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地下水污染风险评价指标体系及方法探讨


第 37 卷第 3 期 2010 年 9 月
文章编号: 1000 9833( 2010) 03 0115 03

黑 龙 江 水 专 学 报 Journal of H eilong jiang H ydraulic Eng ineer ing

Vo l. 37, No. 3 Sep. , 2010

地下水

污染风险评价指标体系及方法探讨
李志萍, 谢振华, 林




( 北京市水文地质工程地质大队, 北京 100195)

要: 地下水污染风险评价与区划是区域地下水资源保护的重 要依据。分析了国内 外地下水污 染风险评 价的研究 进展和存 在 的不足。从地下水污染风险的定义入手, 综合考虑地下水固有的脆弱性、 外界胁迫脆弱性和地下水资 源预期损害性, 建 立 了地下水污染风险评价指标体系, 并简要介绍了基于灾害风险理论的地下水污染风险评价方法。

关键词: 地下水污染风险评价; 固有脆弱性; 外界胁迫脆弱性; 预期损害性; 指标体系; 灾害风险理论 中图分类号: X 523 文献标识码: A

A Discussion of Groundw at er Pollut ion Risk A ssessment Index Syst em and M et hods
LI Zhi ping , XIE Zhen hua, LIN Jian
( Hydrogeology and Engineering G eology T eam of Beijing, Beijing 100195, Ch ina)

Abstract: Assessment and zoning of groundw ater pollut ion risk is important basis f or prot ection of groundw ater re sources. T he paper analyzed t he development and limit ations of groundwater pollution risk assessment. Compre hensive consideration of groundwater intrinsic vulnerability, stress vulnerabilit y and expect ed damage, an assess ment index syst em is established according t o t he def inition of groundw at er pollution risk. Brief statement the methods of groundwater pollut ion risk assessment based on t he disaster risk theory. Key words: groundw at er po llut ion r isk assessm ent ; int rinsic v ulnerabilit y; st ress v ulnerabilit y; expect ed damage; index syst em; disast er risk t heor y 地下水是人类赖以生存的水资源的重要部分, 是一种宝贵的自然资源, 同时也是影响生态环境的 重要因素之一 [ 1] 。对北方地区而言, 地下水资源不 仅是区域发展的基础性资源, 更是城市发展的战略 资源和重要保障。据调查我国 97% 的城市 地下水 受到不同程度 污染, 其 中 40% 污染 不断 加剧 [ 2 4] 。 由于地下水流动缓慢, 交替程度较弱, 自净能力低, 一旦受到污染难以有效恢复[ 5 8] 。因此, 地下水污染 预防与有效监管显得尤为重要。地下水污染风险评 价与区划正 是区域地 下水资源 保护的重要 手 段[ 9 10] 。通过对地下 水污染风险进行评价研究, 可 以了解土地利用活动和地下水污染之间的关系, 识 别出地下水易于污染的高风险区, 为土地利用规划 [ 11] 及地下水资源管理提供一个强有力的工具 。

1

地下水污染风险评价概述

地下水污染风险是指含水层中地下水由于其上 的人类活动而 遭受污染到不可接 受的水平的可能 性[ 12] 。地下水污染风险最早的形式可以追溯到 1968 年法国学者 Marjat[ 13] 提出的地下水脆弱性评价。这 一时期的地下水脆弱性评价仅从含水层的自然属性 条件( 土壤、 气象、 水文地质等方面的因素) 出发, 称为 含水层 固有脆弱性 。20 世纪 80~ 90 年代, 针对面 源污染造成的地下水污染问题, 研究者认识到地下水 本质脆弱性、 污染负荷与污染风险之间的复杂关系: 具有高脆弱性的地区如果没有明显的污染负荷则不 存在污染风险, 即便在脆弱性较低但污染负荷高的地 区仍存在较大的污染风险; 脆弱性高且污染负荷高的 地区污染风险最大。因此, 污染物的特性和一些人类 活动因素被纳入地下水污染风险的研究体系中, 含水 层 固有脆弱性 评价发展为 特殊脆弱性 评价, 也称 为早期的地下水污染风险评价。 早期的地下水污染风险评价是将地下水固有脆 弱性与人类土地利用活动影响处理为简单的叠加关 系。后来研究发现, 将这种复杂的相互作用关系简

