CN105427013A

CN105427013A - 一种地下水污染源强评价方法

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Publication number: CN105427013A
Application number: CN201510707279.1A
Authority: CN
Inventors: 席北斗; 吕宁磬; 李娟�; 杨洋; 李鸣晓; 李翔; 贾文飞
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-03-23

Abstract

一种地下水污染源强评价方法，包括：根据工业场地建设情况以及防渗措施的实施情况，结合场地周边水文地质状况，确定评价场地分类情况；依照工业场地分类情况，根据其包气带厚度和渗透系数，对包气带防护等级进行划分，将其分为“强”、“中”和“弱”三等；结合包气带特性，利用DRTAS模型确定包气带脆弱性指标和评分，根据包气带防护等级及脆弱性评分确定包气带阻控分级；结合污染源特性，利用迭置指数法确定污染源特征指标及其权重，进而对其污染源危害性进行分级；利用分级矩阵耦合，建立地下水源强分级评价方法，对工业场地地下水污染源强进行评价。本发明的方法能准确评价工业场地地下水污染源强，并为地下水的保护和管理提供科学依据。

Description

一种地下水污染源强评价方法

技术领域

本发明涉及环境评估技术领域，更具体地涉及一种地下水污染源强评价方法。

背景技术

工业场地地下水污染源强的评价需要根据地下水污染源类型、分布、污染物构成、水文地质条件及环境影响特点等因素，建立适合我国实际情况的评价指标体系，以便为工业场地土地资源的利用和管理、地下水污染的控制、总体规划和管理等提供科学的依据。

很多学者对地下水污染进行了研究。周长松等利用DRASTIC模型，建立PCSM-AHP评价体系对静升盆地的地下水进行了评价。雷静和张思聪通过主因子分析法、数值模拟和GIS技术，结合改进的DRASTIC方法对唐山市平原区地下水的脆弱性进行了评价和研究。

尽管我国在地下水污染风险评价方面有较大的进步，但总体而言我国在地下水污染风险评价方面研究程度较低，评价方法和评价指标体系及参数的选取都是参照国外的研究成果，对特定场地的研究情况较少，所以要加大对风险评价研究工作的支持力度，逐步建立和完善适合我国国情的有关地下水污染风险评价指南和技术导则等技术性文件。目前我国针对工业场地地下水源强进行评价的方法和体系还未建立，缺乏科学依据，对系统中主控因素研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地下水污染源强评价方法，为工业场地的地下水污染源强的分类防控和全面管理提供科学依据。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下水污染源强评价方法，包括下列步骤：

步骤1，根据工业场地建设情况以及防渗措施的实施情况，结合场地周边水文地质状况，确定评价场地分类情况；

步骤2，依照工业场地分类情况，根据其包气带厚度和渗透系数，对包气带防护等级进行划分，将其分为“强”、“中”和“弱”三等；

步骤3，结合包气带特性，利用DRTAS模型确定包气带脆弱性指标和评分，根据包气带防护等级及脆弱性评分，确定包气带阻控分级；

步骤4，结合污染源特性，利用迭置指数法确定污染源特征指标及其权重，进而对其污染源危害性进行分级；

步骤5，利用分级矩阵耦合，建立地下水源强分级评价方法，对工业场地的地下水污染源强进行评价。

基于上述技术方案可知，本发明的地下水污染源强评价方法，能够较为准确的评价工业场地地下水污染物源强，了解地下水污染源强度。其次，还可以提供科学依据，使得地下水的保护和管理更加科学合理。

附图说明

图1为本发明对于拟建/已建项目的地下水污染源强评价方法的流程示意图；

图2为本发明对于已建项目的地下水污染源强评价方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

工业场地地下水污染源强评价是构建地下水污染防控全过程体系中的关键技术，主要适用于分析确定工业场地地下水污染源强的程度。本发明根据污染源危害性和包气带阻控性特征，建立污染源指标体系和包气带指标体系，结合工业场地的实际情况，对污染源危害性和包气带阻控性进行分级，建立工业场地地下水污染源强分级评价方法，对地下水污染源强进行评价。

图1为工业场地地下水污染源强评价方法的流程示意图。如图1所示，根据工业场地建设情况以及防渗措施的实施情况，结合场地周边水文地质状况，确定评价场地分类情况。对于拟建/已建的有防渗措施的项目和已建的无防渗措施的项目且包气带防污性能为弱的工业场地，不考虑其包气带防护性能，利用迭置指数法确定污染源特征指标及其权重，进而对其污染源危害性进行分级。利用分级矩阵耦合，建立地下水源强分级评价方法，对工业场地地下水污染源强进行评价。

