CN106021898A - 一种地下水污染源强分级评价方法 - Google Patents

Abstract

一种地下水污染源强分级评价方法，包括：根据地下水污染源的种类、排放方式、存在时间等，确定污染源特征指标权重和评分；根据包气带特性，确定包气带防污性能指标和包气带脆弱性指标及其评分；结合所述污染源特征指标和包气带防污性能指标和包气带脆弱性指标，确定地下水污染源分级评价指标体系；建立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。本发明的评价方法综合考虑了污染源特征和包气带特征，较为准确的反映地下水污染物源强，对地下水进行保护，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。

Description

一种地下水污染源强分级评价方法

技术领域

本发明涉及水环境保护领域，更具体地涉及一种地下水污染源强分级评价方法。

背景技术

随着社会的不断发展，地下水污染成为不容忽视的污染问题，对社会和公众带来了巨大的健康风险，如何科学有效的管理地下水资源成为了尤为重要的问题。

为了能够有效的管理地下水资源，首先需要确定地下水污染源强度及其对地下水污染造成的危害程度，由于地下水污染受到污染源排放、处理措施和各地不同地质结构的影响较大，所以需要对其进行综合考虑，才能科学合理地对地下水污染源强度进行评价。

地下水污染源强的分级评价方法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，建立地下水污染源强实际情况的评价指标体系及技术方法，为土地资源的利用和管理、地下水污染的控制、经济区域的总体规划和管理等提供科学的依据，而目前这方面的研究还有所不足。

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分级评价方法，为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分级评价方法，包括下列步骤：

步骤1，确定污染源特征指标、其权重及其评分；其中，所述污染源特征指标衡量的是污染源输出污染潜力的大小，所述污染源特征指标的权重用于评价所述污染源特征指标对地下水污染“贡献”的相对大小，利用迭置指数法进行污染源危害性评价；

步骤2，确定包气带特征指标及其评分，所述包气带特征指标包括包气带防污性能指标和包气带脆弱性指标，并进行包气带阻控性评价；

步骤3，对于不考虑包气带防污性能的场地，不需进行步骤2，直接将步骤1得到的污染源危害性分级评价结果作为所述地下水污染源强的分级评价结果；对于考虑包气带防污性能的场地，分别进行步骤1的污染源危害性评价和步骤2的包气带脆弱性评价，利用矩阵法结合两个评价结果，作为所述地下水污染源强的分级评价结果。

基于上述技术方案可知，本发明的地下水污染源强分级评价方法综合考虑了污染源特征和包气带特征，在污染源危害性评价中的污染因子综合评价指标采用修改的内梅罗指数法，综合考虑了污染物浓度、毒性、迁移性和降解性。在包气带阻控性评价中优先对污染场地包气带防污性能进行评价，预判场地地下水污染源强评价中是否考虑包气带作用。本发明方法可以提供科学依据，对地下水污染场地进行分类，使得地下水的保护和管理更加科学合理。

附图说明

图1为本发明的地下水污染源强分级评价指标体系；

图2为本发明的地下水污染源强分级评价方法的流程示意图。

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。

地下水污染源强分级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地下水污染源强的评价。

本发明公开了一种地下水污染源强分级评价方法，形成综合考虑场地污染物特征和包气带特征的地下水污染源强评价指标体系，将修正的内梅罗污染指数法和改进后的DRMK模型分别应用于污染物特征和包气带特征评价中，并借鉴迭置指数法对污染源危害性和包气带阻控性进行分级，最后形成地下水污染源强分级评价方法。

1、地下水污染源强分级评价指标体系

地下水污染源强评价指标体系主要从污染源特征和包气带特征两个方面来考虑。污染源特征主要考虑污染源的排放量和排放方式等指标，包气带特征主要考虑包气带防污性能和脆弱性等。具体的地下水污染源强评价指标体系见图1。

