基于危害性分級(jí)的地下水污染源分類(lèi)識(shí)別方法

唐軍，李娟*，席北斗，楊洋,3，王月，趙傳軍,4

1.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)地下水污染過(guò)程模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875 4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071000

基于危害性分級(jí)的地下水污染源分類(lèi)識(shí)別方法

唐軍1,2，李娟1,2*，席北斗1,2，楊洋1,2,3，王月1,2，趙傳軍1,2,4

1.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)地下水污染過(guò)程模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875 4.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071000

地下水污染源分類(lèi)識(shí)別是有序開(kāi)展地下水污染防控工作的前提。以典型地下水污染源為研究對(duì)象，建立綜合考慮優(yōu)控污染物、污染源特征的地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)體系，以污染源危害性評(píng)價(jià)結(jié)果作為重點(diǎn)污染源的判別依據(jù)。將哈斯(Hasee)圖解法與綜合評(píng)分法相結(jié)合，用于地下水優(yōu)控污染物識(shí)別，同時(shí)引入修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)多組分的地下水優(yōu)控污染物開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)，并選擇3個(gè)典型地下水污染源進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別方法實(shí)地驗(yàn)證。結(jié)果表明：污染源S1、S2和S3的危害性等級(jí)分別為Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ。在區(qū)域地下水污染分類(lèi)防控與分級(jí)管理中，應(yīng)對(duì)危害性等級(jí)較高的污染源S1和S2加以重點(diǎn)關(guān)注。

地下水；污染源；優(yōu)控污染物；危害性評(píng)價(jià)；分類(lèi)識(shí)別

地下水作為我國(guó)重要的飲用水源之一被大量開(kāi)發(fā)。但受到城市液體污染物，長(zhǎng)期堆積的固體廢物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量使用的農(nóng)藥和化肥，滲漏的礦淋濾液及礦石加工廠(chǎng)污水大量排放[1-2]等的影響，導(dǎo)致地下水污染日益嚴(yán)重。地下水一旦污染很難恢復(fù)，其治理和修復(fù)費(fèi)用極為昂貴，地下水污染的后果會(huì)影響幾代人的健康。

識(shí)別地下水重點(diǎn)污染源是有序開(kāi)展地下水污染防控工作的前提。地下水污染源(污染物)種類(lèi)繁多、性質(zhì)復(fù)雜，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的危害程度亦有所不同，在實(shí)際工作中，很難對(duì)進(jìn)入地下水中的各種污染源(污染物)開(kāi)展有效監(jiān)測(cè)和控制，因此需從中識(shí)別出一些危害性較大的污染源(污染物)作為重點(diǎn)控制對(duì)象，即“地下水重點(diǎn)污染源和優(yōu)控污染物”[2-4]。我國(guó)已在地下水污染源識(shí)別方面進(jìn)行了一些研究：如在場(chǎng)地尺度方面，王曉紅等[5]運(yùn)用溶質(zhì)運(yùn)移模型反演法，結(jié)合單體碳同位素技術(shù)，辨識(shí)出典型場(chǎng)地污染源位置和濃度；江思珉等[6]運(yùn)用卡爾曼濾波技術(shù)、模糊集合理論等，利用單一污染物濃度，反演出污染源的位置和強(qiáng)度，但由于未考慮其他污染源基本特征，不能綜合體現(xiàn)污染源的危害性，僅能識(shí)別出需要重點(diǎn)關(guān)注的污染源。在區(qū)域尺度方面，陸燕等[7]對(duì)北京平原區(qū)地下水污染源進(jìn)行了識(shí)別與危害性分級(jí)；劉博等[8]對(duì)吉林市城區(qū)淺層地下水污染源進(jìn)行了識(shí)別，確定了重點(diǎn)污染區(qū)域或重點(diǎn)污染行業(yè)，但未辨識(shí)出具體的重點(diǎn)污染源。截至目前，識(shí)別地下水重點(diǎn)污染源的方法尚未形成。

識(shí)別地下水優(yōu)控污染物是識(shí)別地下水重點(diǎn)污染源的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在優(yōu)控污染物識(shí)別方面做出了大量研究工作[3,9-10]：如美國(guó)較早就開(kāi)展了污染物優(yōu)先監(jiān)測(cè)和篩選，在對(duì)有毒有害污染物進(jìn)行了大量研究的基礎(chǔ)上，以污染物毒性為依據(jù)，結(jié)合污染物的產(chǎn)生量、檢出頻率等因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終得到65類(lèi)129種重點(diǎn)優(yōu)先控制的污染物名單；歐盟依據(jù)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)計(jì)算和模型模擬的污染物暴露得分與毒性效應(yīng)得分組合計(jì)算總得分，基于風(fēng)險(xiǎn)排序和專(zhuān)家評(píng)判最終篩選出水環(huán)境優(yōu)先污染物；我國(guó)于1990年提出了符合我國(guó)國(guó)情的68種水中優(yōu)先控制污染物黑名單[4]，該名單以污染物排放調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合污染物的毒性和排放量，通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審的方式，并綜合考慮檢測(cè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素而得出，其為優(yōu)控污染物的控制和監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)，但該名單主要針對(duì)地表水環(huán)境。

