地下水脆弱性的概念评价方法与研究前景
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地下水脆弱性研究综述
科 学 研 究 委 员 会 的 定 义是 ： 污 染 物 自顶 部 含 水 层 以上 某 一 位置 到达地 下 水 系统 中某一 特 定位 置 的趋势 和 可能 性。 同时 ， 该委员会将地下水脆弱性 分为本质 脆弱性 和特殊脆 弱 性 两类 ｌ 。 目前 ， 国 内 研究 普 遍 认 为 水 资 源 脆 弱 性 是 由 于 水 资 源 系 统 受 到 自身 和 外 在 素 影 响 而 失 衡 所 表 现 出
摘要 ： 地 下 水脆 弱性 评 价 是 地 下水 资 源保 护 的重 要 依 据 研 究 对 地 下 水脆 弱 性 评 价 的 概 念 、 研 究进 展 、 评 价方 法、 意
义进 行 了阐述 ， 指 出 了 目前 主要 运 用 的 叠 置 指数 法 、 统计方 法 、 过程 数学模拟 法这三 种方法的优 缺点 ， 提 出 了 目前 地 下 水
ｐ ａ ｐ ｅ ｒ， ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｏ０ （ ’ ｅｐ ｌ ｏ ｔ 。 ｇ ｒ ｏ ｕ ｎｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｖ ｕｌ ｎ ｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎｔ ， ｅ ｖ ａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄｓ ， ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂｅ ｄ， ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ （ ｊ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｕｓ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄｅ ｘ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ． ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄｓ， ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍａ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ， ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｕｎ ｄ ｗａｔ ｅ ｒ ｖ ｕ ｌ ｎｅ ｒ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ： （ ； ｒ ｎ ｕ ｎ ｄｗａ ｔ ｅ ｒ ｖ ｕ ｌ ｎ ｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ；ｅ ｖ ａ ｌ ｕａ ｌ ｉ ｏ ｎ；ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｗａ ｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕｒ ｃｅ ｓ
地下水脆弱性研究进展及前景展望
由于 Ｄ Ａ ＴＣ模 型具 有 简单 易 行 、 果 明 了 、 Ｒ ＳＩ 结 易 于掌握 等 优点 ， 得该 模 型在 地 下水 脆 弱性 评价 中得 使
到广泛 应用 。目前 ， 国外研 究 的重 点是将 Ｄ Ｓ Ｉ ＲＡ Ｔ Ｃ模
弱性的研究开始于 ２ 世纪 ９ 年代中期 ， ０ Ｏ 因而这一术 语 在 国 内出现 得较 晚 。目前在 定义 上还 没有形 成 统一 的标准 ， “ 除 地下 水脆 弱性 ” ， 外 常见 的 叫法有 “ 地下 水
结 了地 下水 脆 弱 性 评 价 的基 础 上 ， 出 了 目前 地 下 水脆 弱性 评 价 中存 在 的 一 些 问 题 ， 指 并对 其 研 究前 景 进 行 了
展 望。
［ 关键词 ］ 下水脆弱性 ； 地 指标体 系； 评价方法 ； Ｒ Ｓ Ｉ Ｄ Ａ ＴＣ ［ 中图分类号］ ８４ Ｘ ２ ［ 文献标识码 ］ ｃ 【 文章编号 ］０ ４ ７ ４ （ ００ １— ０ １ ０ １０ — ０ ２ ２ １ ）２ ０ １－ ２
２ 国 内外研 究进 展
地 下水 脆弱性 定 义 ， 即脆 弱性 是指 污 染 物 由地表 到达
