DRASTIC法與矩陣法在地下水污染風險評價中的應用

DRASTIC法與矩陣法在地下水污染風險評價中的應用

高志鵬， 陳南祥

(華北水利水電大學，河南鄭州 450045)

摘要將DRASTIC法與矩陣法相結合，從地下水固有脆弱性、地下水污染源荷載以及地下水的價值3個方面，評價了地下水受污染的風險。

關鍵詞地下水固有脆弱性；地下水污染風險；DRASTIC；矩陣法

中圖分類號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，地下水嚴重超采，且污染越來越嚴重，已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活質(zhì)量的重要因素。因此，如何有效保護地下水，合理開采地下水已經(jīng)成為目前刻不容緩的難題。地下水污染風險評價是保護地下水免受外來污染的重要舉措。自1968年法國學者Margat首次提出“地下水脆弱性”(Groundwater Vulnerability)這一術語以來，隨著研究的不斷深入，其內(nèi)涵不斷豐富[1]。地下水污染風險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)對于人類活動在地表產(chǎn)生的污染物進入地下水的自然保護作用[3]4，各國學者對地下水污染風險評價體系的研究均發(fā)展于地下水脆弱性評價的基礎上。地下水污染風險最早的研究可以追溯到20世紀60年代法國學者Marjat提出的地下水脆弱性評價[4]1140。隨著各國學者對污染風險認識的提高，在地下水脆弱性評價的基礎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價[5]649，這是地下水污染風險研究的第二階段。隨后，人們意識到即使區(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)域地下水可利用價值不高，也就難以造成很高的污染風險。因此，在前人的研究基礎上對地下水的價值水平進行評價，包括地下水的供水能力、水質(zhì)現(xiàn)狀、保護要求等，這是地下水污染風險研究的第三階段。目前，各國研究學者對地下水污染風險還沒有統(tǒng)一的定義，但都建立在以上3個研究階段的基礎上。總體來說，比較公認的是周仰孝等在Civita的研究基礎上發(fā)展起來的定義，即地下水污染風險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價，污染后果用地下水的價值水平來評價。在此基礎上發(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，成為應用最廣的方法之一。筆者結合DRASTIC法及矩陣法，對地下水污染風險進行評價。

1地下水固有脆弱性評價

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。評價地下水固有脆弱性，各國學者發(fā)展了不同的評價體系，其中美國環(huán)保局(U.S.EPA)1987年提出的DRASTIC評價方法被成功運用于美國、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)一標準[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)外廣為使用的評價方法[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)此選擇了對地下水防污性能影響大且資料容易取得的7個主要因子為評價指標,包括地下水埋深(D)、凈補給量(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)、水力傳導系數(shù)(C)。根據(jù)指標的相對重要性大小，賦予不同的權重(表1)，用來反映該要素對地下水污染的敏感性，其中最重要指標的權重為5，最不重要指標的權重為1。應用該模型時，首先要求將每一項指標劃分為不同的級別，在同一級別內(nèi)的指標給相同的評分(表2)，這樣對不同的級別便有了評分的差別，以此來反映指標對含水層防污性能影響的差異。對某一地段的含水層，其防污染性特征值為7項指標評分與權重的線性加權之和，并據(jù)此進行水文地質(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因子的權重

表2　DRASTIC各因子的類別及其評分

注：括號內(nèi)的數(shù)字為典型評分值。

DRASTIC指數(shù)計算公式為：

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

式中，DI為DRASTIC指數(shù)；W為因子的權重；R為因子的評分。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個等級，對應的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價

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、存在時期等，得出地下水污染源荷載的矩陣評價方法[3]6(圖1)。

圖1　地下水污染源荷載評價矩陣

3地下水價值評價

地下水資源功能是指具備一定的補給、儲存和更新條件的地下水資源補給保障作用或效應。綜合考慮資源的占有性、再生性、調(diào)節(jié)性及可用性，地下水資源評價結果分為強、較強、一般、較弱、弱5級。地下水資源功能越強，越應該受到防護。 地下水作為人類生產(chǎn)生活必不可少的自然資源，對于日常生活、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水等具有巨大的價值作用。這就涉及到了地下水的價值水平，所謂價值，就是一種效應關系，是地下水對作為主體對于有效客體的價值效應。地下水的價值高，作為一種效應關系就具備更小的可污染性，一旦被污染，就會對所影響區(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險并不高。根據(jù)地下水資源評價的結果，定性地對地下水的價值水平做出評價，其評價矩陣見圖2。

圖2　地下水價值評價矩陣

4地下水污染風險綜合評價

根據(jù)地下水污染風險評價的定義，最終的評價依據(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價的乘積(圖3)，最終再與地下水價值水平的評價值相乘，得到地下水污染風險評價矩陣[3]7(圖4)。由圖4可知，污染概率高且價值高的地下水污染風險較高，反之則較低。被污染風險較高的地下水應該重點保護，合理開采。

圖3　地下水被污染概率評價矩陣

圖4　地下水污染風險評價矩陣

5結論

DRASTIC法是一較成熟的地下水污染風險評價方法，該方法已在美國、加拿大、歐洲等地成功應用并積累了豐富經(jīng)驗。但是該方法僅能對地下水固有脆弱性進行評價，而對影響地下水污染風險的外因則無法進行評價。將DRASTIC法和矩陣法相結合，可以很好地對影響地下水污染風險的內(nèi)外因定性描述與分級，進而對地下水污染風險進行評價。由于該方法不能定量分級，故不能更加細致地為地下水污染風險劃分等級。

參考文獻

[1] 張麗君.地下水脆弱性和風險性評價研究進展綜述[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2006(6)：113-119.

[2] 于勇,翟遠征, 郭永麗,等.基于不確定性的地下水污染風險評價研究進展[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2013(1)：115-123.

[3] 周仰效，李文鵬.地下水水質(zhì)監(jiān)測與評價[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2008(1)：1-11.

[4] 滕彥國, 蘇潔, 翟遠征，等.地下水污染風險評價的迭置指數(shù)法研究綜述[J].地球科學進展,2012(10)：1140-1147.

[5] 邰托婭, 王金生, 王業(yè)耀，等.我國地下水污染風險評價方法研究進展[J].北京師范大學學報(自然科學版),2012(6)：648-653.

[6] 楊慶， 欒茂田.地下水易污性評價方法：DRASTIC指標體系[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),1999(2)：6-11.

[7] 鄂建, 孫愛榮，鐘新永.DRASTIC模型的缺陷與改進方法探討[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2010(1)：102-107.

[8] 張新鈺，辛寶東，王曉紅，等.我國地下水污染研究進展[J].地球與環(huán)境,2011(3)：415-422.

[9] 李志萍,謝振華，邵景力，等.北京平原區(qū)淺層地下水污染風險評價[J].城市地質(zhì),2013(1)：43-46.