇姑區(qū)至沈河區(qū)一帶污染風(fēng)險(xiǎn)中等；沙嶺西北、白塔堡鎮(zhèn)周圍污染風(fēng)險(xiǎn)低.細(xì)河沿岸的地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)高.沙嶺西北地區(qū)主要的土地利用類型為農(nóng)田、村莊，有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)低，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)低.沙嶺以北地下水防污能力較高、潛在風(fēng)險(xiǎn)較低，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)較低.大青中朝友誼村西南潛在風(fēng)險(xiǎn)較低，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)較低.渾河下游沿岸地區(qū)主要是旱田及林地，有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn)低，其有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)也較低.白塔堡鎮(zhèn)一帶地下水防污能力高，雖然分布有較多的加油站，但地下水有機(jī)污染仍然處于較低水平.渾河朝鮮族鄉(xiāng)、皇姑區(qū)、沈河區(qū)一帶是研究區(qū)內(nèi)主要的居住區(qū)，分布有大量的加油站、地下水防污能力較高，地下水防污能力和潛在風(fēng)險(xiǎn)都處于中等水平，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)中等.

研究區(qū)渾河沿岸地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)基本處于中等或低水平，而細(xì)河沿岸地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)高.細(xì)河是區(qū)內(nèi)的主要排污河，河水污染嚴(yán)重，水中含有大量有機(jī)污染物，污染物從上游至下游逐漸累積，細(xì)河北岸有一條繁忙的高速公路，沿公路分布有較為密集的加油站，這些都是潛在的有機(jī)污染源.而地下水的常年開采，使得地表水與地下水之間的水位差增大，河水補(bǔ)給地下水的量增大，帶入了將細(xì)河中的有機(jī)物不斷帶入周邊的地下水中.而渾河有機(jī)污染在上游較為嚴(yán)重［31］，沿程地表水有機(jī)污染程度降低［32］，且逐漸降低的水力梯度和減弱的地下水徑流降低了地下水對(duì)有機(jī)物的搬運(yùn)能力［33］，渾河沿岸的地表土地利用類型以旱田、林地等為主，潛在污染風(fēng)險(xiǎn)低.

圖5 細(xì)河地區(qū)有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Fig.5 Classification map of the groundwater pollution risk of Xihe River Area

在計(jì)算的細(xì)河潛在污染風(fēng)險(xiǎn)值時(shí)，認(rèn)為細(xì)河是不存在防滲措施的，即其存在方式是全部暴露，式（2）中F取值為1.2，由此計(jì)算得出細(xì)河沿岸處于潛在風(fēng)險(xiǎn)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū).事實(shí)上，細(xì)河作為一條排污河，為了防止其污染地下水，在部分河段上設(shè)有防滲措施，這導(dǎo)致細(xì)河河水和地下水的交互能力在整個(gè)河段上有很大區(qū)別.如按細(xì)河整個(gè)河段全部設(shè)有防滲措施計(jì)算，F(xiàn)值取0.8（表2），其潛在風(fēng)險(xiǎn)則降為中等水平，有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值也將降為原來的2/3.由此可見，細(xì)河沿岸的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)水平高低，與細(xì)河密切相關(guān).細(xì)河與地下水的水位差越大、河床的防滲措施越少，隨水量交換進(jìn)入地下水中的污染物也就越多，地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)也就越高；反之，則越低.地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值對(duì)這兩個(gè)因素的敏感性較高.

2.5 評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)與水中的污染物濃度具有很好的相關(guān)性.可以通過污染物的分布及其濃度來檢驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性.通過有機(jī)污染檢出濃度為縱軸、以PI為橫軸對(duì)檢出率較高的幾類污染物作圖（圖6）.

可以看出，在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，有機(jī)物濃度較大，而在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)較低.以1，2-二氯乙烷為例，在低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，多為有機(jī)污染物濃度低于檢出限.而高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其濃度則普遍高于0.15μg/L.圖1中所示地下水有機(jī)污染較為嚴(yán)重的地區(qū)多分布在細(xì)河沿岸，有機(jī)污染現(xiàn)狀多為重度污染.這與地下水有機(jī)污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布較為一致.

圖6 有機(jī)物濃度與有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相關(guān)關(guān)系Fig.6 Scatter plot of PI with organic contaminant

3 結(jié)語

利用改進(jìn)的DRASTIC模型評(píng)價(jià)含水層天然防污能力，將細(xì)河周邊潛在污染源分為點(diǎn)源、線源和面源，按照統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)有機(jī)污染潛在風(fēng)險(xiǎn).通過兩圖疊加得到有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)圖，評(píng)價(jià)模型有效結(jié)合研究區(qū)天然水文地質(zhì)條件和有機(jī)物的污染特性，充分考慮了有機(jī)污染物對(duì)地下水可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn).評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：研究區(qū)污染風(fēng)險(xiǎn)高、中、低所占比例分別為19.63％、044.81％、35.56％.細(xì)河沿岸一帶有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)處于高水平.

細(xì)河是研究區(qū)的主要排污河，是研究區(qū)內(nèi)重要的污染源.地表水與地下水之間的較大的水位差、河床的防護(hù)措施、有機(jī)污染嚴(yán)重的河水使得細(xì)河沿岸地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)水平高.因此，在河床上增加防滲措施，合理規(guī)劃研究區(qū)內(nèi)地下水開發(fā)利用，加強(qiáng)對(duì)排污河水質(zhì)的監(jiān)管，改善水質(zhì)，是降低細(xì)河沿岸地下水有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)有效措施.

含水層的天然防污能力在一定時(shí)期內(nèi)是靜態(tài)的，而潛在風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著人類活動(dòng)不斷變化，及時(shí)評(píng)價(jià)與繪制地下水潛在污染風(fēng)險(xiǎn)圖可以為地下水管理提供更有力的數(shù)據(jù)支持.

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Risk evaluation of groundwater organic pollution by semi-quantified hazard.

YU Xi-peng1，SONG Mian2，ZHANG Wen-jing1*（1.College of Environment and Resources，Jilin University，Changchun 130021，China；2.Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey，China Geological Survey，Baoding 071051，China）.China Environmental Science，2015，35（6）：1709～1718

Based on the hydrogeological conditions and the organic pollution characteristics in this study area，DRSIC model has been established to classify the vulnerability of groundwater.According to this vulnerability results and hazard load conditions，organic pollution risk assessment model have been built and verified by the groundwater organic contamination situation.The weighting of all models was calculated by AHP（analytic hierarchy process）.The assessment results indicated that the levels of organic pollution risk along Xihe River and Yangshi to Yuhong Area was higher than the other areas.The assessment results are well reflected organic pollution status in this study area.

DRASTIC Model；analytic hierarchy process（AHP）；groundwater；organics contamination risk

X802.4

A

1000-6923（2015）06-1709-10

于喜鵬（1991-），男，甘肅平?jīng)鋈?，吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院碩士研究生，主要從事地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究.

2014-10-10

環(huán)保公益性行業(yè)科研基金重大項(xiàng)目（201009009）

* 責(zé)任作者，副教授，zhangwenjing80@126.com