地 下水 系统某 一 特定 位置 的趋 向和可 能 性 ， 以地 下 并
水 资源是 否受 到 人类 活动 的影 响 ， 为地 下水 的 固有 分
２１ 国外研 究进 展 ．
脆弱 性 和地下 水 的特殊 脆 弱性 ｌ 国内关 于地 下 水脆 １ Ｊ 。
用 Ｇ Ａ Ｓ． 地 理 信 息 系统 结 合 改 进 的 Ｄ ＡＳＩ Ｒ Ｓ ４１ Ｒ ＴＣ模 型 对美 国德 克萨 斯 州 中部 帕拉 克 含 水 层进 行 地 下 水
性 评价 的推荐 方法 。
利 用和保 护 地下水 的基础 ， 年来 已成 为地 下水 研 究 近 的热点 问题 。通 过对 地下水 的脆 弱性 评 价 ， 给 出不 可 同区域地 下 水 的脆 弱 程度 ， 有效 指 导 地下 水 资源 的 能 开发 利用 与保护 ， 现地下 水资 源 的可持续 利 用 。 实
地下水脆弱性评价
地下水脆弱性评价方法
迭置指数法 过程模拟法
模糊数学综合评价法
迭置指数法
迭置指数法是最简单、应用最广泛的地下水脆 弱性评价方法。迭置指数法是定性、半定量的方法, 该方法首先选择对脆弱性影响最大的因素,通过将选 取的各评价指数进行叠加形成一个反映脆弱性程度 的指数,根据该指数进行脆弱性评价。这种方法更多 的依靠数据的有效性和专家的判断。一般的评价成 果为脆弱性图,通过数值或颜色显示不同的含水层脆 弱性。DRASTIC模型为迭置指数法代表的评价模型。
地下水固有脆弱性 Groundwater intrinsic vulnerability
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。它与污染源或污 染物的性质和类型无关，取决于含水层所处的地 质与水文条件。是静态、不可变和人为不可控制 的。
地下水特殊脆弱性 Groundwater specific vulnerability
DRASTIC 模型
DRASTIC 系统是由美国环境保护局（USEPA） 和美国水井协会（NWWA）于 1985 年合作开发的， 其综合了40多位水文地质学专家的经验，该系统首 先被美国 40 个县采用，对具有不同水文地质条件 的地区，用于地下水污染敏感性的评价，其中包括 喀斯特地区的多含水层系统。
DRASTIC 模型
该模型选取 7 个主要要素作为评价指标， 分别是：地下水埋深（D）、含水层的净补给 （R）、含水层的岩性（A）、土壤类型（S）、 地形坡度（T）、包气带的影响（I）以及含水 层水力传导系数（C）。
DRASTIC 模型
根据每个因子的变化范围或其内在属性 建立评分体系 r，又根据评分体系中每个因 子对地下水脆弱性影响的重要程度给予固定 权值 w，各因子加权和 Vi即是 DRASTIC指数： Vi=DrDw+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw
基于地下水脆弱性评价方法的综述
（ ｏ ａ Ｎ ．５ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
文章编号 ：０７— ５ ６ ２０ ）３— ０ ３— ３ １０ ７ ９ （０ ７ ０ ０ ４ ０
基 于 地 下 水 脆 弱性 评 价 方 法 的综 述
王宏伟 ， 萍 ， 刘 吴美琼。
（ ．黑龙江省水利 科学研 究院，哈 尔滨 １０ ８ ２ １ ５０ ０；．广西水利 电力职业技术学院 ， 南宁 ５０ ０ ３０ ７； ３ ．广 西大学土木建筑工程学院， 南宁 ５ ０ ０ ） ３ ０ ７
随 着 经 济 和 社 会 的 迅 速 发 展 ， 及 世 界 人 １ 急 剧 增 以 ： ３的 加， 环境污染不断加 剧 ， 环境 问题 已经 成 为制 约人类 社 会 发 展的三大问题之一。尤其是最近几 十年来 ， 合理开 发利用 不 水资源 的现象 日益严重 ， 有些地 区的地 下水遭 受 了不 同程度 的 污染 ， 至 由于 过 量 开 采 ， 致 出 现 了地 下 水 漏 斗 现 象 。 甚 导
下水 资源是 目前面 临的迫 切任 务 。地 下水 脆 弱性 研究 是保 护地下水环境工作 的基础 。通 过地 下水脆 弱性研究 ， 区别 不 同地 区地下水 的脆弱 程度 ， 评价 地 下水 潜在 的易 污染 性 ， 可 以警示人们在开采 和利用 地下水资 源的 同时 ， 取有效 的措 目前面Ｉ 临的迫切任务 。地下水脆弱性研究是 保护地下水 环境工作 的基础。文章梳
理 了地下水脆弱性概念 的发展历程 ， 国内外有关地下水脆弱性评价 的方法及现状进行 了归纳 总结 ， 对 指出 了地下 水脆 弱性 研究 中存在 的一些问题 ， 并对其研究前景进行 了展望 ， 为从事地下水脆弱性研究 的人员提供思路与启示 。
施保护地下水资 源。
１ 地 下水脆 弱性 的概 念
地下水脆弱性评价方法综述