收稿日期: 2010 06 15; 修订日期: 2010 06 30 基金项目: 北京市科技计划项目: 北京市地下水资源安全评价及 污染防控技术研究与示范( D07050601510000) 作者简介: 李志萍( 1980 ) , 女, 江苏泰州人, 工程师, 主 要研究方 向: 地下水污染控制与防治, E mail: lzp2997@ 126. com。

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第 37 卷

化成单一的叠加关系, 掩盖了许多问题。上世纪 80 年代, Varnes 提出了 风险 = 脆弱性 ! 灾害性 的模式[ 14] , 将 灾害理论 引入到地下水污染风险评 价系统中。在实际应用中, 这种风险表征方式有时 被简单处理为 风险 = 本质脆弱性 ! 污染物超 过标准的概率 [ 15] , 真正应用灾害风险理论 的地下 水污染风险研究还比较少。 国内地下水污染风险评价研究刚刚起步, 缺乏 [ 16] 相应的体系和方法。张雪刚等 在地下水 脆弱性 评价的基础上, 考虑土地利用情况, 对张集地区地下 水污染风险进行了评价; 周磊 [ 17] 等选择地下水易污 性、 地下水水质、 水源保护区价值和地下水污染面源 [ 18] 作为地下水污染风险评价指标; 张伟红 提出地下 水污染风险评价需要综合考虑含水层固有脆弱性、 污染源荷载风险和污染危害性 3 个方面。这些指标 体系对进一步发展完善地下水污染风险评价指标体 系是十分有用的, 但还存在一些不足之处: ? 对建立 指标体系的原则和方法阐述不够明确; # 对现有的 指标反映不够全面。以往评价中虽然也涉及到人类 活动影响指标, 如土地利用、 污染源荷载, 但缺乏人 类开采对自然流场的影响。 2 地下水污染风险评价指标体系的建立 指标体系的建立原则 地下水污染风险评价指标体系不仅要考虑含水 层的自然属性特征, 还要考虑人类活动和污染源对 2. 1 地下水污染负荷的影响, 以及表征风险受体可接受 的水平, 即地下水价值功能的变化。基于这种思想, 在选择指标构建指标体系时, 必须遵循如下原则: 1) 全面性和独立性相结合。影响地下水污染 风险的因素比较多, 所选择的指标既要尽量全面地 反映影响地下水环境污染风险的各个方面, 又要求 精炼, 避免信息重复, 从而影响评价结果的精度。 2) 可操作性。建立的指标体系往往在理论上 反映较好, 但实践性不强。因此, 在选指标时, 不能 脱离指标相关资料信息条件的实际, 尽量选择那些 关键性的、 具有综合性的指标, 使得建立的指标体系 简洁明确, 易于计算和分析。 2. 2 地下水污染风险评价指标体系的建立 地下水污染风险包含两个方面: ? 地下水系统 遭受污染的危险性, 可用地下水固有脆弱性和外界 胁迫脆弱性[ 19] 来表征。固有脆弱性反映含 水层固 有抵御污染的能力, 外界胁迫脆弱性反映人类活动 产生的污染负荷影响; # 地下水价值水平, 表征污染 受体地下水资源预期损害性。将二者结合起来便可 得到地下水污染的风险评价结果。基于上述理论分 析, 建立地下水污染风险评价指标体系( 图 1) 。
图 1 地下水污染风险评价指标体系 Fig. 1 Index s yst em of groundw at er pollut ion risk ass ess ment

2. 2. 1

地下水遭受污染的危险性( A)