目前已報(bào)道的地表水優(yōu)控污染物識(shí)別技術(shù)包括潛在危害指數(shù)法、模糊綜合評(píng)判法、綜合評(píng)分法、密切值法、哈斯(Hasee)圖解法等[2]，而針對(duì)地下水環(huán)境優(yōu)控污染物的識(shí)別方法尚未形成。筆者基于已有的研究成果，針對(duì)地下水環(huán)境特征，建立了基于危害性分級(jí)的地下水污染源分類(lèi)識(shí)別方法，以期為開(kāi)展地下水資源保護(hù)和地下水污染防治的科學(xué)管理工作提供技術(shù)支撐。

1 地下水重點(diǎn)污染源分類(lèi)識(shí)別

1.1流程

第一步，開(kāi)展地下水污染源環(huán)境調(diào)查。主要進(jìn)行污染源相關(guān)資料的收集與分析，對(duì)污染源特征包括優(yōu)控污染物、排放源強(qiáng)、排放位置、污染路徑、影響面積、防滲措施和存在時(shí)間等進(jìn)行分析；通過(guò)地下水污染源環(huán)境調(diào)查，確定典型污染源對(duì)應(yīng)的地下水污染物清單，選用哈斯圖解法[11]、綜合評(píng)分法[12-15]相結(jié)合識(shí)別典型污染源地下水優(yōu)控污染物。第二步，根據(jù)分析結(jié)果建立地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)體系。第三步，利用修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法、層次分析法、迭置指數(shù)法等方法，進(jìn)行地下水污染源危害性評(píng)價(jià)，依據(jù)分級(jí)結(jié)果識(shí)別出地下水重點(diǎn)污染源。地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別流程如圖1所示。

圖1 地下水污染源分類(lèi)識(shí)別流程Fig.1 Flow chart of groundwater pollution sources dentification

1.2方法

1.2.1哈斯圖解法

哈斯圖解法是將污染物的危害性用向量表示為{毒性，遷移性，降解性}，指標(biāo)通過(guò)實(shí)際數(shù)值或定性評(píng)價(jià)來(lái)表示[9]。其中，毒性以GB/T14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[16]中各級(jí)濃度標(biāo)準(zhǔn)限值為基準(zhǔn)，對(duì)比污染物實(shí)際濃度，劃分水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值越大危害性越大；遷移性以吸附系數(shù)(Kd)作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值越小危害性越大；降解性以易降解、可降解和不可降解作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，其危害程度為不可降解>可降解>易降解。

假設(shè)用哈斯圖解法對(duì)污染物1和2進(jìn)行對(duì)比，將會(huì)出現(xiàn)4種可能性：1)污染物1和2各指標(biāo)的數(shù)值均相等時(shí)，則污染物1和2的位置重合〔圖2(a)〕；2)污染物1中各指標(biāo)的數(shù)值均大于污染物2時(shí)，則污染物1和2之間由帶箭頭的直線(xiàn)相連，并由污染物1指向2〔圖2(b)〕；3)污染物1各指標(biāo)的數(shù)值均小于污染物2時(shí)，則污染物1和2之間由帶箭頭的直線(xiàn)相連，由污染物2指向1〔圖2(c)〕；4)如果污染物1中的某個(gè)指標(biāo)數(shù)值大于污染物2中的該指標(biāo)數(shù)值，同時(shí)污染物2中的另一個(gè)指標(biāo)數(shù)值大于污染物1中的該指標(biāo)數(shù)值，則2個(gè)污染物指標(biāo)間存在矛盾，在污染物1和2之間沒(méi)有直線(xiàn)連接〔圖2(d)〕[11]。

注：圖中1和2表示污染物1和污染物2。圖2 哈斯圖解法排序示意Fig.2 Schematic diagram of ordering of Hasse graphical method

哈斯圖解法可以直觀(guān)反映地下水污染物的相對(duì)危害性及是否存在矛盾，正是由于矛盾污染物的存在，使得部分污染物并不能完全呈現(xiàn)危害性的相對(duì)大小，因此，對(duì)于存在矛盾污染物的污染源，需要將哈斯圖解法與綜合評(píng)分法相結(jié)合，進(jìn)一步明確相應(yīng)的優(yōu)控污染物。