2、地下水污染源强分级评价方法

基于污染源分类结果，按照潜在污染源和已存在污染源所在的场地有无防渗措施，将实际中的污染场地分为四大类：潜在的有防渗污染源、潜在的无防渗污染源、已存在的无防渗污染源、已存在的有防渗污染源，并以这四大类污染源作为评价的基本对象，构建分级评价体系，具体评价流程见图2。

3、地下水污染源特征研究

3.1、指标权重和评分

污染源特性指标衡量的是污染源输出污染潜力的大小。指标权重是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越大。根据层次分析法，以Saaty提出的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。具体地下水污染源指标权重见表2。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。

污染源的种类、排放方式、存在时间等综合因素决定了污染源的危害性。污染因子综合评价指标(B_1r)，是综合考虑了污染源不同评价因子对环境的毒性、迁移性、降解性等因素；排放方式主要依据污染源是否经过处理、处理程度如何；影响面积比指影响半径所覆盖的面积占评价区总面积的百分数，工业废渣堆放及农业源的影响面积比采用实际污染面积计算，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易获取，可依据文献调研，设定渗坑类点状潜在污染源的影响半径为200m，河流类线状潜在污染源的影响范围设定为100m。

地下水污染源指标权重和评分具体见表3。

表2 地下水污染源指标权重

表3 地下水污染源指标评分

3.2、污染因子综合评价(B_1r)

目前对于地下水污染源的评价大都采用等标污染负荷取均值的方法。该方法对于某一区域地下水中，一种污染物含量较高而其他污染物含量均较低的情况，评价结果不能反映地下水环境的实际污染状况。内梅罗污染指数法是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数法，该方法可以较好的突显极值的作用，将其应用到污染场地地下水污染源强评价中可以有效填补研究中的空白。

内梅罗指数法应用到地下水污染源强评价时，将考虑不同污染因子对环境的毒性、迁移性、降解性，通过增加权重因素，对同处于一个质量级别的不同污染因子加以区别对待。

传统的内梅罗综合污染指数计算公式：

$P_i=\frac{C_i}{C_{0i}}---\left(1\right)$

式中：c_i为第i种污染因子的实际浓度值mg/l；c_0i为第i种污染因子的第j类评价标准的标准值mg/l；P_iave为n种污染因子的平均值；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。

修正的内梅罗污染指数法则考虑了各污染因子在评价中的权重a_i，并引入P′_加权平均代替P_iave。

污染因子权重值a_i的确定：

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0.2，三者序列值确定见表4。通过计算污染因子属性l_i(式5)，完成污染因子权重值a_i计算(式6)。

表4 污染因子序列值的确定

l_i＝0.6T_i+0.2M_i+0.2D_i (5)

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。

$a_i=\frac{l_{\max }/l_i}{{\Σ}_{i=1}^n{l}_{\max }/l_i}---\left(6\right)$

式中：a_i为第i种污染因子的权重值，l_max为n种污染因子中最大特征污染物权重评价值。

4、包气带特征研究

4.1、包气带防污性能指标和评分

对于已建的无防渗措施的项目，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5。

表5 包气带防污性能分级

4.2、包气带脆弱性指标和评分

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。钟佐燊根据中国实际情况，在DRASTIC基础上提出用DRTA模型评价潜水层的脆弱性，DLCT模型评价承压含水层的脆弱性。本发明主要的评价对象为浅层含水层，结合DRTA模型和第二章包气带防污性能研究结果，使用DRMK模型作为包气带脆弱性评价工具，该模型的权重及评分具体见表6和7。

表6 评价指标权重

表7 DRMK模型各因子的类别及评分

5、分级评价步骤

5.1、污染源危害性评价分级

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，具体见式(4.22)。将式(4.22)计算结果采用非等间距法取值范围(0-10)分为3个等级，当B＜4.0时，为I级；当4.0≤B＜7.0时，为II级；当B≥7.0时，为III级。

B＝0.22B_1r+0.17B_2r+0.16B_3r+0.1B_4r+0.09B_5r+0.12B_6r+0.14B_7r (7)

