DRASTIC法與矩陣法在地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

高志鵬， 陳南祥

(華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450045)

摘要將DRASTIC法與矩陣法相結(jié)合，從地下水固有脆弱性、地下水污染源荷載以及地下水的價(jià)值3個(gè)方面，評(píng)價(jià)了地下水受污染的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞地下水固有脆弱性；地下水污染風(fēng)險(xiǎn)；DRASTIC；矩陣法

中圖分類號(hào)S181.3

作者簡介高志鵬(1990- )，男，河南林州人，碩士研究生，研究方向：水資源和水文地質(zhì)。

收稿日期2015-08-05

Application of DRASTIC Method and Matrix Method in Groundwater Pollution Risk Assessment

GAO Zhi-peng, CHEN Nan-xiang (North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450045)

AbstractCombined DRASTIC with Matrix method, groundwater contamination risk was evaluated from three aspects of groundwater natural intrinsic vulnerability, groundwater pollution loads and groundwater benefits.

Key words Groundwater specific vulnerability assessment; Groundwater contamination risk; DRASTIC; Matrix method

地下水約占地球上淡水資源的30%，目前有將近1/3的城市供水來自地下水。因此，在淡水資源日益緊張的今天，地下水在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性越來越大。然而，隨著工業(yè)化和城市化步伐的加快，地下水嚴(yán)重超采，且污染越來越嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的重要因素。因此，如何有效保護(hù)地下水，合理開采地下水已經(jīng)成為目前刻不容緩的難題。地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是保護(hù)地下水免受外來污染的重要舉措。自1968年法國學(xué)者M(jìn)argat首次提出“地下水脆弱性”(Groundwater Vulnerability)這一術(shù)語以來，隨著研究的不斷深入，其內(nèi)涵不斷豐富[1]。地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的概念是地下水脆弱性概念的延伸[2]，地下水的固有脆弱性亦即地下水的易污性是指含水層系統(tǒng)對(duì)于人類活動(dòng)在地表產(chǎn)生的污染物進(jìn)入地下水的自然保護(hù)作用[3]4，各國學(xué)者對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的研究均發(fā)展于地下水脆弱性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上。地下水污染風(fēng)險(xiǎn)最早的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代法國學(xué)者M(jìn)arjat提出的地下水脆弱性評(píng)價(jià)[4]1140。隨著各國學(xué)者對(duì)污染風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)的提高，在地下水脆弱性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上增加了諸如土地利用情況、污染源分布以及污染源危害等污染荷載評(píng)價(jià)[5]649，這是地下水污染風(fēng)險(xiǎn)研究的第二階段。隨后，人們意識(shí)到即使區(qū)域地下水具有較低固有脆弱性以及較高的污染荷載，如果該區(qū)域地下水可利用價(jià)值不高，也就難以造成很高的污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，在前人的研究基礎(chǔ)上對(duì)地下水的價(jià)值水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括地下水的供水能力、水質(zhì)現(xiàn)狀、保護(hù)要求等，這是地下水污染風(fēng)險(xiǎn)研究的第三階段。目前，各國研究學(xué)者對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)還沒有統(tǒng)一的定義，但都建立在以上3個(gè)研究階段的基礎(chǔ)上?？傮w來說，比較公認(rèn)的是周仰孝等在Civita的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的定義，即地下水污染風(fēng)險(xiǎn)是地下水被污染的概率與污染后果的乘積。其中，地下水被污染的概率可以用地下水的固有脆弱性以及污染源荷載來綜合評(píng)價(jià)，污染后果用地下水的價(jià)值水平來評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來了地下水污染的迭置指數(shù)法[4]1141，該方法操作簡單，可行性強(qiáng)，成為應(yīng)用最廣的方法之一。筆者結(jié)合DRASTIC法及矩陣法，對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1地下水固有脆弱性評(píng)價(jià)

地下水的固有脆弱性是含水單元不因外界污染荷載而有所改變的屬性，是地下水的本質(zhì)脆弱性，屬于地下水的固有屬性。評(píng)價(jià)地下水固有脆弱性，各國學(xué)者發(fā)展了不同的評(píng)價(jià)體系，其中美國環(huán)保局(U.S.EPA)1987年提出的DRASTIC評(píng)價(jià)方法被成功運(yùn)用于美國、加拿大等國，并被歐共體引入作為其成員國地下水易污性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[6]，適用于多孔介質(zhì)潛水與承壓水[4]1142，已經(jīng)成為國內(nèi)外廣為使用的評(píng)價(jià)方法[7-9]。DRASTIC方法基本思想：影響含水層防污性能的內(nèi)因是水文地質(zhì)單元的物理特性，允許用不同的反映含水層介質(zhì)及其特性的水文地質(zhì)參數(shù)來綜合反映含水層的防污染性能。據(jù)此選擇了對(duì)地下水防污性能影響大且資料容易取得的7個(gè)主要因子為評(píng)價(jià)指標(biāo),包括地下水埋深(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)、水力傳導(dǎo)系數(shù)(C)。根據(jù)指標(biāo)的相對(duì)重要性大小，賦予不同的權(quán)重(表1)，用來反映該要素對(duì)地下水污染的敏感性，其中最重要指標(biāo)的權(quán)重為5，最不重要指標(biāo)的權(quán)重為1。應(yīng)用該模型時(shí)，首先要求將每一項(xiàng)指標(biāo)劃分為不同的級(jí)別，在同一級(jí)別內(nèi)的指標(biāo)給相同的評(píng)分(表2)，這樣對(duì)不同的級(jí)別便有了評(píng)分的差別，以此來反映指標(biāo)對(duì)含水層防污性能影響的差異。對(duì)某一地段的含水層，其防污染性特征值為7項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分與權(quán)重的線性加權(quán)之和，并據(jù)此進(jìn)行水文地質(zhì)區(qū)段的防污性能排序。防污性能特征值越高，表示含水層防污性能越差；反之，防污性能越好。