1.2.2綜合評(píng)分法

綜合評(píng)分法可以解決哈斯圖解法中存在矛盾性的污染物的危害性。該方法基于水環(huán)境優(yōu)控污染物篩選的相關(guān)研究基礎(chǔ)[12-13]，確定污染物單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)其重要性和可靠性劃分指標(biāo)權(quán)重，重要性大、可靠性高的指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重也高。參考李沫蕊等[14]的方法對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分級(jí)，通過(guò)迭置指數(shù)法進(jìn)行最后評(píng)價(jià)總分的計(jì)算，污染物的分值越高，排序越靠前，危害性越大[15]。地下水優(yōu)控污染物識(shí)別指標(biāo)權(quán)重與評(píng)分如表1所示。

表1 典型地下水污染源優(yōu)控污染物識(shí)別指標(biāo)評(píng)分[14，17-20]

注：Ci為第i種污染物濃度，Ci(Ⅰ)、Ci(Ⅱ)、Ci(Ⅲ)、Ci(Ⅳ)、Ci(Ⅴ)分別為GB/T 14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中第i種污染物的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)濃度限值；Kd為吸附系數(shù)；T1/2為污染物半衰期，≤20 d為易降解，20～50 d為可降解，>50 d為不可降解。

優(yōu)控污染物危害性指數(shù)(A)計(jì)算公式為：

A=5×T+25×M+10×D

(1)

式中：T為毒性評(píng)分；M為遷移性評(píng)分；D為降解性評(píng)分。A數(shù)值越大，危害性越大。

根據(jù)哈斯圖解法和綜合評(píng)分法的結(jié)果，篩選出地下水污染源對(duì)應(yīng)的優(yōu)控污染物。

1.3污染源特征分析

1.3.1地下水優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

通過(guò)引入修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法，對(duì)同一質(zhì)量級(jí)別的不同污染因子加以區(qū)別對(duì)待，將優(yōu)控污染物識(shí)別排序結(jié)果引入傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)[21]，增加了計(jì)算過(guò)程中的權(quán)重因素，一方面凸顯極值，另一方面可以更加科學(xué)地表現(xiàn)不同污染物對(duì)地下水影響的貢獻(xiàn)量。具體步驟如下。

(1)依據(jù)GB/T14848—93中各單項(xiàng)污染物的評(píng)分值，將某污染物的濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)表2確定該污染物的評(píng)分值(Li)。

表2 地下水污染物質(zhì)量評(píng)分

(2)污染物的特征屬性[17]包括濃度、毒性、遷移性、降解性等，修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是以地下水優(yōu)控污染物識(shí)別結(jié)果為基礎(chǔ)，在計(jì)算過(guò)程中引入各污染物的權(quán)重排序，利用L加權(quán)平均代替Liave(n種污染物評(píng)分的平均值)。L加權(quán)平均計(jì)算公式為：

(2)

式中ai為第i種污染物的權(quán)重，其值由該污染物在地下水優(yōu)控污染物識(shí)別后的排序位置而定。

將各污染物的地下水危害性排序表示為li，則污染物權(quán)重的計(jì)算公式為：

(3)

(3)修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)(L綜)，即地下水優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(B1)的計(jì)算公式為：

(4)

1.3.2排放源強(qiáng)

污染源排放源強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)由污染源泄露點(diǎn)進(jìn)入地質(zhì)環(huán)境的廢水(液)等的排放量；對(duì)于特征污染物而言，排放源強(qiáng)重點(diǎn)關(guān)注其排放濃度和質(zhì)量。污染源排放源強(qiáng)主要受污染源類(lèi)型、泄漏方式等因素的影響[22-23]，包括風(fēng)險(xiǎn)排放源強(qiáng)和跑、冒、滴、漏排放源強(qiáng)等，結(jié)合不同類(lèi)別地下水污染源計(jì)算相應(yīng)排放源強(qiáng)。

1.3.3排放位置

地下水污染源的排放位置決定著污染物進(jìn)入地質(zhì)環(huán)境后的運(yùn)移轉(zhuǎn)化路徑，而排放位置與地下潛水含水層上表面之間的距離，決定了污染物垂向運(yùn)移的最大污染厚度。地下水污染源的排放位置分為地表面、包氣帶、含水層3個(gè)位置，其對(duì)目標(biāo)地下水可能造成的危害性呈遞增趨勢(shì)。

