地下水污染風險評價方法研究綜述

方 進 王德全

（寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏銀川 750021）

隨著經濟社會的快速發展，人們生活水平逐步提高，人類活動對自然環境的影響越來越大。水污染現象日益突出，主要集中體現在河流水污染、湖泊水污染、地下水污染三個方面，地下污染較為嚴重。廣泛分布的地下水對人類生活具有重大意義，其提供全球大多數人所需要的水資源。據調查，我國約有70%人口主要飲用水源為地下水，全國95%以上的農村人飲用地下水，全國40%的耕地使用地下水灌溉[1]。我國的地下水污染總體特征表現為污染途徑隱蔽、污染防治滯后、污染區域廣且不集中?，F階段，地下水污染已引起我國政府的重視，各地政府出臺了一系列的保護措施，相關部門正在積極協同合作，開展對地下水污染的科學研究、綜合防治及統籌規劃工作。

1 地下水污染途徑

（1）農業生活污染。

由于前期以不科學、不合理的方式發展農業，導致了一系列的環境污染問題。植物的正常生長與土壤質量相關聯，增加植物產量可獲取更多的果實。在植物果實發育過程中，會使用一些化肥、殺蟲劑、除草劑等，提高植物果實產量，但對耕作的土壤環境造成了污染。人類日常生活產生大量的生活垃圾會污染環境，垃圾的種類越來越復雜，居民對待垃圾分類回收的意識較弱。城市和鄉村從垃圾分類到回收未形成一個完整的處理體系，導致農村和城市的周圍填埋未經過系統處理的垃圾，垃圾滲濾液和其他溶物伴隨雨水進入地下，進一步污染地下的蓄水層。

（2）工業礦業污染。

隨著工業生產現代化的推進，在追求生產效益的同時，含各類化學物質的大量廢水、廢氣、廢渣隨著產生，廢水若不經過處理達標后排放，會導致地下水化學污染，廢氣和廢渣長時間未處理，在雨水的沖刷作用下迅速滲入地下水，導致地下水環境發生變化。化工產品廢水排放影響較為嚴重，其產生的重金屬汞、鎘、鉛、鉻等會長期存在地下水系統中。礦業污染方面，在煤礦、稀有金屬等生產開發過程中，會產生廢渣、尾渣等廢物，若處理不當，重金屬、放射性元素在雨水的沖刷下會滲入地下水。

2 地下水污染評價方法

地下水污染風險評價方法主要有疊置指數法、統計方法、過程模擬法[2]。

2.1 疊置指數方法

疊置指數法可操作性強，方法簡單，是當前應用廣泛的評價方法。通過選取各項評價指標的參數疊加形成一個可反映脆弱程度的指數。疊置指數法常用的指數模型方法主要有DRASTIC模型法、GOD模型法、AVI模型法[3-5]。

（1）DRASTIC模型方法。

DRASTIC方法是美國環保署為評價含水層易污性開發的國家標準評價系統，其包括的水文地質要素有D潛水位埋深、A含水層介質、R面狀補給量、S土壤介質、T地形、I非飽和帶的影響、C含水層滲透系數，該方法適合多孔介質潛水和承壓水[6]。對以上要素進行賦值，范圍在1～10之間，該賦值與地下水容易污染的程度成正比。對每個要素進行一個權值的分配，地下水污染的敏感性通過權值的大小進行反映。如于林弘等應用DRASTIC模型評價了山東省萊州市平里店，最終得到該區域地下水脆弱性評價分區，并驗證了該方法的可靠性[7]。由于各研究區域地質、水文等條件不同，加上運用模型計算分析時的缺陷，使DRASTIC存在局限性，在評價指標賦值和分配權重時，易受到人為主觀性的影響。

（2）GOD模型方法。

該模型選擇了3個影響因子G地下水類型、O蓋層巖性、D水位埋深[8]。將每個要素進行賦值，范圍為0～1，計算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個等級，DI值小于0.1為1級，防污性能好；DI值介于0.1～0.3之間為2級，防污性能較好；DI值介于0.3～0.5之間為3級，防污性能中等；DI值介于0.5～0.7之間為4級，防污性能差；DI值介于0.7～1.0之間為5級，防污性能較差。GOD模型簡單可行適用于多孔介質潛水和承壓水，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）模型方法。