表1　DRASTIC因子的權(quán)重

表2　DRASTIC各因子的類別及其評(píng)分

注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為典型評(píng)分值。

DRASTIC指數(shù)計(jì)算公式為：

DI=WDRD+WRRR+WARA+WSRS+WTRT+WIRI+WCRC

式中，DI為DRASTIC指數(shù)；W為因子的權(quán)重；R為因子的評(píng)分。DI值范圍：23～230(所有污染物)，26～260(農(nóng)藥類污染物)。根據(jù)DRASTIC指數(shù)，將地下水固有脆弱性程度劃分為低、中、高3個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的DRASTIC指數(shù)分別為23～90(26～105)、90～160(105～180)、160～230(180～260)。

2地下水污染源荷載評(píng)價(jià)

污染源荷載程度指研究區(qū)內(nèi)污染源分布狀況，分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、污水灌溉、畜禽養(yǎng)殖、采油、垃圾場等類型。根據(jù)污染源分布類型及密度，將研究區(qū)污染源荷載程度劃分為基本無污染源區(qū)、污染源荷載程度輕微區(qū)、一般區(qū)及嚴(yán)重區(qū)。污染源荷載程度越重，地下水越容易受到污染。依據(jù)污染源調(diào)查資料，采用定量或定性方法綜合分析確定。通過綜合考慮特征污染物的分類、堆放形式、污染物總量、存在時(shí)期等，得出地下水污染源荷載的矩陣評(píng)價(jià)方法[3]6(圖1)。

圖1　地下水污染源荷載評(píng)價(jià)矩陣

3地下水價(jià)值評(píng)價(jià)

地下水資源功能是指具備一定的補(bǔ)給、儲(chǔ)存和更新條件的地下水資源補(bǔ)給保障作用或效應(yīng)。綜合考慮資源的占有性、再生性、調(diào)節(jié)性及可用性，地下水資源評(píng)價(jià)結(jié)果分為強(qiáng)、較強(qiáng)、一般、較弱、弱5級(jí)。地下水資源功能越強(qiáng)，越應(yīng)該受到防護(hù)。 地下水作為人類生產(chǎn)生活必不可少的自然資源，對(duì)于日常生活、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水等具有巨大的價(jià)值作用。這就涉及到了地下水的價(jià)值水平，所謂價(jià)值，就是一種效應(yīng)關(guān)系，是地下水對(duì)作為主體對(duì)于有效客體的價(jià)值效應(yīng)。地下水的價(jià)值高，作為一種效應(yīng)關(guān)系就具備更小的可污染性，一旦被污染，就會(huì)對(duì)所影響區(qū)域造成生產(chǎn)生活上的巨大損失。反之，如果該處地下水利用價(jià)值低，盡管被污染的概率比較高，但是被污染后所造成的生產(chǎn)生活上的損失并不是很大，換言之，就是說該處地下水污染風(fēng)險(xiǎn)并不高。根據(jù)地下水資源評(píng)價(jià)的結(jié)果，定性地對(duì)地下水的價(jià)值水平做出評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)矩陣見圖2。

圖2　地下水價(jià)值評(píng)價(jià)矩陣

4地下水污染風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定義，最終的評(píng)價(jià)依據(jù)為地下水被污染的概率與污染后果的乘積。污染物進(jìn)入地下水的概率可以看作地下水固有脆弱性與污染源荷載評(píng)價(jià)的乘積(圖3)，最終再與地下水價(jià)值水平的評(píng)價(jià)值相乘，得到地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣[3]7(圖4)。由圖4可知，污染概率高且價(jià)值高的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)較高，反之則較低。被污染風(fēng)險(xiǎn)較高的地下水應(yīng)該重點(diǎn)保護(hù)，合理開采。

圖3　地下水被污染概率評(píng)價(jià)矩陣

圖4　地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣

5結(jié)論

DRASTIC法是一較成熟的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，該方法已在美國、加拿大、歐洲等地成功應(yīng)用并積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。但是該方法僅能對(duì)地下水固有脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)影響地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的外因則無法進(jìn)行評(píng)價(jià)。將DRASTIC法和矩陣法相結(jié)合，可以很好地對(duì)影響地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)外因定性描述與分級(jí)，進(jìn)而對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于該方法不能定量分級(jí)，故不能更加細(xì)致地為地下水污染風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)。

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