2. 2. 1. 1 含水层固有脆弱性( A 1 ) 含水层固有脆弱性是指在天然状态下含水层对 污染所表现的内部固有的敏感属性。不考虑人类活 动和污染源的影响, 而只考虑水文地质内部因素, 是 静态和人为不可控制的。影响地下水系统的固有脆 弱性的因素很多 , 一般选择影响和控制地下水运 动的 7 个关键因素作为评价因子[ 21 22] , 分别是含水层 埋深、 净补给量、 含水层介质类型、 土壤介质类型、 地 形坡度、 渗流区( 包气带) 介质类型、 含水层渗透系数。 2. 2. 1. 2 外界胁迫脆弱性( A 2 ) 外界胁迫脆弱性反映地下水遭受人类影响活动 所产生的污染危害潜力。人类活动对地下水环境的 影响归纳起来表现在两个方面: ? 人类活动产生的 污染源荷载风险; # 人类开采改变了地下水天然流 场, 影响污染的辐射能力。 1) 污染源荷载风险( A 2- 1 ) 。污染源荷载风险是 指各种污染源对地下水产生污染的可能性。它取决 于人为污染源的类型、 位置、 规模以及污染物的迁移 转化等。从污染源本身的污染特性来说, 污染源荷 载等级主要取决于污染的可能性和污染的严重性两 个方面。污染的可能性指污染源产生的污染物到达 地下水并且污染地下水的概率, 包括了污染物的量 ( 规模) 、 排放方式; 污染的严重性指污染物的类型, 即污染源的种类。 对于区域地下水污染源荷载风险等级的计算, 首先考虑单个污染源荷载风险, 单个污染源荷载风 险 P = KQL ( K 为污染源种类; Q 为污染物的量; L 为排放方式) 。然后, 应用 GIS 的空间分析功能, 对 究区内所有污染源的荷载风险进行叠加计算。 2) 地下水流动状况( A 2- 2 ) 。人类活动改变了地 下水天然流场, 进而影响到含水层中污染物的迁移、 扩散方向和速度。水力梯度越大, 污染源扩散稀释 速度越快, 地下水污染风险越低。
[ 20]

第3期

李志萍, 等. 地下水污染风险评价指标体系及方法探讨
学学报, 2008, 8( 2) : 73 75. [ 4] [ 5] [ 6]

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2. 2. 2 地下水价值水平( B) 地下水价值水平反映了地下水资源预 期损害 性, 主要体现在地下水的生态/ 健康服务功能及其社 会经济服务功能, 包括水量、 水质和水源保护要求 3 个方面。 地下水供水能力( B 1 ) 从量的角度反映了地下水 资源社会经济服务功能; 地下水质现状( B 2 ) 从质的 角度直接反映出人类活动对地 下水环境的影 响结 果; 地下水源地保护要求( B3 ) 从供水需求角度反映 了不同区域地下水利用价值的差异。

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3 评价方法 基于灾害风险理论, 地下水污染风险可定义为 污染概率与预期损害性的乘积。污染概率可用地下 水遭受污染的危险性( A ) 表征, 预期损害性可用地 下水价值水平( B) 表征, 因此, 地下水污染风险是地 下水系统遭受污染的危险性与 其价值水平的 积函 数, 即 R= AB。 地下水遭受污染的危险性( A) 可采用迭置指数 方法进行计算, 即各指标评分值与其各自权重的乘 积迭加得出的综合指数值[ 23] 。各指标的权 重可采 用层次分析法[ 24] 计算, 在评价体系的层次隶属关系 的基础上, 利用专家经验对各层对应的要素指标的 重要性进行判断比较, 建立判断矩阵, 计算要素指标 层( A 1- 1 , A 1- 1 , ?, A 2- 2 ) 对目标层( A) 的合成权重。 地下水价值水平 ( B) 同样可采 用迭置指 数方法 计 算, 各指标权重可利用专家经验判断比较后给定。 由于 GIS 系统具有 强大的制图、 空间分析、 图 像分析、 属性库管理等功能, 因此, 地下水污染风险 评价可在 GIS 环境下完成。 4 结 语
[ 16] [ 17] [ 18] [ 19] [ 20] [ 21] [ 10]

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建立在地下水脆弱性评价基础上的地下水污染 风险研究起步较晚, 还处于探索阶段。目前还没有比 较公认的评价体系和方法, 本文在综合分析国内外地 下水污染风险评价研究成果的基础上, 从地下水污染 风险的定义入手, 初步探索建立了一套地下水污染风 险评价指标体系, 并提出了基于灾害风险理论的地下 水污染风险评价方法, 目的是提高地下水污染风险评 价准确性和科学性, 使其成为土地利用规划和地下水 资源保护管理的有力决策支持工具。 参考文献:

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