1.3.4污染路徑

地下水的污染路徑是指污染物從污染源進(jìn)入到地下水中需要經(jīng)過(guò)的路徑。按照水力學(xué)[21]的特點(diǎn)，將地下水污染路徑分為間歇入滲型、連續(xù)入滲型、越流及徑流型三大類(lèi)，間歇入滲型和連續(xù)入滲型主要污染的含水層為潛水，是研究的重點(diǎn)。間歇入滲型主要適用于垃圾填埋場(chǎng)、排土場(chǎng)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)區(qū)；連續(xù)入滲型主要適用于受污染的地表水、渠、坑等污水的滲漏：后者的風(fēng)險(xiǎn)要大于前者。而越流及徑流型污染，主要受人為開(kāi)采、地質(zhì)天窗和特殊通道的影響較大，地下水受到污染的風(fēng)險(xiǎn)也最高。

1.3.5影響面積

地下水污染源的影響面積依據(jù)其影響范圍而定，一般通過(guò)影響面積比[19]的計(jì)算值來(lái)定量評(píng)價(jià)。影響面積比指污染源影響半徑所覆蓋的面積占總評(píng)價(jià)區(qū)面積的比例，污染源在評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)所占面積越大，對(duì)地下水產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)越大。工業(yè)渣堆及農(nóng)業(yè)面源的影響面積比可采用實(shí)際占用面積來(lái)計(jì)算；對(duì)于滲坑類(lèi)、排污河等點(diǎn)、線(xiàn)狀污染源，其影響面積比在實(shí)際調(diào)查中較難獲取，可依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)設(shè)定。

1.3.6防滲措施

按照地下水污染源防滲措施的可靠性，可將其分為密封、部分密封、暴露3種類(lèi)型。防滲措施的密封效果越好，污染源越不容易發(fā)生泄漏，地下水受污染的風(fēng)險(xiǎn)就越小。

1.3.7存在時(shí)間

污染源存在時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)污染源可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)起著直接影響作用。例如，對(duì)工業(yè)儲(chǔ)罐而言，單層無(wú)防腐蝕保護(hù)層的鋼制儲(chǔ)罐的平均滲漏年限約為25a[24]，10a內(nèi)因腐蝕發(fā)生滲漏的概率較低，但隨著時(shí)間的推移，滲漏風(fēng)險(xiǎn)急劇加大。同時(shí)，隨著污染源存在時(shí)間的增長(zhǎng)，污染源防滲措施發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)逐漸加大，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。

1.4識(shí)別指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)已有研究確定了7項(xiàng)地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)[19,25-26]，分別為：反映污染物特征的濃度、毒性、遷移性和降解性的污染物綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；反映污染源特征的排放源強(qiáng)、排放位置、污染路徑、影響面積、防滲措施及存在時(shí)間。地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)體系Fig.3 Index system of groundwater pollution sources identification

1.5指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

各評(píng)價(jià)指標(biāo)表征的是污染源輸出污染的潛力。指標(biāo)權(quán)重越大，說(shuō)明該指標(biāo)對(duì)地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)越大。根據(jù)層次分析法[26]，構(gòu)造9級(jí)標(biāo)度判斷矩陣[27]，計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，用于污染源危害性評(píng)價(jià)。通過(guò)專(zhuān)家咨詢(xún)[16]，對(duì)比指標(biāo)間的相對(duì)重要性，構(gòu)造的判斷矩陣如表3所示。

表3 指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣[16]

按照層次分析法計(jì)算步驟，進(jìn)行各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，結(jié)果如表4所示。

表4 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

權(quán)重計(jì)算結(jié)果通過(guò)了一致性檢驗(yàn)：λmax=7.26；CI=0.043；CR=0.032<0.10。

1.6確定指標(biāo)評(píng)分

采用1～10分作為各指標(biāo)評(píng)分的尺度。對(duì)可定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以數(shù)值作為評(píng)分依據(jù)；對(duì)于不易定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用定性后評(píng)分的方法，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量化，從而準(zhǔn)確評(píng)價(jià)污染源的危害性。各指標(biāo)評(píng)分如表5所示。

表5 各指標(biāo)評(píng)分

注：B1依據(jù)GB/T 14848—93中地下水質(zhì)量級(jí)別分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判定；B2依據(jù)排放源強(qiáng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行[19]；B3依據(jù)污染源在地質(zhì)環(huán)境中所處的位置來(lái)判定[19]，對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)：含水層>包氣帶>地表；B4依據(jù)污染物進(jìn)入地下的路徑來(lái)判定[28]，一般認(rèn)為越流及徑流型風(fēng)險(xiǎn)最大，間歇入滲型風(fēng)險(xiǎn)最??；B5依據(jù)污染源影響面積占評(píng)價(jià)區(qū)總面積的百分?jǐn)?shù)來(lái)判定[19]，影響范圍越大，危害性越大；B6依據(jù)污染源的防護(hù)方式來(lái)判定[29]，污染源各方位均有防護(hù)措施時(shí)，為密封狀態(tài)，污染源下方有防護(hù)措施但其他方位未與外界隔離時(shí)，為部分密封狀態(tài)，污染源不具備防護(hù)措施時(shí)，為暴露狀態(tài)；B7依據(jù)污染源存在時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)判定[30]，污染源存在時(shí)間越長(zhǎng)，可能造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)越大[31]。

