DRASTIC法与矩阵法在地下水污染风险评价中的应用

DRASTIC法与矩阵法在地下水污染风险评价中的应用

高志鹏， 陈南祥

(华北水利水电大学，河南郑州 450045)

摘要将DRASTIC法与矩阵法相结合，从地下水固有脆弱性、地下水污染源荷载以及地下水的价值3个方面，评价了地下水受污染的风险。

关键词地下水固有脆弱性；地下水污染风险；DRASTIC；矩阵法

中图分类号S181.3

作者简介高志鹏(1990- )，男，河南林州人，硕士研究生，研究方向：水资源和水文地质。

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

地下水约占地球上淡水资源的30%，目前有将近1/3的城市供水来自地下水。因此，在淡水资源日益紧张的今天，地下水在国民经济中的重要性越来越大。然而，随着工业化和城市化步伐的加快，地下水严重超采，且污染越来越严重，已经成为制约国民经济发展和人民生活质量的重要因素。因此，如何有效保护地下水，合理开采地下水已经成为目前刻不容缓的难题。地下水污染风险评价是保护地下水免受外来污染的重要举措。自1968年法国学者Margat首次提出“地下水脆弱性”(Groundwater Vulnerability)这一术语以来，随着研究的不断深入，其内涵不断丰富[1]。地下水污染风险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层系统对于人类活动在地表产生的污染物进入地下水的自然保护作用[3]4，各国学者对地下水污染风险评价体系的研究均发展于地下水脆弱性评价的基础上。地下水污染风险最早的研究可以追溯到20世纪60年代法国学者Marjat提出的地下水脆弱性评价[4]1140。随着各国学者对污染风险认识的提高，在地下水脆弱性评价的基础上增加了诸如土地利用情况、污染源分布以及污染源危害等污染荷载评价[5]649，这是地下水污染风险研究的第二阶段。随后，人们意识到即使区域地下水具有较低固有脆弱性以及较高的污染荷载，如果该区域地下水可利用价值不高，也就难以造成很高的污染风险。因此，在前人的研究基础上对地下水的价值水平进行评价，包括地下水的供水能力、水质现状、保护要求等，这是地下水污染风险研究的第三阶段。目前，各国研究学者对地下水污染风险还没有统一的定义，但都建立在以上3个研究阶段的基础上。总体来说，比较公认的是周仰孝等在Civita的研究基础上发展起来的定义，即地下水污染风险是地下水被污染的概率与污染后果的乘积。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载来综合评价，污染后果用地下水的价值水平来评价。在此基础上发展起来了地下水污染的迭置指数法[4]1141，该方法操作简单，可行性强，成为应用最广的方法之一。笔者结合DRASTIC法及矩阵法，对地下水污染风险进行评价。

1地下水固有脆弱性评价

地下水的固有脆弱性是含水单元不因外界污染荷载而有所改变的属性，是地下水的本质脆弱性，属于地下水的固有属性。评价地下水固有脆弱性，各国学者发展了不同的评价体系，其中美国环保局(U.S.EPA)1987年提出的DRASTIC评价方法被成功运用于美国、加拿大等国，并被欧共体引入作为其成员国地下水易污性的统一标准[6]，适用于多孔介质潜水与承压水[4]1142，已经成为国内外广为使用的评价方法[7-9]。DRASTIC方法基本思想：影响含水层防污性能的内因是水文地质单元的物理特性，允许用不同的反映含水层介质及其特性的水文地质参数来综合反映含水层的防污染性能。据此选择了对地下水防污性能影响大且资料容易取得的7个主要因子为评价指标,包括地下水埋深(D)、净补给量(R)、含水层介质(A)、土壤介质(S)、地形坡度(T)、包气带影响(I)、水力传导系数(C)。根据指标的相对重要性大小，赋予不同的权重(表1)，用来反映该要素对地下水污染的敏感性，其中最重要指标的权重为5，最不重要指标的权重为1。应用该模型时，首先要求将每一项指标划分为不同的级别，在同一级别内的指标给相同的评分(表2)，这样对不同的级别便有了评分的差别，以此来反映指标对含水层防污性能影响的差异。对某一地段的含水层，其防污染性特征值为7项指标评分与权重的线性加权之和，并据此进行水文地质区段的防污性能排序。防污性能特征值越高，表示含水层防污性能越差；反之，防污性能越好。

表1　DRASTIC因子的权重

表2　DRASTIC各因子的类别及其评分

注：括号内的数字为典型评分值。

DRASTIC指数计算公式为：

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

式中，DI为DRASTIC指数；W为因子的权重；R为因子的评分。DI值范围：23～230(所有污染物)，26～260(农药类污染物)。根据DRASTIC指数，将地下水固有脆弱性程度划分为低、中、高3个等级，对应的DRASTIC指数分别为23～90(26～105)、90～160(105～180)、160～230(180～260)。

2地下水污染源荷载评价

污染源荷载程度指研究区内污染源分布状况，分为工业、农业、污水灌溉、畜禽养殖、采油、垃圾场等类型。根据污染源分布类型及密度，将研究区污染源荷载程度划分为基本无污染源区、污染源荷载程度轻微区、一般区及严重区。污染源荷载程度越重，地下水越容易受到污染。依据污染源调查资料，采用定量或定性方法综合分析确定。通过综合考虑特征污染物的分类、堆放形式、污染物总量、存在时期等，得出地下水污染源荷载的矩阵评价方法[3]6(图1)。

图1　地下水污染源荷载评价矩阵

3地下水价值评价

地下水资源功能是指具备一定的补给、储存和更新条件的地下水资源补给保障作用或效应。综合考虑资源的占有性、再生性、调节性及可用性，地下水资源评价结果分为强、较强、一般、较弱、弱5级。地下水资源功能越强，越应该受到防护。 地下水作为人类生产生活必不可少的自然资源，对于日常生活、农业灌溉、工业用水等具有巨大的价值作用。这就涉及到了地下水的价值水平，所谓价值，就是一种效应关系，是地下水对作为主体对于有效客体的价值效应。地下水的价值高，作为一种效应关系就具备更小的可污染性，一旦被污染，就会对所影响区域造成生产生活上的巨大损失。反之，如果该处地下水利用价值低，尽管被污染的概率比较高，但是被污染后所造成的生产生活上的损失并不是很大，换言之，就是说该处地下水污染风险并不高。根据地下水资源评价的结果，定性地对地下水的价值水平做出评价，其评价矩阵见图2。

图2　地下水价值评价矩阵

4地下水污染风险综合评价

根据地下水污染风险评价的定义，最终的评价依据为地下水被污染的概率与污染后果的乘积。污染物进入地下水的概率可以看作地下水固有脆弱性与污染源荷载评价的乘积(图3)，最终再与地下水价值水平的评价值相乘，得到地下水污染风险评价矩阵[3]7(图4)。由图4可知，污染概率高且价值高的地下水污染风险较高，反之则较低。被污染风险较高的地下水应该重点保护，合理开采。

图3　地下水被污染概率评价矩阵

图4　地下水污染风险评价矩阵

5结论

DRASTIC法是一较成熟的地下水污染风险评价方法，该方法已在美国、加拿大、欧洲等地成功应用并积累了丰富经验。但是该方法仅能对地下水固有脆弱性进行评价，而对影响地下水污染风险的外因则无法进行评价。将DRASTIC法和矩阵法相结合，可以很好地对影响地下水污染风险的内外因定性描述与分级，进而对地下水污染风险进行评价。由于该方法不能定量分级，故不能更加细致地为地下水污染风险划分等级。

参考文献

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