１ ８ 年 Ｖ ａ ａ 义 地下 水 脆 弱性 开 始考 虑 地表 条件 ， ９４ ｒ 定 ｎ 即影响污染物进入 含水层的地 表与地下 条件的复杂性 ； Ｂａｈ ｔ Ｃｏｌ ｃ ｍａ 和 ｌｎ将地 下水 脆 弱性 定义 为地 下 水质 量对 人 ｉ 类活 动 的敏感 性 ，用地 下 水敏 感性 代替 了 地下 水本 质 脆弱 性 ；Ｓ ｔｒｉｏ ａ Ｖ ｂ 认 为 ：水 文 地 质系统 的脆 弱性 是 ｏｏｎｋ ｖ 和 ｒａ 该系统应对在时间和空间上的外部冲击的能力 ，这些 自然 和人 为 的冲 击会影 响其 状 态和 特 征 。此 后 ，人 们对 地 下水 脆弱性 的理解 开始增 加 了人 类活 动影 响的要 素 。 目前普 遍 认 可 的定 义 为 Ｉ ｌ ｌ ：地下 水 脆 弱性 是 污染 物 到 达 最 上层 含 水层之 上某 特 定位 置 的倾 向性 与可 能性 。这个 概 念 是 １ ９ 年 美 国 国 家科 学 研 究委 员 会 上给 出的 。 “ ９３ 倾 向性 ” 一定 意 义 上表 示 了 水文 地 质 本 身特 性 ； “ 能 性 ” 可 则要考虑 人类活 动及 地表 条件 。 国 内对 于地 下水脆 弱 性 的定义 主要 来 自国 外文 献 ，通 常 用来 代 替地 下水 脆 弱性 的概 念有 “ 下 水的 易污 染性 ” 地 、 “ 污染 潜力 ” “ 、 防污性能 ”等 。 到 目前 为止 ，地 下水脆 弱性还 没有 统 一的 定义 ，现 有 的定义主要 考虑 了地 下水污 染方 面的 问题 。
随着经济社会的快速发展 ，人类对水资源的需求也达 水 地质背景参数法通过一个与研究区条件类似的已知脆 到了空前的水平。人们在利用地下水资源的同时 ，引发了 弱性标准的地区来比较确定研究区的脆弱性 。这种方法适 系列 问题 ：地 下水 位下 降 、水质 恶化 、水量 锐 减 、地面 用予泰亵地质条件复杂的大区域 ，其参数多为定性的。 沉 降等 。与地 表水 相 比 ，地下 水循 环 周期 长 ，一旦 遭 破坏 参 数 系统 法 是将 选择 的 评 价参 数 建 立 一个 参 数 系 统 ， 很难 修 复 。因此 ，地 下水 的保 护 比治 理耍 重要 。保 护 地下 每 个 参数 均 有一 定 的取 值 范 围 ，这个 范 围 分 为几 个 区 间 ， 水首 先 需 开展 脆 弱 性 评价 ，此项 工 作 ，国外 始 于 ２ Ｏ世 纪 每一区间给出相应的评分值或脆 弱度 ，把各个参数的实际
地下水污染脆弱性评价
>>English Version 栏目导航网站首页>>资料情报网>>国际交流发表日期：2005年12月29日 有3209位读者读过此文 【字体：大中小】地下水污染脆弱性评价((一)地下水污染脆弱性评价李 烨译；魏国强、冯翠娥校译（美国地质调查局组织专家编写该报告，于2002年印刷出版。
）一、概 述随着整个美国对饮用水安全和生态健康需求的不断增加，政策决策者正面临着如何评价和管理水资源的问题。
由于需要评价人为活动和天然污染源对地下水资源造成的可能污染，因此在政策制定和目标管理过程中面临着严峻的挑战。
对地下水污染的脆弱性评价，既有费用相对较低的简单定性法，也有成本相对较高的严格定量评价法。
必须针对水资源决策者的不同需求，认真分析评价成本、防御措施的科学性和可能存在的不确定性等因素。
（一）背 景1996年的饮用水安全法修正案开创了预防饮用水污染的新纪元，其中强调了水源管理的重要性。
在美国环保署（简称USEPA）提出的水资源评价计划中，要求对水资源系统进行污染脆弱性评价（美国环保署，1997）。
保护饮用水的第一步，是要对水源进行评价，考虑到地下水资源可能会受到某些污染，因此，在开展这项工作时，通常要与现有的水资源保护规划结合起来进行。
许多联邦、州和地方的水资源管理计划中，都考虑到了地下水的脆弱性评价问题，其中包括如何确定可持续饮用水源，对地下水进行杀菌消毒，杀虫剂管理计划，废弃物地下填埋和“幽禁的动物给食运作”（简称CAFO）等。
美国国家研究院在1993年发表的一篇文章中，对政府、私人和学术机构进行地下水污染的脆弱性评价时所采用的一些方法进行了总结。
根据特定的目标和可利用的资源，评价范围包括私人水井乃至整个含水层系统，研究对象可以是针对某种污染物或某类污染物，也可以是针对所有的污染物。
（二）本报告的目标本报告对科学确定地下水污染的脆弱性的控制方法进行了概括，另外，还对这些方法在制定水资源管理决策过程的优缺点进行了讨论。
地下水污染脆弱性评价方法两篇
地下水污染脆弱性评价方法两篇篇一：地下水污染脆弱性评价方法前言随着经济的快速发展，地下水污染严重，给人们的身体健康带来很大的威胁，人们清楚的意识到地下水资源保护的重要性。
