地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究綜述

方 進(jìn) 王德全

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人們生活水平逐步提高，人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響越來(lái)越大。水污染現(xiàn)象日益突出，主要集中體現(xiàn)在河流水污染、湖泊水污染、地下水污染三個(gè)方面，地下污染較為嚴(yán)重。廣泛分布的地下水對(duì)人類生活具有重大意義，其提供全球大多數(shù)人所需要的水資源。據(jù)調(diào)查，我國(guó)約有70%人口主要飲用水源為地下水，全國(guó)95%以上的農(nóng)村人飲用地下水，全國(guó)40%的耕地使用地下水灌溉[1]。我國(guó)的地下水污染總體特征表現(xiàn)為污染途徑隱蔽、污染防治滯后、污染區(qū)域廣且不集中?，F(xiàn)階段，地下水污染已引起我國(guó)政府的重視，各地政府出臺(tái)了一系列的保護(hù)措施，相關(guān)部門(mén)正在積極協(xié)同合作，開(kāi)展對(duì)地下水污染的科學(xué)研究、綜合防治及統(tǒng)籌規(guī)劃工作。

1 地下水污染途徑

（1）農(nóng)業(yè)生活污染。

由于前期以不科學(xué)、不合理的方式發(fā)展農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致了一系列的環(huán)境污染問(wèn)題。植物的正常生長(zhǎng)與土壤質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，增加植物產(chǎn)量可獲取更多的果實(shí)。在植物果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，會(huì)使用一些化肥、殺蟲(chóng)劑、除草劑等，提高植物果實(shí)產(chǎn)量，但對(duì)耕作的土壤環(huán)境造成了污染。人類日常生活產(chǎn)生大量的生活垃圾會(huì)污染環(huán)境，垃圾的種類越來(lái)越復(fù)雜，居民對(duì)待垃圾分類回收的意識(shí)較弱。城市和鄉(xiāng)村從垃圾分類到回收未形成一個(gè)完整的處理體系，導(dǎo)致農(nóng)村和城市的周圍填埋未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理的垃圾，垃圾滲濾液和其他溶物伴隨雨水進(jìn)入地下，進(jìn)一步污染地下的蓄水層。

（2）工業(yè)礦業(yè)污染。

隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的推進(jìn)，在追求生產(chǎn)效益的同時(shí)，含各類化學(xué)物質(zhì)的大量廢水、廢氣、廢渣隨著產(chǎn)生，廢水若不經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后排放，會(huì)導(dǎo)致地下水化學(xué)污染，廢氣和廢渣長(zhǎng)時(shí)間未處理，在雨水的沖刷作用下迅速滲入地下水，導(dǎo)致地下水環(huán)境發(fā)生變化?；ぎa(chǎn)品廢水排放影響較為嚴(yán)重，其產(chǎn)生的重金屬汞、鎘、鉛、鉻等會(huì)長(zhǎng)期存在地下水系統(tǒng)中。礦業(yè)污染方面，在煤礦、稀有金屬等生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生廢渣、尾渣等廢物，若處理不當(dāng)，重金屬、放射性元素在雨水的沖刷下會(huì)滲入地下水。

2 地下水污染評(píng)價(jià)方法

地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有疊置指數(shù)法、統(tǒng)計(jì)方法、過(guò)程模擬法[2]。

2.1 疊置指數(shù)方法

疊置指數(shù)法可操作性強(qiáng)，方法簡(jiǎn)單，是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的評(píng)價(jià)方法。通過(guò)選取各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的參數(shù)疊加形成一個(gè)可反映脆弱程度的指數(shù)。疊置指數(shù)法常用的指數(shù)模型方法主要有DRASTIC模型法、GOD模型法、AVI模型法[3-5]。

