地下水污染风险评价方法研究综述

方 进 王德全

（宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021）

随着经济社会的快速发展，人们生活水平逐步提高，人类活动对自然环境的影响越来越大。水污染现象日益突出，主要集中体现在河流水污染、湖泊水污染、地下水污染三个方面，地下污染较为严重。广泛分布的地下水对人类生活具有重大意义，其提供全球大多数人所需要的水资源。据调查，我国约有70%人口主要饮用水源为地下水，全国95%以上的农村人饮用地下水，全国40%的耕地使用地下水灌溉[1]。我国的地下水污染总体特征表现为污染途径隐蔽、污染防治滞后、污染区域广且不集中。现阶段，地下水污染已引起我国政府的重视，各地政府出台了一系列的保护措施，相关部门正在积极协同合作，开展对地下水污染的科学研究、综合防治及统筹规划工作。

1 地下水污染途径

（1）农业生活污染。

由于前期以不科学、不合理的方式发展农业，导致了一系列的环境污染问题。植物的正常生长与土壤质量相关联，增加植物产量可获取更多的果实。在植物果实发育过程中，会使用一些化肥、杀虫剂、除草剂等，提高植物果实产量，但对耕作的土壤环境造成了污染。人类日常生活产生大量的生活垃圾会污染环境，垃圾的种类越来越复杂，居民对待垃圾分类回收的意识较弱。城市和乡村从垃圾分类到回收未形成一个完整的处理体系，导致农村和城市的周围填埋未经过系统处理的垃圾，垃圾渗滤液和其他溶物伴随雨水进入地下，进一步污染地下的蓄水层。

（2）工业矿业污染。

随着工业生产现代化的推进，在追求生产效益的同时，含各类化学物质的大量废水、废气、废渣随着产生，废水若不经过处理达标后排放，会导致地下水化学污染，废气和废渣长时间未处理，在雨水的冲刷作用下迅速渗入地下水，导致地下水环境发生变化。化工产品废水排放影响较为严重，其产生的重金属汞、镉、铅、铬等会长期存在地下水系统中。矿业污染方面，在煤矿、稀有金属等生产开发过程中，会产生废渣、尾渣等废物，若处理不当，重金属、放射性元素在雨水的冲刷下会渗入地下水。

2 地下水污染评价方法

地下水污染风险评价方法主要有叠置指数法、统计方法、过程模拟法[2]。

2.1 叠置指数方法

叠置指数法可操作性强，方法简单，是当前应用广泛的评价方法。通过选取各项评价指标的参数叠加形成一个可反映脆弱程度的指数。叠置指数法常用的指数模型方法主要有DRASTIC模型法、GOD模型法、AVI模型法[3-5]。

（1）DRASTIC模型方法。

DRASTIC方法是美国环保署为评价含水层易污性开发的国家标准评价系统，其包括的水文地质要素有D潜水位埋深、A含水层介质、R面状补给量、S土壤介质、T地形、I非饱和带的影响、C含水层渗透系数，该方法适合多孔介质潜水和承压水[6]。对以上要素进行赋值，范围在1～10之间，该赋值与地下水容易污染的程度成正比。对每个要素进行一个权值的分配，地下水污染的敏感性通过权值的大小进行反映。如于林弘等应用DRASTIC模型评价了山东省莱州市平里店，最终得到该区域地下水脆弱性评价分区，并验证了该方法的可靠性[7]。由于各研究区域地质、水文等条件不同，加上运用模型计算分析时的缺陷，使DRASTIC存在局限性，在评价指标赋值和分配权重时，易受到人为主观性的影响。

（2）GOD模型方法。

该模型选择了3个影响因子G地下水类型、O盖层岩性、D水位埋深[8]。将每个要素进行赋值，范围为0～1，计算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值划分为5个等级，DI值小于0.1为1级，防污性能好；DI值介于0.1～0.3之间为2级，防污性能较好；DI值介于0.3～0.5之间为3级，防污性能中等；DI值介于0.5～0.7之间为4级，防污性能差；DI值介于0.7～1.0之间为5级，防污性能较差。GOD模型简单可行适用于多孔介质潜水和承压水，未充分考虑岩性类型和岩层厚度存在局限性。

