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(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人們生活水平逐步提高，人類活動對自然環(huán)境的影響越來越大。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(shù)人所需要的水資源。據(jù)調(diào)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(nóng)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(xiàn)為污染途徑隱蔽、污染防治滯后、污染區(qū)域廣且不集中。現(xiàn)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(guān)部門正在積極協(xié)同合作，開展對地下水污染的科學研究、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、不合理的方式發(fā)展農(nóng)業(yè)，導致了一系列的環(huán)境污染問題。植物的正常生長與土壤質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，增加植物產(chǎn)量可獲取更多的果實。在植物果實發(fā)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(chǎn)量，但對耕作的土壤環(huán)境造成了污染。人類日常生活產(chǎn)生大量的生活垃圾會污染環(huán)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(xiāng)村從垃圾分類到回收未形成一個完整的處理體系，導致農(nóng)村和城市的周圍填埋未經(jīng)過系統(tǒng)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(yè)礦業(yè)污染。

隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的推進，在追求生產(chǎn)效益的同時，含各類化學物質(zhì)的大量廢水、廢氣、廢渣隨著產(chǎn)生，廢水若不經(jīng)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(huán)境發(fā)生變化。化工產(chǎn)品廢水排放影響較為嚴重，其產(chǎn)生的重金屬汞、鎘、鉛、鉻等會長期存在地下水系統(tǒng)中。礦業(yè)污染方面，在煤礦、稀有金屬等生產(chǎn)開發(fā)過程中，會產(chǎn)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(shù)法、統(tǒng)計方法、過程模擬法[2]。

2.1 疊置指數(shù)方法

疊置指數(shù)法可操作性強，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(shù)疊加形成一個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方法是美國環(huán)保署為評價含水層易污性開發(fā)的國家標準評價系統(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(quán)值的分配，地下水污染的敏感性通過權(quán)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(qū)域地下水脆弱性評價分區(qū)，并驗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(quán)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(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，通過垂直水力傳導系數(shù)、水面以上地層厚度參數(shù)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(qū)域從地表到地下水面污染物的平均流動時間值。

2.2 統(tǒng)計方法

統(tǒng)計方法針對研究區(qū)域已有的地下水污染監(jiān)測資料和發(fā)生污染的地下水相關(guān)信息，運用合適的統(tǒng)計學分析工具，將已賦值的各項參數(shù)導入模型計算，以取得評價結(jié)果。統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)計法、實證權(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(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，再進行相關(guān)性分析，確定最優(yōu)回歸方程，進行某一地區(qū)的地下水風險評價。

（3）地理統(tǒng)計法。

Masetti等運用地理統(tǒng)計方法，對井口的地下水硝酸鹽濃度進行持續(xù)監(jiān)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(jié)果表明地理統(tǒng)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(zhì)遷移模型，在此基礎(chǔ)上建立風險評價的數(shù)學公式，將各項指標定量化得到評價綜合指數(shù)，對當?shù)氐牡叵滤廴具M行風險研究，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)測數(shù)據(jù)和資料信息，且模型的參數(shù)較多、求解復雜。王洪亮等對熱電廠地下水污染進行系統(tǒng)分析，基于過程模擬法選取評因子通過數(shù)值法來模擬污染物濃度動態(tài)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(fā)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(qū)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(zhì)運移模擬。在20世紀70年代，德國WASY水資源規(guī)劃和系統(tǒng)研究所開發(fā)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(zhì)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(tǒng)數(shù)據(jù)接口、自動產(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)值算法和先進的圖形視覺化技術(shù)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(zhì)運移模型，預測出污水在未經(jīng)過處理時污染物的遷移情況，為該地區(qū)地下水風險評價及監(jiān)管提供依據(jù)。

（2）HYDRUS模型方法。

HYDRUS模型方法簡稱非飽和帶水分及溶質(zhì)運移模擬。其可模擬飽和-非飽和區(qū)水分運動和溶質(zhì)運移的一維模型，其水分和溶質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)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(qū)域評價；地下水未動態(tài)的系統(tǒng)，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(guān)系，運用多種方法模型結(jié)合，從實際出發(fā)，建立評價指標的獨立性和客觀性。

（2）相關(guān)資料的全面性。地下水風險評價缺乏統(tǒng)一標準，不同學者研究的側(cè)重點存在，不同國家地區(qū)的污染情況不同，在確定權(quán)重時存在主觀性。部分數(shù)據(jù)未經(jīng)過長期的監(jiān)測和調(diào)查研究，評價結(jié)果難以準確反映實際情況。應建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，完善地下水風險評價相關(guān)資料和標準，對地下水污染評價將更有科學指導意義。