刘姝媛，王红旗（北京师范大学水科学研究院，北京 100875）

某地下水水源地污染风险评价指标体系研究

刘姝媛，王红旗*（北京师范大学水科学研究院，北京 100875）

在对地下水污染物理过程以及地下水资源与人类活动相互制约关系充分认识的基础上，以欧洲模型和压力-状态-响应模型为理论基础，从源、路径、目标三方面构建了地下水水源地污染风险评价指标体系，并将其运用于某地下水水源地，得到该水源地的污染风险评价结果图.结果表明，该研究区中的污染高风险区位于水源地的东部，较高风险区位于Q石化公司厂区的周边.

地下水；水源地；污染风险评价；指标体系

地下水是水资源的重要组成部分，其在社会经济发展中有着重要的作用.在我国，约有2/3的人口以地下水为饮用水源，地下水资源对于维持人民群众的生活有着重要的意义［1-3］.随着工业和城市化进程的加快，大量的石油消耗推动着国家经济的快速发展，但随之带来的是地下水的石油污染风险逐渐加重.地下水污染风险是地下水脆弱性概念的发展和延伸，其是指含水层中地下水由于其上的人类活动所遭受污染到不可接受水平的可能性［4］.地下水污染风险评价是对污染风险定量或定性的度量，是地下水资源保护和地下水污染防治的重要手段.通过地下水污染风险评价，可以识别出不同地区地下水受污染的可能性以及污染的危害程度.合理的地下水污染风险评价，对于地下水水源地保护区的划分，污染控制和削减措施的制定以及地下水水质监测网点的布设等具有重要的指导意义［5-6］.

目前，研究者提出了很多地下水污染风险评价的模型.其中，比较有代表性的模型有DRASTⅠC、GOD、SⅠNTACS和主要应用于岩溶地下水的欧洲模型，以及REKS、GLA、EPⅠK等

［7-11］.我国对于地下水污染风险评价的研究主要为介绍和应用国外的研究成果［12］.针对城市地下水污染风险，付素蓉等［13］对DRASTⅠC模型进行了改进，提出了DRAMⅠC模型.针对岩溶地下水污染风险，邹胜章等［14］在EPⅠK模型的基础上构建了EPⅠKSVLG指标体系；张强等［15］则应用欧洲模型对青木关岩溶区地下水脆弱性风险性进行评价.针对地下水区域存在孔隙和岩溶两类地下水的情况，张雪刚等［16］结合了DRASTⅠC和GOD模型，并增加了土地利用因子，提出了GRADⅠCL模型对张集地区的地下水污染风险进行了评价.不同的评价模型采用不同的评价因子，各有优劣，适用于不同的地区及地下水水源地.

地下水水源地污染风险评价指标体系应是一个独立完整的整体，可以为地下水污染风险管理提供技术支持，既要能够体现地下水系统的自然属性，也能反映出受人类活动影响下的社会属性，即人类活动对地下水扰动的程度.因此，本文以欧洲模型和压力-状态-响应模型为理论基础筛选指标集，运用层次分析法确定指标的权重系数，构建出地下水水源地污染风险评价指标体系，并将其运用于某地下水水源地，确定该水源地的污染风险区域分布，从而为防止水源地污染，保护人民健康，实现水源地可持续开发利用提供科学依据.

1 研究区概况

某水源地位于北方岩溶地区，面积约110km2，地势南高北低，南部为低山丘陵河谷地形，北部为山前倾斜平原.地下水的补给来源有上游地下水的侧向径流补给、大气降水入渗补给和地表水的入渗补给.研究区的含水系统主要有上下2个主要的含水岩组：上部为第四系松散岩类孔隙含水岩组，下部为奥陶系中统碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组.地下水在这一主径流带内由南向北运动，导水性强，非常利于地下水的流动和污染物的扩散.从20世纪70年代开始，水源地周边建起了石化工厂、炼油厂、电厂、化肥厂等工业企业，对水源地的环境造成巨大的压力.长期的研究表明，研究区内的地下水受到了一定程度的有机污染.依据地下水质量标准（GB/14848-93）［17］，研究区内多为Ⅲ类水和劣Ⅴ类水，有机污染明显，烷烃类等是主要的污染物类型.

2 基于欧洲模型与PSR模型的指标体系构建

2.1 欧洲模型与PSR模型基本理念

欧洲模型即“源-路径-目标”模型，是在欧洲学者的共同努力下提出的一种可应用于地下水资源评价的方法［18-21］.“源”又可称为“风险源”，是指潜在污染源的位置或者潜在的污染物，例如工厂的排污设施、垃圾填埋场、或农田化肥等区域；“路径”是污染物从起源到目标的通道或者说是过程，包括从污染物的释放点（源）到保护点（目标）之间的全部路径；“目标”是指被保护的地下水.基于“源-路径-目标”模型的理论，我们可以将地下水水源地污染风险评价概括为：“源”评价是对污染源所造成的危害的评价，包括对污染源的数量、与水源地之间的距离、污染物特征等的评价；“路径”评价是针对污染物质迁移转化过程的评价，包括对地下水包气带、含水层以及污染物在其中的迁移转化的评价；“目标”评价是针对风险受体的评价，本研究中主要考虑水源地的水质及水量两个要素（图1）.综合分析水源地的水文地质条件、污染源、地下水的开发利用等各类影响因素，从自然因素和人为因素分类，得到地下水污染风险性影响因素表，并基于欧洲模型，将各个指标划分为源指标、路径指标和目标指标（表1）.