（1）DRASTIC模型方法。

DRASTIC方法是美國(guó)環(huán)保署為評(píng)價(jià)含水層易污性開(kāi)發(fā)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其包括的水文地質(zhì)要素有D潛水位埋深、A含水層介質(zhì)、R面狀補(bǔ)給量、S土壤介質(zhì)、T地形、I非飽和帶的影響、C含水層滲透系數(shù)，該方法適合多孔介質(zhì)潛水和承壓水[6]。對(duì)以上要素進(jìn)行賦值，范圍在1～10之間，該賦值與地下水容易污染的程度成正比。對(duì)每個(gè)要素進(jìn)行一個(gè)權(quán)值的分配，地下水污染的敏感性通過(guò)權(quán)值的大小進(jìn)行反映。如于林弘等應(yīng)用DRASTIC模型評(píng)價(jià)了山東省萊州市平里店，最終得到該區(qū)域地下水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)，并驗(yàn)證了該方法的可靠性[7]。由于各研究區(qū)域地質(zhì)、水文等條件不同，加上運(yùn)用模型計(jì)算分析時(shí)的缺陷，使DRASTIC存在局限性，在評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值和分配權(quán)重時(shí)，易受到人為主觀性的影響。

（2）GOD模型方法。

該模型選擇了3個(gè)影響因子G地下水類型、O蓋層巖性、D水位埋深[8]。將每個(gè)要素進(jìn)行賦值，范圍為0～1，計(jì)算DI值。地下水防污性能越差其DI值越高。地下水防污性能按照DI值劃分為5個(gè)等級(jí)，DI值小于0.1為1級(jí)，防污性能好；DI值介于0.1～0.3之間為2級(jí)，防污性能較好；DI值介于0.3～0.5之間為3級(jí)，防污性能中等；DI值介于0.5～0.7之間為4級(jí)，防污性能差；DI值介于0.7～1.0之間為5級(jí)，防污性能較差。GOD模型簡(jiǎn)單可行適用于多孔介質(zhì)潛水和承壓水，未充分考慮巖性類型和巖層厚度存在局限性。

（3）AVI（含水層敏感性指數(shù)）模型方法。

該模型方法比較適用于巖溶水，通過(guò)垂直水力傳導(dǎo)系數(shù)、水面以上地層厚度參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。先計(jì)算與水流垂直方向上每一層的水力阻力，再由水力阻力的變化量描述含水層的敏感性，得出該區(qū)域從地表到地下水面污染物的平均流動(dòng)時(shí)間值。

2.2 統(tǒng)計(jì)方法

統(tǒng)計(jì)方法針對(duì)研究區(qū)域已有的地下水污染監(jiān)測(cè)資料和發(fā)生污染的地下水相關(guān)信息，運(yùn)用合適的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析工具，將已賦值的各項(xiàng)參數(shù)導(dǎo)入模型計(jì)算，以取得評(píng)價(jià)結(jié)果。統(tǒng)計(jì)方法可避免人為主觀性影響，可客觀選出地下水污染的主要因素，其需要的資料信息較大，獲取完整數(shù)據(jù)難度較大。常見(jiàn)的方法主要有邏輯回歸分析法、線性回歸分析法、地理統(tǒng)計(jì)法、實(shí)證權(quán)重分析法。

（1）邏輯回歸分析法。

將自然變量、人為變量相關(guān)聯(lián)，依據(jù)模型變量和系數(shù)值，建立邏輯回歸相關(guān)模型，得到評(píng)價(jià)信息。Tesoriero等用邏輯回歸分析法預(yù)測(cè)NO3-污染地下水的概率并評(píng)價(jià)，與預(yù)期表現(xiàn)較為符合[9]。

（2）線性回歸分析法。

在地下水輸入輸出系統(tǒng)中，確定因變量與自變量，得到因變量與自變量的線性回歸方程，再進(jìn)行相關(guān)性分析，確定最優(yōu)回歸方程，進(jìn)行某一地區(qū)的地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

（3）地理統(tǒng)計(jì)法。

Masetti等運(yùn)用地理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)井口的地下水硝酸鹽濃度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使用三種不同的硝酸鹽濃度，進(jìn)行淺層無(wú)限制含水層的脆弱性評(píng)估，結(jié)果表明地理統(tǒng)計(jì)方法在評(píng)價(jià)地下水脆弱性的具有良好的效果[10]。