1.7污染源危害性分級(jí)

根據(jù)表4和表5，按照迭置指數(shù)法對(duì)地下水污染源危害性指數(shù)(B)進(jìn)行計(jì)算：

B=0.22B1+0.17B2+0.16B3+0.1B4+
0.09B5+0.12B6+0.14B7

(5)

將式(2)～式(5)的計(jì)算結(jié)果采用非等間距法取值(0～10)，分成3個(gè)等級(jí)[32]：當(dāng)B<4.0時(shí)，為Ⅰ級(jí)；當(dāng)4.0≤B<7.0時(shí)，為Ⅱ級(jí)；當(dāng)B≥7.0時(shí)，為Ⅲ級(jí)。B值越大，地下水污染源危害性越高。將Ⅲ級(jí)污染源定義為地下水重點(diǎn)污染源，Ⅱ級(jí)污染源定義為地下水普通污染源，Ⅰ級(jí)污染源定義為地下水一般污染源。

2 應(yīng)用案例

選取北方某非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的垃圾堆體(S1)、北方某化工廠(chǎng)的鉻渣堆(S2)及北方某化工廠(chǎng)的排污滲坑(S3)為研究對(duì)象，分析地下水優(yōu)控污染物與污染源危害性等級(jí)。

2.1污染源信息

S1：未做底部、側(cè)部防滲層的設(shè)置，頂部覆蓋層的防滲性能未達(dá)到衛(wèi)生填埋的標(biāo)準(zhǔn)，垃圾滲濾液可直接進(jìn)入包氣帶，污染路徑為間歇入滲型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)垃圾滲濾液監(jiān)測(cè)報(bào)告，主要污染物有氨氮、Hg、Cr、Cd和As，其濃度分別為1810、1.57×10-3、3.8×10-2、0.5×10-3和4.44×10-2mg/L。

S2：存放量約2萬(wàn)t，常年露天堆放，基本無(wú)防滲措施，渣堆滲濾液直接進(jìn)入包氣帶，污染路徑為間歇入滲型。根據(jù)滲濾液監(jiān)測(cè)結(jié)果，主要污染物有Cr、Pb、Zn和Cu，濃度分別為270、0.064、0.023和0.056mg/L。

S3：某化工廠(chǎng)搬遷后遺留的面積約25000m2的廢水排放滲坑，污染路徑為連續(xù)入滲型。該化工廠(chǎng)主要生產(chǎn)噻吩-2,5-二羧酸(OB酸)和堿性紅。根據(jù)生產(chǎn)工藝，S3中可能涉及的特征污染物包括氯苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、鄰苯二甲酸脂類(lèi)等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)坑塘監(jiān)測(cè)結(jié)果，僅檢出氯苯，濃度為138mg/L。

2.2優(yōu)控污染物識(shí)別

2.2.1S1

依據(jù)地下水優(yōu)控污染物篩選流程和污染源基本信息，確定氨氮、Hg、Cr、Cd和As為S1的主要污染物，通過(guò)哈斯圖解法和綜合評(píng)分法對(duì)優(yōu)控污染物進(jìn)行識(shí)別。

建立各污染物向量：氨氮{Ⅴ，1，易降解}(A)；Hg{Ⅲ，4，不可降解}(B)；Cr{Ⅰ，5，不可降解}(C)；Cd{Ⅰ，5，不可降解}(D)；As{Ⅲ，6，不可降解}(E)。S1特征污染物哈斯圖解如圖4所示。

圖4 S1特征污染物哈斯圖解Fig.4 Hasse graph of S1 characteristic contaminants

由圖4可知，S1對(duì)應(yīng)的多數(shù)特征污染物之間存在不可比的矛盾，因此，需要進(jìn)一步采用綜合評(píng)分法對(duì)污染物進(jìn)行排序。

依據(jù)表1和式(1)進(jìn)行指標(biāo)評(píng)分，結(jié)果如表6所示。

表6 S1優(yōu)控污染物綜合評(píng)分結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取綜合評(píng)分前3位的氨氮，Hg和Cr作為S1地下水優(yōu)控污染物，并用于污染源危害性評(píng)價(jià)計(jì)算。其中，氨氮是污染源S1需要重點(diǎn)關(guān)注的優(yōu)控污染物。