在我国，地下水资源总量是水资源总量的三分之一，而地下水资源开采量则是供水总量的百分之二十左右，我国大多数地区生活用水均来自于地下水，而有些地区地下水是生活用水的唯一途径。
由此可以看出，地下水与人们的生活有着密不可分的联系。
1地下水污染脆弱性的含义地下水污染第一次提出是在二十世纪七十年代，随着地下水污染研究的不断深入，地下水污染脆弱性的含义也在不断的完善。
美国对地下水污染脆弱性的含义为：地下水资源的上端水层含有污染成分，并向地下水资源里面的某一地点运动的趋势或者是可能性。
除此之外，国际上普遍认同的地下水污染脆弱性含义是：地下水污染脆弱性的实质就是地下水资源的自我恢复能力。
目前对于地下水污染脆弱性的含义还在进一步的完善当中。
2地下水污染脆弱性的影响因素当地下水中有污染物进入后，经过一段时间，地下水资源与污染物之间会发生物理反应、化学反应以及生物反应，最终导致地下水资源的成分与化学形态受到影响，进而影响了地下水资源的脆弱性。
总的来说，地下水污染脆弱性的影响因素主要有两个方面，即地球化学作用系统与地下水流系统。
2.1地球化学作用系统所谓地球化学作用系统其实质就是化学作用原理改变地下水中污染物的浓度，其中所应用的化学原理有污染物的吸附到解吸、污染物的氧化到还原反应、污染物的溶解到沉淀作用等等。
在应用化学原理时，需要掌握以下相关信息：污染物的类型、污染物的物理性质与化学性质、污染物的特征等。
2.2地下水流系统通过掌握地下水流系统的基本条件，例如地下水流速率、地下水流的排泄途径、地下水流的分布特征等，可以有效判断出地下水污染脆弱性。
通过对地下水流系统的流动、渗入等过程的有效控制，直接影响到地下水污染脆弱性。
3地下水污染脆弱性评价方法地下水污染脆弱性评价方法主要有综合评价法、指标评价法以及统计评价法。
地下水脆弱性评价综述
我国关于地下水脆弱性评价研究开始于 20 世纪 90 年代中期，在 2000 年以前主要是 DRASTIC评价方法的应用，大连和广州在欧盟的支持下开展了该项工作，河北、江苏与吉林 等地也运用了此模型，但多未进行方法的改进和验证[9，10]。地下水脆弱性评价多集中于对本 质防污性评价的研究,且主要针对的是局部城市或水源地。刘淑芬[11]研究了河北平原的地下 水防污性能，是国内区域地下水防污性能评价的首例；郑西来等[12]所做的西安市潜水脆弱性 评价是研究地下水特殊脆弱性比较成功的实例。钟佐燊[13]指出DRASTIC指标法在地下水脆弱 性评价中的缺点并对其进行了改进；雷静通过数值模拟建立了唐山市地下水脆弱性评价因子 的评价体系[14]，是评价指标评分的新尝试；陈守煜用模糊识别和人工神经网络理论综合评价 了沱江水质[15]；国内现阶段对干旱区和岩溶区地下水脆弱性的研究较少，孙艳伟[16]和马金 珠[17] 分别建立了干旱区石羊河流域和塔里木盆地的地下水脆弱性评价指标体系；章程[18]等 应用基于径流特征和覆盖层厚度的二元法对重庆金佛山典型岩溶区进行了地下水脆弱性评 价，路洪海[19]和王松[20]分别分析了岩溶含水层高度脆弱的原因和进行岩溶地下水脆弱性评 价应考虑的问题。近几年地下水脆弱性研究发展较快，但目前我国的研究仍未能充分运用GIS 技术，许多尚处于仅仅利用其制作地图，而没有与整个评价过程结合起来[21]。 2.2 地下水脆弱性的评价指标体系
地下水脆弱性评价指标体系应包括自然因素指标和人为因素指标：自然因素指标主要包 括含水层的地形、地貌、地质、水文地质条件以及与污染物运移有关的自然因子等；人为因 素指标主要指可能引起地下水环境污染的各种行为因子。建立一套客观、系统、易操作的指 标体系是地下水脆弱性评价的关键[22]。 2.3 地下水脆弱性评价方法
地下水脆弱性评价指标体系应包括自然因素指标和人为因素指标：自然因素指标主要包 括含水层的地形、地貌、地质、水文地质条件以及与污染物运移有关的自然因子等；人为因 素指标主要指可能引起地下水环境污染的各种行为因子。建立一套客观、系统、易操作的指 标体系是地下水脆弱性评价的关键[22]。 2.3 地下水脆弱性评价方法
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总之, 鉴于目前的研究水平, 国内外都倾向于美国国家科学研究委员会关于将地下水脆弱 性分为两类的主张。随着研究的不断深入, 地下水脆弱性的概念将不断得到丰富、完善和发展。
2 地下水脆弱性评价
211 地下水脆弱性评价因素 同地下水脆弱性概念相对应, 地下水脆弱性评价分为本质脆弱性评价与特殊脆弱性评价两
污染物在含水层中驻 留时间、人工补给量、 灌溉量、排水量、污染 物运移性质