2.3 過(guò)程模擬法

過(guò)程模擬法通過(guò)建立水流和污染質(zhì)遷移模型，在此基礎(chǔ)上建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)公式，將各項(xiàng)指標(biāo)定量化得到評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤廴具M(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研究，可較好模擬地下水污染物的遷移規(guī)律。該方法需要大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和資料信息，且模型的參數(shù)較多、求解復(fù)雜。王洪亮等對(duì)熱電廠地下水污染進(jìn)行系統(tǒng)分析，基于過(guò)程模擬法選取評(píng)因子通過(guò)數(shù)值法來(lái)模擬污染物濃度動(dòng)態(tài)變化及遷移途徑，得到熱電廠地下水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

過(guò)程模擬法可得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及污染發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)、污染物濃度、污染面積等。過(guò)程模擬法適用于小區(qū)域低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，運(yùn)用的模型主要包括HYDRAUS模型、MODFLOW with MT3D模型、FeFLOW模型、HELP模型[11-12]。

（1）FeFLOW模型方法。

FeFLOW模型方法簡(jiǎn)稱多組分飽和帶非飽和帶溶質(zhì)運(yùn)移模擬。在20世紀(jì)70年代，德國(guó)WASY水資源規(guī)劃和系統(tǒng)研究所開(kāi)發(fā)了基于有限元法的地下水模擬的FeFLOW軟件，運(yùn)用解決水量模擬、水質(zhì)模擬、溫度模擬等方面的問(wèn)題。

該軟件具有圖形人機(jī)對(duì)話、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口、自動(dòng)產(chǎn)生空間各種有限單元網(wǎng)格、空間參數(shù)區(qū)域化及快速精確的數(shù)值算法和先進(jìn)的圖形視覺(jué)化技術(shù)等特點(diǎn)[13]。高月香等人運(yùn)用Feflow軟件對(duì)高爾夫球場(chǎng)建立地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型，預(yù)測(cè)出污水在未經(jīng)過(guò)處理時(shí)污染物的遷移情況，為該地區(qū)地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及監(jiān)管提供依據(jù)。

（2）HYDRUS模型方法。

HYDRUS模型方法簡(jiǎn)稱非飽和帶水分及溶質(zhì)運(yùn)移模擬。其可模擬飽和-非飽和區(qū)水分運(yùn)動(dòng)和溶質(zhì)運(yùn)移的一維模型，其水分和溶質(zhì)控制方程應(yīng)用伽遼金線性有限元法求解。張博圣等運(yùn)用建立Hydrus-1D模型，模擬了某尾礦庫(kù)地下水污染物從遷移轉(zhuǎn)化的全部過(guò)程，表明該方法可準(zhǔn)確反映地下水污染源時(shí)空變化過(guò)程，可評(píng)估地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）評(píng)價(jià)體系的適用性。部分評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)法完全反映地下水污染的因素，人的活動(dòng)影響多為定性指標(biāo)，無(wú)法準(zhǔn)確反映實(shí)際情況；部分評(píng)價(jià)模型受水層類型的限制，無(wú)法解決水文條件相對(duì)復(fù)雜的區(qū)域評(píng)價(jià)；地下水未動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，具有不確定性、隨機(jī)性。在對(duì)地下水污染進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素之間的關(guān)系，運(yùn)用多種方法模型結(jié)合，從實(shí)際出發(fā)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)的獨(dú)立性和客觀性。

（2）相關(guān)資料的全面性。地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同學(xué)者研究的側(cè)重點(diǎn)存在，不同國(guó)家地區(qū)的污染情況不同，在確定權(quán)重時(shí)存在主觀性。部分?jǐn)?shù)據(jù)未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和調(diào)查研究，評(píng)價(jià)結(jié)果難以準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。應(yīng)建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，完善地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)資料和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地下水污染評(píng)價(jià)將更有科學(xué)指導(dǎo)意義。