图2为工业场地地下水污染物源强评价的技术方法示意图。如图2所示，根据工业场地建设情况以及防渗措施的实施情况，结合场地周边水文地质状况，确定评价场地分类情况。对于已建的无防渗措施的项目且包气带防污性能为强或中的工业场地，需结合包气带特性，利用DRTAS模型确定包气带脆弱性指标和评分，根据包气带防护等级及脆弱性评分，确定包气带阻控分级。结合污染源特性，利用迭置指数法确定污染源特征指标及其权重，进而对其污染源危害性进行分级。利用分级矩阵耦合，建立地下水源强分级评价方法，对工业场地地下水污染源强进行评价。

更具体地，本发明的评价方法包括以下步骤：

1、根据工业场地建设情况以及防渗措施的实施情况，结合场地周边水文地质状况，确定评价场地分类情况，主要分为拟建有防渗工业场地、已建有防渗工业场地和已建无防渗工业场地；

2、依照工业场地分类情况，根据其包气带厚度和渗透系数，对包气带防护等级进行划分，将其分为“强”、“中”和“弱”三等。主要是通过资料查询、文献查阅及现场试验相结合的方式，获取包气带的厚度和渗透系数，确定包气带防护等级的强弱。

包气带防护等级主要针对已建无防渗措施的工业场地，根据其包气带岩(土)层单层厚度和渗透系数，将包气带防污性能分为“强”、“中”、“弱”三等，具体参考指标见表1。

表1包气带防污性能分级

3、结合包气带特性，利用DRTAS模型确定包气带脆弱性指标和评分，根据包气带防护等级及脆弱性评分，确定包气带阻控分级。包气带脆弱性指标包括地下水埋深、包气带介质、包气带介质厚度、含水层厚度和地形坡度，并利用DRTAS模型对其进行评分，结合包气带防护等级及脆弱性评分，确定包气带阻控性分级。在实际分级过程中，对于拟建的有防渗项目、已建的有防渗项目和已建的无防渗项目且包气带防污性能为弱时，均不考虑包气带的阻控性分级，仅对已建的无防渗项目且包气带防污性能为中或强时，才考虑包气带阻控性分级。

DRASTIC方法由美国EPA提出，可用于评价潜水和承压含水层，该方法在美国、加拿大、南非、欧共体各国等西方国家普遍运用。本发明将采用DRTAS模型作为包气带脆弱性评价模型，选择地下水埋深、包气带介质、包气带介质厚度、含水层厚度和地形坡度座位评价因子，各因子的权重值按照因子对脆弱性能影响大小给予权重值，影响最大的权重值为5，最小的为1。各指标权重赋值结果为：地下水埋深(D)为5，包气带评分介质(R)为5，包气带评分介质厚度(T)为1，含水层厚度(A)为2，地形坡度(S)为2。各因子的评分范围均为1～10，防污性能越差分值越高，反之越低。包气带脆弱性指标评分见表2。

表2DRTAS各因子的类别及评分

包气带阻控性分级方法将综合考虑包气带防污性能和脆弱性。将包气带防污性能评分(V)作为一个因素加入到包气带脆弱性指数(DI)的计算当中。

包气带脆弱性指数计算时，包气带介质厚度(T)的评分和厚度及包气带介质(R)的类型有关，不同介质相同厚度给同一个分值是不合理的，因此T的评分值除乘以权重外再乘以R的评分值。包气带阻控评价指数(DI′)，DI′值的范围为0～240。包气带阻控性评价分为5级，当DI′＜70时，为I级；当70≤DI′＜90时，为II级；当90≤DI′＜120时，为III级；当120≤DI′≤160时，为IV级；当DI′＞160时，为V级。DI′＝V×(5×D+5×R+1×T×R+2×A+2×S)

式中V、D、R、T、A、S分别为各因子的评分值。

DI′值越高，包气带防污性能越差，脆弱性越高，级别越高。

4、结合污染源特性，利用迭置指数法确定污染源特征指标及其权重，进而对其污染源危害性进行分级。污染源特征指标包括污染因子综合评价、排放量、排放位置、排放方式、影响面积比、防护措施和污染源严重性，并利用迭置指数法对污染源特征指标进行权重的确定，进而对污染源危害性进行分级。