2.2.2S2

依據(jù)地下水優(yōu)控污染物篩選流程和污染源基本信息，確定Cr、Pb、Zn和Cu為S2的主要污染物，通過(guò)哈斯圖解法對(duì)主要污染物進(jìn)行排序。建立各污染物向量：Cr{Ⅴ,5,不可降解}(F)；Pb{Ⅳ,6,不可降解}(G)；Zn{Ⅰ,6,不可降解}(H)；Cu{Ⅲ,6,不可降解}(I)。S2特征污染物哈斯圖解如圖5所示。

圖5 S2特征污染物哈斯圖解
Fig.5 Hasse graph of S2 characteristic contaminants

由圖5可知，選取Cr、Pb和Cu作為S2的地下水優(yōu)控污染物，并用于污染源危害性評(píng)價(jià)計(jì)算。其中，重金屬Cr是污染源S2需要重點(diǎn)關(guān)注的優(yōu)控污染物。

2.2.3S3

根據(jù)生產(chǎn)工藝，確定S3的主要污染物有氯苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯、鄰苯二甲酸脂類(lèi)，從現(xiàn)場(chǎng)坑塘監(jiān)測(cè)資料可知，僅檢出氯苯，因此，確定氯苯為S3的優(yōu)控污染物，并將其用于污染源危害性評(píng)價(jià)計(jì)算。

2.3重點(diǎn)污染源識(shí)別

依據(jù)修正的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，各污染源優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

依據(jù)對(duì)各指標(biāo)評(píng)分進(jìn)行定量和定性，各污染源危害性評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果如表8所示。

依據(jù)式(5)進(jìn)行污染源危害性分級(jí)計(jì)算，結(jié)果如表9所示。由表9可知，S1、S2為重點(diǎn)污染源，在后續(xù)源強(qiáng)評(píng)價(jià)和分類(lèi)防控對(duì)策的制定時(shí)需要重點(diǎn)加以關(guān)注。

表7 污染源優(yōu)控污染物綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

表8 污染源危害性評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分

表9 污染源危害性分級(jí)

3 結(jié)論

(1)建立了考慮污染源特征的地下水重點(diǎn)污染源識(shí)別指標(biāo)體系，借助層次分析法和迭置指數(shù)法對(duì)地下水污染源危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以危害性評(píng)價(jià)結(jié)果作為重點(diǎn)污染源判別的依據(jù)，提出了識(shí)別地下水重點(diǎn)污染源的新方法。

(2)將哈斯圖解法和綜合評(píng)分法應(yīng)用于地下水優(yōu)控污染物的識(shí)別，為地下水優(yōu)控污染物篩選提供技術(shù)方法。引入修正的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)多組分的地下水優(yōu)控污染物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在突出危害性最大的污染物同時(shí)，又綜合考慮了危害性較低的污染物，從而提高了識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(3)選取北方某非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的垃圾堆體(S1)、北方某化工廠(chǎng)的鉻渣堆(S2)和北方某化工廠(chǎng)的排污滲坑(S3)作為地下水污染源的典型代表，分析地下水優(yōu)控污染物與污染源危害性等級(jí)。結(jié)果表明：S1的地下水優(yōu)控污染物為氨氮、Hg和Cr；S2為Cr、Pb和Cu；S3為氯苯；S1、S2和S3的污染源危害性等級(jí)分別為Ⅲ、Ⅲ和Ⅱ。說(shuō)明S1和S2為地下水重點(diǎn)污染源，需要重點(diǎn)關(guān)注。

[1] 束龍倉(cāng),陶月贊.地下水水文學(xué)[M].北京:水利水電出版社,2009.

[2] 李沫蕊,王亞飛,王金生,等.下遼河平原區(qū)域地下水典型污染物的篩選[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2015,31(3):62-69.

LI M R,WANG Y F,WANG J S,et al.Application of modified potential damage index method to screening of the typical pollutants in groundwater of the Liao River Basin[J].Environmental Monitoring in China,2015,31(3):62-69.

[3] 朱菲菲,秦普豐,張娟,等.我國(guó)地下水環(huán)境優(yōu)先控制有機(jī)污染物的篩選[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2013,3(5):443-450.

ZHU F F,QIN P F,ZHANG J,et al.Screening of priority organic pollutants in groundwater of China[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2013,3(5):443-450.

[4] 周文敏,傅德黔,孫宗光.中國(guó)水中優(yōu)先控制污染物黑名單的確定[J].環(huán)境科學(xué)研究,1991,4(6):9.