表 1 给出了进行地下水脆弱性评价所应该考虑的因素, 但要建立一个包含所有因素的模型 来评价地下水脆弱性是相当困难的, 一方面因为这些因素所包含的参数有的很难取得; 另一方 面因为参数过多, 它们之间的关系也错综复杂, 并且它们之间还存在着错综的协同或颉颃作 用, 这就要求我们在进行脆弱性评价时根据具体问题进行具体分析, 尽量找出影响地下水脆弱 性的主要因素 (敏感因子) , 舍去次要因素, 抓住了主要矛盾, 也就抓住了解决问题的关键。 212 地下水脆弱性评价的方法
地下水脆弱性评价方法的选取应根据研究区具体的自然地理状况, 有关数据的数量与质量
446
水科学进展
第 10 卷
以及研究目的来确定。目前地下水脆弱性评价的主要方法有水文地质背景值法, 参数系统法, 关系分析与数值模型法。
水文地质背景值法是一种通过将研究对象与一个同其条件相类似的且已知脆弱性的地区相 比较, 进而得出研究对象脆弱性的评价方法。这种方法通常需要建立多组地下水脆弱性标准模 式。该方法适用于地质、 水文地质条件比较复杂的大区域, 但这种脆弱性评价多为定性或半定 量的。
国内地下水脆弱性研究起步较晚, 但发展很快。 目前国内研究大多局限于研究地下水的本 质脆弱性, 且脆弱性研究主要是针对局部城市或水源地进行的, 区域地下水脆弱性评价研究方 面的例子很少, 比较典型的有: 刘淑芳[7]于 1995 年研究了河北平原的地下水防污性能, 但就其 研究内容来说仍然是地下水本质脆弱性评价; 郑西来等[8]于 1997 年在研究西安市潜水的脆弱 性的过程中, 既考虑了包气带, 含水层等水文地质内部特征, 又考虑了污染源特征, 属于地下 水的特殊脆弱性评价, 是国内研究地下水脆弱性比较成功的实例。长春科技大学应用水文地质 研究所于 1996 年承担的国家自然科学基金项目“环境生态脆弱区地下水开发模式及系列编图”, 在研究松嫩盆地地下水脆弱性过程中, 以模糊数学与 G IS 技术为手段, 综合考虑多方面因素, 将国内这方面研究推向一个新的高度。
参 数 主要参数
次要参数
表 1 地下水脆弱性评价考虑因素
Table 11 Factors con sidered for groundwa ter vulnerab il ity a ssessm en t
土壤
主要因素
本质脆弱性
包气带 含水层 补给量 地形
次要因素
下伏地层
与地表水, 海水联系
特殊脆弱性
1968 年M a rga t[1]首次提出“地下水脆弱性" 这一术语, 但在其后的二十几年间, 有关“地 下水脆弱性" 概念的定义问题基本上处于众说纷纭的状态, 许多学者从不同的角度给“地下水脆 弱性" 以不同的定义。 大体说来, “地下水脆弱性”概念的发展过程可以 1987 年为界分为两个 发展阶段。在 1987 年以前, 有关地下水脆弱性的概念多是从水文地质本身的内部要素 (如地下 水位埋深、下水的平均流速、表层沉积物的渗透性等) 这一角度来定义的。例如: V rana[1]于 1984 年这样定义地下水脆弱性: 地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的 复 杂性。V illum sen [1 ]、O lm er 与 R ezac[1 ]、V ierhuff[1 ]、Goo sen s 与 V an damm e[2 ]、 K lauco [2 ]、 F riesel[2]、John ston [1]等其他学者也给出了类似的定义。 在 1987 年的 “土壤与地下水脆弱性国 际会议" 上, “地下水脆弱性”的定义方式有了新的突破, 不少学者在考虑上述因素的同时, 同 时考虑到了人类活动和污染源等外部因素对地下水脆弱性的影响。例如: Fo ster[2]认为地下水污 染 是 由 含 水 层 本 身 的 脆 弱 性 与 人 类 活 动 产 生 的 污 染 负 荷 造 成 的。B achm a t 与 Co llin [2]、 So ton ikova 与 V rba[2]、V rba[1]、Pa lm qu ist[1]等其他学者也给出了类似的定义。该发展阶段的一 个重要事件是美国国家科学研究委员会[3]于 1993 年给予地下水脆弱性如下定义: 地下水脆弱
国内关于地下水脆弱性的研究开始于 90 年代中期, 因而“地下水脆弱性" 这一术语在国内 出现得较晚。目前, 国内多是研究地下水的本质脆弱性, 至今尚没有明确的“地下水脆弱性”定 义, 其定义多引用外文资料。在叫法上常以“地下水的易污染性”、“污染潜力”、“防污性能”等 来代替 “地下水水脆弱性”。
(4) 由于地下水脆弱性评价模型牵涉到许多参数, 因而导致评价模型过于复杂繁琐。对于 一个多参数数学模型的解法至今没有得到很好的解决。 与此同时, 在地下水脆弱性评价过程中 存在一种盲目套搬各种数学模型而忽略研究具体水文地质条件的倾向。 应该指出的是, 数学模 型应该能够较好地反映研究区具体的水文地质条件, 割裂两者之间的联系不可能得出正确的评 价结果。
第 10 卷 第 4 期 1999 年 12 月