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，评价级别越高。

5.2、包气带阻控性评价分级

包气带综合评价分级将综合考虑包气带防污性能和脆弱性两方面因素。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，根据表5确定V的评分。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。包气带综合评价指数(DI′)计算见式(8)，DI′值的范围为15～150。包气带阻控性评价分为3级，当DI′＜70时，为I级；当70≤DI′＜120时，为II级；当DI′＞120时，为III级。

DI′＝V×(1×D+2×R+4×M+5×K1+3×K2) (8)

式中：V、D、R、M、K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。

5.3、地下水污染源强评价分级

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8。级别越高，地下水污染源强越大。

表4-47 地下水污染源强分级

实施例

场地1：某非正规垃圾填埋场，已存在无防渗污染源且包气带防污性能为“弱”

以某非正规垃圾填埋场为研究对象，该非正规垃圾填埋场为已建的无防渗措施的项目，根据图2对包气带防污性能进行分级。场地包气带主要由砂砾石组成，并且包气带渗透系数为0.006cm/s，根据表5该场地包气带防污性能为“弱”，因此进行地下水污染源强评价时不考虑包气带作用，只进行地下水污染源危害性评价。

根据填埋场垃圾渗滤液监测结果，选择其中的NH₃-N 1810mg/L、Cr 0.222mg/L、Cd0.045mg/L、As 0.0444mg/L和Hg 0.00157mg/L为污染因子综合评价中的主要因子。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。根据式(5)和式(9)计算得NH₃-N、Cr、Cd、As和Hg的a_i值分别为0.09、0.16、0.26、0.20和0.29，再根据式(3)和式(4)求得P′_加权平均＝7.40，P_imax＝362和P′_综＝256。

场地所处地区年均降雨量为480mm，渗滤液排放量3.84×104m³/a。

填埋量为1550000m³，与地面接触面积为100000m²，影响面积比为79.6％。运营时间为十年，现已停用。

由表3可得P′_综、排放量、排放位置、排放方式、影响面积比、污染源的防护措施、污染源的严重性的评分分别为10、3、8、10、10、10、5。

根据式(7)计算得污染源危害性B值为7.79，查表8污染源危害性的评价分级结果为III级。根据图2污染源危害性评价分级为地下水污染源强评价分级。所以地下水污染源强评价分级结果为III级。

场地2：某稀土矿开发项目的堆场，潜在的有防渗污染源

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，选择其中的Cu 0.354mg/L、Cr 0.055mg/L、Cd0.0015mg/L、As 0.0024mg/L、Pb 0.227mg/L和Hg 0.0035mg/L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。根据式(5)和式(6)计算得Cu、Cr、Cd、As、Pb和Hg的ai值分别为0.15、0.08、0.2、0.15、0.10和0.32，再根据式(3)和式(4)求得P′_加权平均＝0.026326，P_imax＝0.708和P′_综＝0.5。

排土场面积10000m²，该地区多年平均降雨量为1800mm，排放量1.4×104m³/a。

该工程总占地面积约340000m²，排土场影响面积比为3％。评价时间定为20a。

由表4可得P′_综、排放量、排放位置、排放方式、影响面积比、污染源的防护措施、污染源的严重性的评分分别为2、3、6、10、7.5、5、10。

根据式(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。根据图2污染源危害性评价分级为地下水污染源强评价分级。地下水污染源强评价分级为II级。

场地验证

将三个场地的地下水污染源强评价结果与四个场地地下水监测报告进行对比，具体结果见表9。

表9 场地验证

从表中可知场地1中参与评价的污染物浓度超标，较符合地下水污染源强评价分级结果III级，场地3参与评价的污染物浓度均未超标，较符合场地地下水污染源强评价分级结果II级，因此所构建的评价模型结果可以接受。

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 (10)

1.一种地下水污染源强分级评价方法，其特征在于，包括下列各步骤：

步骤1，确定污染源特征指标、其权重及其评分；其中，所述污染源特征指标衡量的是污染源输出污染潜力的大小，所述污染源特征指标的权重用于评价所述污染源特征指标对地下水污染“贡献”的相对大小，利用迭置指数法进行污染源危害性评价；