[5] 王曉紅,魏加華,成志能,等.地下水有機(jī)污染源識(shí)別技術(shù)體系研究與示范[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(2):662-667.

WANG X H,WEI J H,CHENG Z N,et al.Groundwater organic pollution source identification technology system research and application[J].Environmental Science,2013,34(2):662-667.

[6] 江思珉,張亞力,周念清,等.基于污染羽形態(tài)對(duì)比的地下水污染源識(shí)別研究[J].水利學(xué)報(bào),2014(6):735-741.

JIANG S M,ZHANG Y L,ZHOU N Q,et al.Groundwater contaminant source identification based on the morphological comparison of pollution plume[J].Journal of Hydraulic Engineering,2014(6):735-741.

[7] 陸燕,何江濤,王俊杰,等.北京平原區(qū)地下水污染源識(shí)別與危害性分級(jí)[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(5):1526-1531.

LU Y,HE J T,WANG J J,et al.Groundwater pollution sources identification and grading in Beijing plain[J].Environmental Science,2012,33(5):1526-1531.

[8] 劉博,肖長(zhǎng)來(lái),梁秀娟,等.吉林市城區(qū)淺層地下水污染源識(shí)別及空間分布[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2015,35(2):457-464.

LIU B,XIAO C L,LIANG X J,et al.Identification of shallow groundwater pollution factors and spatial distribution in the urban areas of Jilin City[J].China Environmental Science,2015,35(2):457-464.

[9] KEITH L,TELLIARD W.Special report:priority pollutants:I.a perspective view[J].Environmental Science & Technology,2003,13(4):416-423.

[10] 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.國(guó)內(nèi)外化學(xué)污染物環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)排序比較研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[11] EFRAIM H,GALASSI S,BRUGGEMANN R,et al.Selection of priority properties to assess environment hazard of pesticides[J].Chemosphere,1996,33(8):1543-1562.

[12] MICAELA M,RONALDO S,JORGE A,et al.Risk-based prioritization of air pollution monitoring using fuzzy synthetic evaluation technique[J].Environmental Monitoring & Assessment,2005,105(1/2/3):261-283.

[13] TRENHOLM R A,VANDERFORD B J,HOLADY J C,et al.Broad range analysis of endocrine disruptors and pharmaceuticals using gas chromatography and liquid chromatography tandem mass spectrometry[J].Chemosphere,2006,65(11):1990-1998.

[14] 李沫蕊,王亞飛,滕彥國(guó),等.應(yīng)用綜合評(píng)分法篩選下遼河平原區(qū)域地下水典型污染物[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,51(1):64-68.

LI M R,WANG Y F,TENG Y G,et al.Application of comprehensive evaluation for screening of typical pollutants in groundwater of the Liao River basin[J].Journal of Beijing Normal University (Natural Science),2015,51(1):64-68.

[15] 崔建升,徐富春,劉定,等.優(yōu)先污染物篩選方法進(jìn)展[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第四卷).北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),2009.

[16] 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB/T14848—93[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1993.

[17] 李娟,呂寧磬,楊洋,等.典型場(chǎng)地地下水污染源強(qiáng)分級(jí)評(píng)價(jià)方法研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2014,8(11):4726-4736.

LI J,Lü N Q,YANG Y,et al.Study on groundwater pollution source intensity rating assessment method of typical contaminated sites[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2014,8(11):4726-4736.

[18] GUSTAFSON D I.Groundwater ubiquity score:a simple method for assessing pesticide leachability[J].Environmental Toxicology & Chemistry,1989,8(4):339-357.

[19] 金愛(ài)芳,張旭,李廣賀.地下水源地污染源危害性評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32(6):1075-1079.

JIN A F,ZHANG X,LI G H.Study on the hazard assessment method of pollution sources in groundwater source fields[J].China Environmental Science,2012,32(6):1075-1079.

[20] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.持久性、生物累積性和毒性物質(zhì)及高持久性和高生物累積性物質(zhì)的判定方法:GB/T24782—2009[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[21] 谷朝君,潘穎,潘明杰.內(nèi)梅羅指數(shù)法在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及存在問(wèn)題[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2002,28(1):45-47.

GU C J,PAN Y,PAN M J.The application and existed problems of Nemero Index in groundwater quality evaluation[J].Environmental Protection Science,2002,28(1):45-47.

[22] 張鵬,趙東風(fēng),牛麥針.石化企業(yè)無(wú)組織排放源強(qiáng)核算方法綜述[J].四川環(huán)境,2012,31(6):115-121.

ZHANG P,ZHAO D F,NIU M Z.Summary on calculation methods of pollutant source strength for fugitive emission sources in petrochemical enterprises[J].Sichuan Environment,2012,31(6):115-121.