該模型方法比較適用于巖溶水，通過垂直水力傳導系數、水面以上地層厚度參數進行評價。先計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，得出該區域從地表到地下水面污染物的平均流動時間值。

2.2 統計方法

統計方法針對研究區域已有的地下水污染監測資料和發生污染的地下水相關信息，運用合適的統計學分析工具，將已賦值的各項參數導入模型計算，以取得評價結果。統計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，獲取完整數據難度較大。常見的方法主要有邏輯回歸分析法、線性回歸分析法、地理統計法、實證權重分析法。

（1）邏輯回歸分析法。

將自然變量、人為變量相關聯，依據模型變量和系數值，建立邏輯回歸相關模型，得到評價信息。Tesoriero等用邏輯回歸分析法預測NO3-污染地下水的概率并評價，與預期表現較為符合[9]。

（2）線性回歸分析法。

在地下水輸入輸出系統中，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，再進行相關性分析，確定最優回歸方程，進行某一地區的地下水風險評價。

（3）地理統計法。

Masetti等運用地理統計方法，對井口的地下水硝酸鹽濃度進行持續監測，使用三種不同的硝酸鹽濃度，進行淺層無限制含水層的脆弱性評估，結果表明地理統計方法在評價地下水脆弱性的具有良好的效果[10]。

2.3 過程模擬法

過程模擬法通過建立水流和污染質遷移模型，在此基礎上建立風險評價的數學公式，將各項指標定量化得到評價綜合指數，對當地的地下水污染進行風險研究，可較好模擬地下水污染物的遷移規律。該方法需要大量的監測數據和資料信息，且模型的參數較多、求解復雜。王洪亮等對熱電廠地下水污染進行系統分析，基于過程模擬法選取評因子通過數值法來模擬污染物濃度動態變化及遷移途徑，得到熱電廠地下水風險等級。

過程模擬法可得到風險等級及污染發生的時間和地點、污染物濃度、污染面積等。過程模擬法適用于小區域低風險評價，運用的模型主要包括HYDRAUS模型、MODFLOW with MT3D模型、FeFLOW模型、HELP模型[11-12]。

（1）FeFLOW模型方法。

FeFLOW模型方法簡稱多組分飽和帶非飽和帶溶質運移模擬。在20世紀70年代，德國WASY水資源規劃和系統研究所開發了基于有限元法的地下水模擬的FeFLOW軟件，運用解決水量模擬、水質模擬、溫度模擬等方面的問題。

該軟件具有圖形人機對話、地理信息系統數據接口、自動產生空間各種有限單元網格、空間參數區域化及快速精確的數值算法和先進的圖形視覺化技術等特點[13]。高月香等人運用Feflow軟件對高爾夫球場建立地下水溶質運移模型，預測出污水在未經過處理時污染物的遷移情況，為該地區地下水風險評價及監管提供依據。

（2）HYDRUS模型方法。

HYDRUS模型方法簡稱非飽和帶水分及溶質運移模擬。其可模擬飽和-非飽和區水分運動和溶質運移的一維模型，其水分和溶質控制方程應用伽遼金線性有限元法求解。張博圣等運用建立Hydrus-1D模型，模擬了某尾礦庫地下水污染物從遷移轉化的全部過程，表明該方法可準確反映地下水污染源時空變化過程，可評估地下水污染風險。

3 結語

（1）評價體系的適用性。部分評價指標無法完全反映地下水污染的因素，人的活動影響多為定性指標，無法準確反映實際情況；部分評價模型受水層類型的限制，無法解決水文條件相對復雜的區域評價；地下水未動態的系統，具有不確定性、隨機性。在對地下水污染進行評價時，應綜合考慮各方面因素之間的關系，運用多種方法模型結合，從實際出發，建立評價指標的獨立性和客觀性。

（2）相關資料的全面性。地下水風險評價缺乏統一標準，不同學者研究的側重點存在，不同國家地區的污染情況不同，在確定權重時存在主觀性。部分數據未經過長期的監測和調查研究，評價結果難以準確反映實際情況。應建立相關數據庫，完善地下水風險評價相關資料和標準，對地下水污染評價將更有科學指導意義。