水科学进展 ADVAN CES IN W A T ER SC IEN CE
文章编号: 100126791 (1999) 0420444206
V o l110, N o14 D ec1, 1999
地下水脆弱性的概念、 评价方法与研究前景α
风 化 容 水量、 不 程 度、 透水性 透水 性
净补 地面 给 量、 坡 度 年 降 变化 水量 蒸 发、 植 物 蒸 腾、 覆 盖 空 气 程度 湿度
透 水性、 结 构 与 构 造、 补给 排泄 潜力
入 出 河 流、 岸边补给潜 力、 滨海 地 区咸淡水界 面
土地使用状态、 人口 密度、 污染物在包气 带中运移时间、土壤、 包气带稀释与净化能 力
应该指出的是, 所有脆弱性评价方法均应基于水文地质评价, 而绝非一般的自动化比例 产物。 213 地下水脆弱性评价现状
目前, 国外的地下水脆弱性评价主要应用上述三种方法, 尤以第二种方法为主。例如: A dam s B 1 and Fo ster S1S1D 于 1992 年应用参数系统法研究了地面对地下水的保护作用。 参数系统法 的引进与运用, 是地下水脆弱性评价的一个发展与飞跃, 目前国外地下水脆弱性评价多以该种 方法为主。最典型的是美国环境保护署于 1987 年由A ller 等[4]提出的评价地下水脆弱性的分级 标准 (DRA ST IC) , 该标准主要考虑了以下参数: 地下水面深度、净补给量、含水层介质、地形、 包气带性质、 含水层导水系数。 该标准主要用于评价地下水的本质脆弱性。 后来, 专家们又不 断修正, 丰富了DRA ST IC 标准。随着农业的发展, 农业污染日趋严重, 针对这一问题, 又提出 了考虑农业活动的农药DRA ST IC 标准, 该标准用于地下水的特殊脆弱性评价。目前, 国外的大 部分有关地下水脆弱性的研究多以农药DRA ST IC 标准为基础, 结合地下水流模型、污染质运移 模型、 统计模型、 随机模型等数学手段来评价地下水对污染尤其是农药污染的脆弱性。 随着计 算机技术的发展与评价模型的日趋复杂化, 在农药DRA ST IC 标准基础上, Cvita[1]于 1990 年提 出了 S IN TA CS 评价模型, 该模型从数据输入到数据输出完全实现计算机化, 是地下水脆弱性评 价的一大进步。近几年来, 随着 G IS 技术的普及及评价区域的扩大, 国外出现了应用 G IS 技术 结合地下水运移模型来评价地下水的脆弱性[ 5、6 ]。
第 4 期
孙才志、 潘 俊: 地下水脆弱性的概念、 评价方法与研究前景
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3 存在问题
(1) 尽管目前国内外都倾向于美国国家科学研究委员会关于将地下水脆弱性分为两类的主 张, 但那是由目前的研究水平决定的, 一个能被普遍认可并接受的地下水脆弱性概念尚未形成。
(2) 目前地下水脆弱性评价基本上可以认为是单纯的地下水的易污染性评价, 侧重于质的 方面, 而忽略了量的方面。试问, 由于过量开采地下水所产生的地面沉降、水质恶化、沙漠化等 环境地质问题, 是否属于地下水脆弱性的范畴? 若是, 地下水脆弱性的概念该如何拓广?
成分、结构、 厚 度、 有 机 质 含量、 粘 土矿物含 量、 透水性
厚 度、 岩 性、 水运 移时 间
岩 性、 有 效 孔 隙度、 导 水 系数、 流 向、 地下 水 年龄与驻留 时间
阴离子交换 容 量、 解 吸 与吸附能 力、 硫酸 盐 含 量、 体 积 密 度、 容 水 量、 植物 根 系持水量
(3) 由地下水脆弱性可知, 补给条件比较差的地区脆弱性较弱, 但这些地区地下水量往往较 贫乏, 因而开采地下水容易造成一系列的环境地质问题。假如 (2) 中的问题成立, 则应认为该 地区脆弱性强。这样就造成了对于同一地区由于分析问题角度的不同而得出矛盾结论的情况, 这个矛盾该如何协调? 这也从侧面说明了地下水脆弱性概念的不完善。
参数系统法通过选择评价脆弱性的代表性参数来建立一个参数系统, 每个参数均有一个给 定的大致区间, 这个区间又被进一步细分成几个亚区间, 这些参数均被赋以一个相应的权重, 权重反映了参数与地下水脆弱性的关系。这种方法是地下水脆弱性评价常用的一种方法。
相关分析与数值模型法则依赖于数学公式, 通过将影响地下水脆弱性的各种要素定量化, 并 将它们放在同一个模型里求解, 最终得到一个反映地下水脆弱性的脆弱指数。 该方法适用于具 有足够的且可靠的地质数据及长序列污染质运移数据的地区。
2 地下水脆弱性评价
211 地下水脆弱性评价因素 同地下水脆弱性概念相对应, 地下水脆弱性评价分为本质脆弱性评价与特殊脆弱性评价两
污染物在含水层中驻 留时间、人工补给量、 灌溉量、排水量、污染 物运移性质