[23] 焦艷軍,王政,黃玲玲,等.地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)方法探討[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2015,25(6):60-64.

JIAO Y J,WANG Z,HUANG L L,et al.Discussion on the methods of environmental impact assessment lechnology of groundwater[J].Environmental Protection of Oil & Gas Fields,2015,25(6):60-64.

[24] 羅玉峰,崔遠(yuǎn)來(lái),鄭祖金.河渠滲漏量計(jì)算方法研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2005,16(3):444-449.

LUO Y F,CUI Y L,ZHENG Z J.Research progress on methods of quantifying seepage from rivers and canals[J].Advances in Water Science,2005,16(3):444-449.

[25] 劉兆昌.地下水系統(tǒng)的污染與控制[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1991.

[26] 吳殿廷,李東方.層次分析法的不足及其改進(jìn)的途徑[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,40(2):264-268.

WU D T,LI D F.Shortcomings of analytical hierarchy process and the path to improve the method[J].Journal of Beijing Normal University (Natural Science),2004,40(2):264-268.

[27] SAATY R W.The analytic hierarchy process:what it is and how it is used[J].Mathematical Modelling,1987,9(3/4/5):161-176.

[28] 王曉紅,張新鈺,林健.有機(jī)污染場(chǎng)地地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的探討[J].地球與環(huán)境,2012,40(1):126-132.

WANG X H,ZHANG X Y,LIN J.Investigation on the establishment of index system for groundwater risk assessment at the organically contaminated site[J].Earth and Environment,2012,40(1):126-132.

[29] 申利娜,李廣賀.地下水污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃方法研究[J].環(huán)境科學(xué),2010,31(4):918-923.

SHEN L N,LI G H.Groundwater pollution risk mapping method[J].Environmental Science,2010,31(4):918-923.

[30] 寇文杰,陳忠榮,林健.不同垃圾場(chǎng)地類(lèi)型地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].人民黃河,2013,35(1):42-44.

KOU W J,CHEN Z R,LIN J.Pollution risk assessment of groundwater below different types of garbage site[J].Yellow River,2013,35(1):42-44.

[31] US EPA.Musts for USTs:a summary of federal regulations for underground storage tank systems[R].Washington DC:US EPA,2007.

[32] 曲青林,曹愛(ài)霞,劉學(xué)錄.蘭州市土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2009,22(6):753-756.

QU Q L, CAO A X, LIU X L.Appraisal of land use eco-security in Lanzhou City[J].Research of Environmental Sciences,2009,22(6):753-756. ○

Identificationandclassificationmethodsofgroundwaterpollutionsourcesbasedonhazardclassification

TANG Jun1,2, LI Juan1,2, XI Beidou1,2, YANG Yang1,2,3, WANG Yue1,2, ZHAO Chuanjun1,2,4

1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012, China 2.State Environmental Protection Key Laboratory of Simulation and Control of Groundwater Pollution, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3.School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China 4.Institute of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei Province, Baoding 071000, China

The classification and identification of groundwater pollution sources is essential for groundwater pollution prevention and control. The typical groundwater pollution sources were studied and the major groundwater pollution sources identifying index system established based on the priority control contaminants and pollution sources characteristics analysis results. The pollution sources hazards assessment results were regarded as the basis for the major groundwater pollution sources identification. The Hasse diagram method and comprehensive evaluation method were applied to identify priority control contaminants, and the revised Nemerow Pollution Index introduced to comprehensive assess the multicomponent priority control contaminants. Three typical groundwater sources were selected to verify the method. The results showed that the hazard level of S1, S2 and S3 was Ⅲ, Ⅲ and Ⅱ, respectively. Thus, in the management of regional groundwater pollution sources, more attention should be paid to the sources with high levels of hazard pollution, such as S1 and S2.

groundwater; pollution source; priority control contaminants; hazards assessment; classification and identification

唐軍，李娟，席北斗,等.基于危害性分級(jí)的地下水污染源分類(lèi)識(shí)別方法[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(6):676-683.

TANG J, LI J, XI B D, et al.Identification and classification methods of groundwater pollution sources based on hazard classification[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(6):676-683.

2017-04-27

全國(guó)地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估項(xiàng)目(144130012110302)

唐軍(1987—)，女，工程師，主要從事地下水污染防控與評(píng)價(jià)研究，tj_y88@126.com

*責(zé)任作者：李娟(1981—)，女，副研究員，博士，主要從事地下水污染防控與評(píng)價(jià)研究，lijuan@craes.org.cn

X523

1674-991X(2017)06-0676-08

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.06.093