步骤2，确定包气带特征指标及其评分，所述包气带特征指标包括包气带防污性能指标和包气带脆弱性指标，并进行包气带阻控性评价；

步骤3，对于不考虑包气带防污性能的场地，不需进行步骤2，直接将步骤1得到的污染源危害性分级评价结果作为所述地下水污染源强的分级评价结果；对于考虑包气带防污性能的场地，分别进行步骤1的污染源危害性评价和步骤2的包气带脆弱性评价，利用矩阵法结合两个评价结果，作为所述地下水污染源强的分级评价结果。

2.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤1中所述污染源特征指标包括污染因子综合评价B_1r、排放量B_2r、排放位置B_3r、排放方式B_4r、影响面积比B_5r、防护措施B_6r和污染源存在时间B_7r。

3.如权利要求2所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤1中所述污染因子综合评价B_1r、排放量B_2r、排放位置B_3r、排放方式B_4r、影响面积比B_5r、防护措施B_6r和污染源存在时间B_7r的权重分别为0.22、0.17、0.16、0.1、0.09、0.12和0.14。

4.如权利要求2所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤1中所述污染因子综合评价B_1r包括污染物浓度、毒性、迁移性和降解性的评价，使用修改的内梅罗指数法对其进行评价。

5.如权利要求4所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤1中所述修正的内梅罗污染指数法计算公式如下：

$P_i=\frac{C_i}{C_{oi}}---\left(3\right)$

其中，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，P′_加权平均为n种污染因子评价加权平均值，P_i为第i种污染因子评价值，a_i为第i种污染因子的权重值，n为污染因子个数；c_i为第i种污染因子的实际浓度值；c_0i为第i种污染因子的第j类评价标准的标准值；

所述污染因子权重值a_i计算方式如下：

l_i＝0.6T_i+0.2M_i+0.2D_i (4)

式中，l_i为第i种特征污染物权重评价值；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；

$a_i=\frac{l_{max}/l_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{l}_{\max }/l_i}---\left(5\right)$

式中，l_max为n种污染因子中最大特征污染物权重评价值。

6.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤1中通过查阅资料、相关文献和现场踏勘收集污染源特征各因子数据和地下水污染现状数据，分析确定各污染源特征指标的权重及评分。

7.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤2中所述包气带防污性能指标包括包气带岩/土层单层厚度Mb和渗透系数K。

8.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤2中所述包气带脆弱性指标是在DRASTIC基础上使用DRMK模型作为包气带脆弱性评价工具来进行确定。

9.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤2中所述包气带脆弱性指标包括地下水埋深D、净补给量R、非粘性土介质渗透系数K2、粘性土介质厚度M1和粘性土介质渗透系数K1五个指标。

10.如权利要求1所述的地下水污染源强分级评价方法，其中步骤3中所述污染源危害性分级评价结果根据下面方法得到：

基于地下水污染源污染因子的计算及各参数的权重和评分，通过迭置指数法评价污染源危害性，并将

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为污染源危害性指数，B_ir为各参数评分；B值计算结果采用非等间距法取值范围0-10分为3个等级：当B＜4.0时，为I级；当4.0≤B＜7.0时，为II级；当B≥7.0时，为III级；

步骤3中所述包气带阻控性分级评价结果根据下面方法得到：

包气带阻控性指数DI′计算公式如下：

DI′＝V×(1×D+2×R+4×M+5×K1+3×K2)；

式中，V、D、R、M、K分别为各因子的评分值；DI′值的范围为15～150，包气带综合评价分为3级，当DI′＜70时，为I级；当70≤DI′＜120时，为II级；当DI′＞120时，为III级；

步骤3中所述利用矩阵法结合两个评价结果，作为所述地下水污染源强的分级评价结果的步骤包括：

根据如上方法计算得到的所述污染源危害性分级评价结果和包气带阻控性分级评价结果，在下表中查找对应的地下水污染源强分级评价结果。