（3）AVI（含水层敏感性指数）模型方法。

该模型方法比较适用于岩溶水，通过垂直水力传导系数、水面以上地层厚度参数进行评价。先计算与水流垂直方向上每一层的水力阻力，再由水力阻力的变化量描述含水层的敏感性，得出该区域从地表到地下水面污染物的平均流动时间值。

2.2 统计方法

统计方法针对研究区域已有的地下水污染监测资料和发生污染的地下水相关信息，运用合适的统计学分析工具，将已赋值的各项参数导入模型计算，以取得评价结果。统计方法可避免人为主观性影响，可客观选出地下水污染的主要因素，其需要的资料信息较大，获取完整数据难度较大。常见的方法主要有逻辑回归分析法、线性回归分析法、地理统计法、实证权重分析法。

（1）逻辑回归分析法。

将自然变量、人为变量相关联，依据模型变量和系数值，建立逻辑回归相关模型，得到评价信息。Tesoriero等用逻辑回归分析法预测NO3-污染地下水的概率并评价，与预期表现较为符合[9]。

（2）线性回归分析法。

在地下水输入输出系统中，确定因变量与自变量，得到因变量与自变量的线性回归方程，再进行相关性分析，确定最优回归方程，进行某一地区的地下水风险评价。

（3）地理统计法。

Masetti等运用地理统计方法，对井口的地下水硝酸盐浓度进行持续监测，使用三种不同的硝酸盐浓度，进行浅层无限制含水层的脆弱性评估，结果表明地理统计方法在评价地下水脆弱性的具有良好的效果[10]。

2.3 过程模拟法

过程模拟法通过建立水流和污染质迁移模型，在此基础上建立风险评价的数学公式，将各项指标定量化得到评价综合指数，对当地的地下水污染进行风险研究，可较好模拟地下水污染物的迁移规律。该方法需要大量的监测数据和资料信息，且模型的参数较多、求解复杂。王洪亮等对热电厂地下水污染进行系统分析，基于过程模拟法选取评因子通过数值法来模拟污染物浓度动态变化及迁移途径，得到热电厂地下水风险等级。

过程模拟法可得到风险等级及污染发生的时间和地点、污染物浓度、污染面积等。过程模拟法适用于小区域低风险评价，运用的模型主要包括HYDRAUS模型、MODFLOW with MT3D模型、FeFLOW模型、HELP模型[11-12]。

（1）FeFLOW模型方法。

FeFLOW模型方法简称多组分饱和带非饱和带溶质运移模拟。在20世纪70年代，德国WASY水资源规划和系统研究所开发了基于有限元法的地下水模拟的FeFLOW软件，运用解决水量模拟、水质模拟、温度模拟等方面的问题。

该软件具有图形人机对话、地理信息系统数据接口、自动产生空间各种有限单元网格、空间参数区域化及快速精确的数值算法和先进的图形视觉化技术等特点[13]。高月香等人运用Feflow软件对高尔夫球场建立地下水溶质运移模型，预测出污水在未经过处理时污染物的迁移情况，为该地区地下水风险评价及监管提供依据。

（2）HYDRUS模型方法。

HYDRUS模型方法简称非饱和带水分及溶质运移模拟。其可模拟饱和-非饱和区水分运动和溶质运移的一维模型，其水分和溶质控制方程应用伽辽金线性有限元法求解。张博圣等运用建立Hydrus-1D模型，模拟了某尾矿库地下水污染物从迁移转化的全部过程，表明该方法可准确反映地下水污染源时空变化过程，可评估地下水污染风险。

3 结语

（1）评价体系的适用性。部分评价指标无法完全反映地下水污染的因素，人的活动影响多为定性指标，无法准确反映实际情况；部分评价模型受水层类型的限制，无法解决水文条件相对复杂的区域评价；地下水未动态的系统，具有不确定性、随机性。在对地下水污染进行评价时，应综合考虑各方面因素之间的关系，运用多种方法模型结合，从实际出发，建立评价指标的独立性和客观性。

（2）相关资料的全面性。地下水风险评价缺乏统一标准，不同学者研究的侧重点存在，不同国家地区的污染情况不同，在确定权重时存在主观性。部分数据未经过长期的监测和调查研究，评价结果难以准确反映实际情况。应建立相关数据库，完善地下水风险评价相关资料和标准，对地下水污染评价将更有科学指导意义。