污染源特性指标衡量的是污染源输出污染物潜力的大小。指标权重反映评价因子对地下水污染“贡献”的相对大小，权重越大，说明评价因子对地下水污染的风险相对较大。根据层次分析法，提出9级标度法构造判断矩阵，合理确定各指标的权重值，从而达到对污染源准确评价的目的。地下水污染源指标权重的赋值结果是：污染因子综合评价指标(B_1r)为0.22，排放量(B_2r)为0.17，排放位置(B_3r)为0.16，排放方式(B_4r)为0.10，影响面积比(B_5r)为0.09，防护措施(B_6r)为0.12，污染源存在时间(B_7r)为0.14。确定地下水污染源指标权重后，根据场地实际情况对各指标进行评分。

污染因子综合评价采用的是修正-内梅罗污染指数计算。污染源排放位置越接近浅水层越容易对地下水造成影响。排放方式评分依据为污染源是否经过处理。污染源防护措施完整，则污染发生的概率较低，对地下水的危害性较低。由于渗坑类、排污河等点状、线状潜在污染源的影响范围在资料收集及实际调查中难以获取，可依据相关文献进行影响面积比的计算，以此来反映影响范围的大小。污染源的种类和存在时间等，综合决定了污染源严重性。地下水污染源指标评分具体见表3和表4。

表3地下水污染源指标评分

表4地下水污染源指标评分

内梅罗指数应用于地下水污染源强评价时，需要考虑污染源不同评价因子对环境的毒性、迁移性、降解性等因素，对同处于一个质量级别的不同污染因子需区别对待，即增加权重因素。修正的内梅罗污染指数对地下水污染源强评价，考虑了各污染因子在评价中的权重a_i，相应引入P′_加权平均。

P_{i} = \frac{C_{i}}{C_{0 i}}

式中C_i为第i种污染因子的实际排放浓度值mg/L；C_0i为第i种污染因子对应的评价标准的标准值mg/L；P′_加权平均为n种污染因子的最大值；P_imax为n种污染因子的最大值。P′_综为第j类标准的内梅罗综合指数。

一般情况下，各污染因子对地下水危害程度的贡献量是不同的，各污染因子的权重主要考虑污染因子的毒性(T)、迁移性(M)、降解性(D)等。三者的权重经层次分析法计算分别为0.6、0.2和0.2。

三者序列值的确定：毒性的排序方法为将各污染因子的C_0i按照从小到大排，并依次进行编号，即C_0i越大，对地下水的影响越小，序列值越大；迁移性的排序方法为污染因子的迁移性依据lgK_oc值，值越大代表该污染物越难迁移，对地下水影响越小，序列值越大；降解性的排序方法为污染因子的降解半衰期，半衰期越长对地下水的影响越大，序列值越小。

通过计算污染因子属性l_i，完成污染因子权重值a_i计算。

l_i＝0.6T_i+0.2M_i+0.2D_i

式中T_i、M_i、D_i分别代表该污染源的第i种特征污染物的毒性、迁移性、降解性的序列数值。

a_{i} = \frac{l_{m a x} / l_{i}}{Σ_{i = 1}^{n} l_{m a x} / l_{i}}

式中a_i为第i种污染因子的权重值。

基于上述对地下水污染源污染因子的计算及各参数的权重和评分，借鉴迭置指数法评价污染源危害性。将计算结果采用非等间距法取值范围(0-10)分为5个区间依次对应5个等级，当B＜4.0时，为I级；当4.0≤B＜6.0时，为II级；当6.0≤B＜7.0时，为III级；当7.0≤B＜9.0时，为IV级；当B≥9.0时，为V级。

B＝0.22B_1r+0.17B_2r+0.16B_3r+0.1B_4r+0.09B_5r+0.12B_6r+0.14B_7r；

式中B_ir为各参数评分。

B值越大，地下水污染源危害性越高，级别越高。

5、利用分级矩阵耦合，建立工业场地地下水污染源强分级评价方法，对工业场地地下水污染源强进行评价。

地下水污染源强的评价结果需要综合考虑污染源和包气带特征，本发明利用矩阵法将两者结合，简明、扼要、直观的表述污染源和包气带特征因子对于地下水源强的耦合影响，具体分级结果见表5。级别越高，地下水污染源强越大。