表 1 给出了进行地下水脆弱性评价所应该考虑的因素, 但要建立一个包含所有因素的模型 来评价地下水脆弱性是相当困难的, 一方面因为这些因素所包含的参数有的很难取得; 另一方 面因为参数过多, 它们之间的关系也错综复杂, 并且它们之间还存在着错综的协同或颉颃作 用, 这就要求我们在进行脆弱性评价时根据具体问题进行具体分析, 尽量找出影响地下水脆弱 性的主要因素 (敏感因子) , 舍去次要因素, 抓住了主要矛盾, 也就抓住了解决问题的关键。 212 地下水脆弱性评价的方法
地下水脆弱性评价方法的选取应根据研究区具体的自然地理状况, 有关数据的数量与质量
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水科学进展
第 10 卷
以及研究目的来确定。目前地下水脆弱性评价的主要方法有水文地质背景值法, 参数系统法, 关系分析与数值模型法。
水文地质背景值法是一种通过将研究对象与一个同其条件相类似的且已知脆弱性的地区相 比较, 进而得出研究对象脆弱性的评价方法。这种方法通常需要建立多组地下水脆弱性标准模 式。该方法适用于地质、 水文地质条件比较复杂的大区域, 但这种脆弱性评价多为定性或半定 量的。
国内地下水脆弱性研究起步较晚, 但发展很快。 目前国内研究大多局限于研究地下水的本 质脆弱性, 且脆弱性研究主要是针对局部城市或水源地进行的, 区域地下水脆弱性评价研究方 面的例子很少, 比较典型的有: 刘淑芳[7]于 1995 年研究了河北平原的地下水防污性能, 但就其 研究内容来说仍然是地下水本质脆弱性评价; 郑西来等[8]于 1997 年在研究西安市潜水的脆弱 性的过程中, 既考虑了包气带, 含水层等水文地质内部特征, 又考虑了污染源特征, 属于地下 水的特殊脆弱性评价, 是国内研究地下水脆弱性比较成功的实例。长春科技大学应用水文地质 研究所于 1996 年承担的国家自然科学基金项目“环境生态脆弱区地下水开发模式及系列编图”, 在研究松嫩盆地地下水脆弱性过程中, 以模糊数学与 G IS 技术为手段, 综合考虑多方面因素, 将国内这方面研究推向一个新的高度。
参 数 主要参数
次要参数
表 1 地下水脆弱性评价考虑因素
Table 11 Factors con sidered for groundwa ter vulnerab il ity a ssessm en t
土壤
主要因素
本质脆弱性
包气带 含水层 补给量 地形
次要因素
下伏地层
与地表水, 海水联系
特殊脆弱性
1968 年M a rga t[1]首次提出“地下水脆弱性" 这一术语, 但在其后的二十几年间, 有关“地 下水脆弱性" 概念的定义问题基本上处于众说纷纭的状态, 许多学者从不同的角度给“地下水脆 弱性" 以不同的定义。 大体说来, “地下水脆弱性”概念的发展过程可以 1987 年为界分为两个 发展阶段。在 1987 年以前, 有关地下水脆弱性的概念多是从水文地质本身的内部要素 (如地下 水位埋深、下水的平均流速、表层沉积物的渗透性等) 这一角度来定义的。例如: V rana[1]于 1984 年这样定义地下水脆弱性: 地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的 复 杂性。V illum sen [1 ]、O lm er 与 R ezac[1 ]、V ierhuff[1 ]、Goo sen s 与 V an damm e[2 ]、 K lauco [2 ]、 F riesel[2]、John ston [1]等其他学者也给出了类似的定义。 在 1987 年的 “土壤与地下水脆弱性国 际会议" 上, “地下水脆弱性”的定义方式有了新的突破, 不少学者在考虑上述因素的同时, 同 时考虑到了人类活动和污染源等外部因素对地下水脆弱性的影响。例如: Fo ster[2]认为地下水污 染 是 由 含 水 层 本 身 的 脆 弱 性 与 人 类 活 动 产 生 的 污 染 负 荷 造 成 的。B achm a t 与 Co llin [2]、 So ton ikova 与 V rba[2]、V rba[1]、Pa lm qu ist[1]等其他学者也给出了类似的定义。该发展阶段的一 个重要事件是美国国家科学研究委员会[3]于 1993 年给予地下水脆弱性如下定义: 地下水脆弱
国内关于地下水脆弱性的研究开始于 90 年代中期, 因而“地下水脆弱性" 这一术语在国内 出现得较晚。目前, 国内多是研究地下水的本质脆弱性, 至今尚没有明确的“地下水脆弱性”定 义, 其定义多引用外文资料。在叫法上常以“地下水的易污染性”、“污染潜力”、“防污性能”等 来代替 “地下水水脆弱性”。