表5地下水污染源强分级

实施例一

以某铬渣化工厂为研究对象，该厂建于上世纪80年代，由于历史遗留问题，厂区内有一铬渣堆露天堆放且无防渗措施。根据包气带防污性能进行分级。包气带主要由粉质粘土组成，厚度2m，渗透系数＜10-4cm/s，根据表2该场地包气带防污性能为“中”，因此进行地下水污染源强评价时考虑包气带作用。

根据渗滤液监测结果，选择其中的Cr、Pb、Zn和Cu为污染因子综合评价中的主要因子。查阅相关文献，以地下水质量标准中的I类水质为标准，确定相关污染物的毒性、迁移性和降解性排列顺序。计算得Cr、Pb、Zn和Cu的a_i值分别为0.36、0.35、0.13和0.16，求得P′_加权平均＝4861.359，P_imax＝54000和P′_综＝38338。

对污染源和包气带相关指标评分具体见表6。计算得污染源危害性B值为7.605，污染源危害性的评价分级结果为IV级。V取1，计算得包气带阻控评价指数DI′值等于127，将包气带阻控性评价结果定为IV级。

由于该场地考虑了污染源危害性和包气带阻控性，因此将地下水污染源强评价定为IV级。

表6场地地下水污染源强评价分级

实施例二

以某稀土矿开发工程为研究对象，此开发工程的排土场为地下水主要污染源，排土场将建防渗措施。

根据废石的危险性鉴别试验结果，选择Cu、Cr、Cd、As、Pb和Hg为污染因子综合评价中的主要因子。以《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)为标准，确定相关污染物的毒性、迁移性和降解性排列顺序。计算得Cu、Cr、Cd、As、Pb和Hg的a_i值分别为0.15、0.08、0.2、0.15、0.10和0.32，求得P′_加权平均＝0.026326，P_imax＝0.708和P′_综＝0.5。

对污染源相关指标评分具体见表7。计算得污染源危害性B值为5.585，污染源危害性的评价分级结果为II级。

由于本项目为拟建项目，污染源危害性评价分级即为地下水污染源强评价分级，因此将地下水污染源强评价定为II级。

表7场地地下水污染源强评价、分级

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种地下水污染源强评价方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的地下水污染源强评价方法，其中，步骤1中所述的场地分类情况主要通过查阅水文地质资料和相关报告，根据该场地的实际建设情况、建设时是否对场地进行防渗处理来进行分类。

3.如权利要求2所述的地下水污染源强评价方法，其中根据场地的实际建设情况、建设时是否对场地进行防渗处理分类成如下几类：拟建有防渗工业场地、已建有防渗工业场地和已建无防渗工业场地。

4.如权利要求1所述的地下水污染源强评价方法，其中步骤2中所述的包气带防护等级划分主要是通过资料查询、文献查阅及现场试验相结合的方式，获取包气带的厚度和渗透系数，确定包气带防护等级的强弱。

5.如权利要求1所述的地下水污染源强评价方法，其中步骤3中所述的包气带脆弱性指标包括地下水埋深、包气带介质、包气带介质厚度、含水层厚度和地形坡度，并利用DRTAS模型对其进行评分，结合包气带防护等级及脆弱性评分，确定所述包气带阻控分级。

6.如权利要求5所述的地下水污染源强评价方法，其中对于拟建的有防渗项目、已建的有防渗项目和已建的无防渗项目且包气带防污性能为弱时，均不考虑包气带的阻控性分级，仅对已建的无防渗项目且包气带防污性能为中或强时，才考虑包气带阻控性分级。

7.如权利要求1所述的地下水污染源强评价方法，其中步骤4中所述的污染源特征指标包括污染因子综合评价、排放量、排放位置、排放方式、影响面积比、防护措施和污染源严重性，并利用迭置指数法对污染源特征指标进行权重的确定，进而对污染源危害性进行分级。

8.如权利要求7所述的地下水污染源强评价方法，其中污染因子综合评价采用的是修正-内梅罗污染指数计算。

9.如权利要求8所述的地下水污染源强评价方法，其中将通过迭置指数法计算得到的污染源危害性结果B采用非等间距法取值范围0-10分为5个区间依次对应5个等级，当B＜4.0时，为I级；当4.0≤B＜6.0时，为II级；当6.0≤B＜7.0时，为III级；当7.0≤B＜9.0时，为IV级；当B≥9.0时，为V级。

10.如权利要求1所述的地下水污染源强评价方法，其中步骤5中所述的分级矩阵的耦合是通过将污染源危害性分级和包气带阻控性分级进行耦合，来确定地下水污染源强分级。