(4) 由于地下水脆弱性评价模型牵涉到许多参数, 因而导致评价模型过于复杂繁琐。对于 一个多参数数学模型的解法至今没有得到很好的解决。 与此同时, 在地下水脆弱性评价过程中 存在一种盲目套搬各种数学模型而忽略研究具体水文地质条件的倾向。 应该指出的是, 数学模 型应该能够较好地反映研究区具体的水文地质条件, 割裂两者之间的联系不可能得出正确的评 价结果。
第 10 卷 第 4 期 1999 年 12 月
水科学进展 ADVAN CES IN W A T ER SC IEN CE
文章编号: 100126791 (1999) 0420444206
V o l110, N o14 D ec1, 1999
地下水脆弱性的概念、 评价方法与研究前景α
风 化 容 水量、 不 程 度、 透水性 透水 性
净补 地面 给 量、 坡 度 年 降 变化 水量 蒸 发、 植 物 蒸 腾、 覆 盖 空 气 程度 湿度
透 水性、 结 构 与 构 造、 补给 排泄 潜力
入 出 河 流、 岸边补给潜 力、 滨海 地 区咸淡水界 面
土地使用状态、 人口 密度、 污染物在包气 带中运移时间、土壤、 包气带稀释与净化能 力
应该指出的是, 所有脆弱性评价方法均应基于水文地质评价, 而绝非一般的自动化比例 产物。 213 地下水脆弱性评价现状
目前, 国外的地下水脆弱性评价主要应用上述三种方法, 尤以第二种方法为主。例如: A dam s B 1 and Fo ster S1S1D 于 1992 年应用参数系统法研究了地面对地下水的保护作用。 参数系统法 的引进与运用, 是地下水脆弱性评价的一个发展与飞跃, 目前国外地下水脆弱性评价多以该种 方法为主。最典型的是美国环境保护署于 1987 年由A ller 等[4]提出的评价地下水脆弱性的分级 标准 (DRA ST IC) , 该标准主要考虑了以下参数: 地下水面深度、净补给量、含水层介质、地形、 包气带性质、 含水层导水系数。 该标准主要用于评价地下水的本质脆弱性。 后来, 专家们又不 断修正, 丰富了DRA ST IC 标准。随着农业的发展, 农业污染日趋严重, 针对这一问题, 又提出 了考虑农业活动的农药DRA ST IC 标准, 该标准用于地下水的特殊脆弱性评价。目前, 国外的大 部分有关地下水脆弱性的研究多以农药DRA ST IC 标准为基础, 结合地下水流模型、污染质运移 模型、 统计模型、 随机模型等数学手段来评价地下水对污染尤其是农药污染的脆弱性。 随着计 算机技术的发展与评价模型的日趋复杂化, 在农药DRA ST IC 标准基础上, Cvita[1]于 1990 年提 出了 S IN TA CS 评价模型, 该模型从数据输入到数据输出完全实现计算机化, 是地下水脆弱性评 价的一大进步。近几年来, 随着 G IS 技术的普及及评价区域的扩大, 国外出现了应用 G IS 技术 结合地下水运移模型来评价地下水的脆弱性[ 5、6 ]。
第 4 期
孙才志、 潘 俊: 地下水脆弱性的概念、 评价方法与研究前景
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3 存在问题
(1) 尽管目前国内外都倾向于美国国家科学研究委员会关于将地下水脆弱性分为两类的主 张, 但那是由目前的研究水平决定的, 一个能被普遍认可并接受的地下水脆弱性概念尚未形成。
(2) 目前地下水脆弱性评价基本上可以认为是单纯的地下水的易污染性评价, 侧重于质的 方面, 而忽略了量的方面。试问, 由于过量开采地下水所产生的地面沉降、水质恶化、沙漠化等 环境地质问题, 是否属于地下水脆弱性的范畴? 若是, 地下水脆弱性的概念该如何拓广?
成分、结构、 厚 度、 有 机 质 含量、 粘 土矿物含 量、 透水性
厚 度、 岩 性、 水运 移时 间
岩 性、 有 效 孔 隙度、 导 水 系数、 流 向、 地下 水 年龄与驻留 时间
阴离子交换 容 量、 解 吸 与吸附能 力、 硫酸 盐 含 量、 体 积 密 度、 容 水 量、 植物 根 系持水量
(3) 由地下水脆弱性可知, 补给条件比较差的地区脆弱性较弱, 但这些地区地下水量往往较 贫乏, 因而开采地下水容易造成一系列的环境地质问题。假如 (2) 中的问题成立, 则应认为该 地区脆弱性强。这样就造成了对于同一地区由于分析问题角度的不同而得出矛盾结论的情况, 这个矛盾该如何协调? 这也从侧面说明了地下水脆弱性概念的不完善。
参数系统法通过选择评价脆弱性的代表性参数来建立一个参数系统, 每个参数均有一个给 定的大致区间, 这个区间又被进一步细分成几个亚区间, 这些参数均被赋以一个相应的权重, 权重反映了参数与地下水脆弱性的关系。这种方法是地下水脆弱性评价常用的一种方法。
相关分析与数值模型法则依赖于数学公式, 通过将影响地下水脆弱性的各种要素定量化, 并 将它们放在同一个模型里求解, 最终得到一个反映地下水脆弱性的脆弱指数。 该方法适用于具 有足够的且可靠的地质数据及长序列污染质运移数据的地区。