“压力-状态-响应”框架（PSR模型）是由经济合作组织（OECD）提出的一种评价世界环境状况的模型［22-25］.PSR模型从总体上反映了资源环境与人类活动之间相互制约的关系.地下水被污染的过程是地下水环境与人类活动相互博弈的过程，在这一过程中，人类的各种活动对地下水环境施加压力，而地下水环境以水质与水量的变化对人类活动做出反馈，从而影响国家或政府部门以各种行政管理措施对地下水环境状况的改变做出响应，由此可见， “压力-状态-响应”模型适用于地下水污染的过程.依据PSR模型的构建原则和构建方法，构建地下水水源地污染风险评价的PSR框架（图2）和PSR模型指标集（表2）.

图1 “源-路径-目标”概念模型Fig.1 The source-pathway-target conceptual model

表1 地下水水源地污染风险性影响因素表Table 1 List of influence factors used for groundwater pollution risk assessment

图2 地下水污染风险性PSR模型的构建Fig.2 The PSR model for groundwater pollution risk assessment

2.2 地下水水源地污染风险指标体系的构建

地下水水源地污染风险评价指标体系是为环境保护和社会的可持续发展提供技术支持的理论体系，因而其应具有科学性和准确性.随着社会的进步，经济的发展，人们对于环境的要求也是变化发展的，这就要求指标体系具有长时间适应性和较强的可预测性.欧洲模型将污染源与地下水系统有机的联系起来，刻画出地下水污染的物理过程，有助于从本质上认识地下水污染风险性；压力-状态-响应模型从环境角度对地下水污染进行分析刻画，是区别于欧洲模型的地下水污染风险性的解读.在本研究中从这两种不同的角度对污染风险指标进行分析筛选，使得指标体系更加系统全面.

初步筛选出的指标集已经能够较为全面和完整地描述地下水污染过程对地下水环境的影响趋势，但是指标体系中的指标并不是越多越好.一般来说，作为评价初期的各项指标，应该可以从地质勘探，环境调查等报告中获得，或者是在野外环境中用简单的仪器较为快速和准确的获得，社会学和经济学指标应该简单易懂，可以使大多数人理解和准确的使用.在筛选过程中，应该遵循高度集成、简单易得、重点突出、系统完善等原则.

表2 地下水水源地污染风险评价指标PSR模型Table 2 Index system of the PSR model for groundwater pollution risk assessment

图3 地下水水源地污染风险性指标体系概念Fig.3 The groundwater pollution assessment index system

指标的筛选过程，是对评价系统重新认识的过程，是基于研究者对系统的充分了解与认识的基础上的.层次分析法［26-28］（简称AHP）是美国运筹学家Saaty［26］于20世纪70年代初期，专为解决复杂的系统决策问题而提出的一种目标决策方法.有研究表明，地下水脆弱性评价模型DRASTⅠC的权重经AHP法改进之后，其脆弱性评价结果的适用性较之前有很大的改善［29］.因而，将AHP法用于本研究是科学合理有效的.同时有研究表明，运用层次分析法筛选和确定污染风险指标的权重，可以优化地下水污染风险性指标体系，因而选用层次分析法对初步筛选出的指标进行分析计算，明确指标的权重（图3）.

2.3 地下水水源地污染风险评价指标体系

表3 地下水水源地污染风险评价指标体系Table 3 Index system of groundwater pollution risk assessment

基于欧洲模型和PSR模型构建的地下水水源地污染风险评价指标可以分为2类，数值指标和属性指标.数值指标因子有地下水埋深、净补给量、地形坡度等.属性指标因子有含水层岩性、土壤介质类型、包气带岩性等.对于2类不同的指标，我们采用不同的指标等级赋值方式.数值指标采用专家类别评分的方式对指标影响度进行模糊聚类分析；属性指标采用已有的分类标准作为等级划分的依据，从而实现指标等级的划定.设计的分值范围是1～10.其中，各因子每个区间或每类数值分类因子只给一个评分值.依据专家对各等级划分指标赋值的聚类分析结果划分评价等级.最终构建出地下水水源地污染风险评价指标体系（表3），具体的分级标准见表5～表7.

表4 污染风险评价结果分级Table 4 Classification for groundwater pollution risk

表5 源评价指标分级标准Table 5 Ranges and ratings for source parameters

表6 路径评价指标分级标准Table 6 Ranges and ratings for pathway parameters

2.4 风险评价结果的表征

在地下水水源地风险指标体系建立原则的指导下，依据被评价区域的实际情况确定等级赋值.地下水水源地污染风险是所有指标赋值的加权乘积和，由下式计算：

式中：R代表赋值；W代表权重值.

在实际运用过程中为了便于计算，所有指标的权重值都以其层次分析法得出的值的10倍计算（表4）.

3 地下水水源地污染风险评价

在地下水水源地污染风险评价指标体系的指导下，基于污染源调查、地下水监测以及长期的水文地质资料的基础上，采用定性和定量指标相结合对该水源地的污染风险进行了评估和验证，最终得到水源地污染风险分级图.

3.1 某水源地“源”评价

依据地下水水源地污染风险评价指标体系，“源”指标代表着污染源对于水源地的影响，分为污染源荷载量、污染物特征、污染源距离以及土地利用方式.根据指标分级标准、赋值和各个指标的权重，运用GⅠS中反距离权重插值法最终得到水源地“源”评价分级结果.

水源地的“源”评价结果表明（图4），风险源危害最严重的区域位于Q企业东西部厂区.首选，Q企业是水源地内排污量最大的企业，其所造成的污染负荷相应的也最大；其次，结合其所排放的污染物的性质，基本为较易渗入含水层的物质，对水源地影响很大；再次，水源地的供水井大都位于水源地的东部，靠近Q企业的主产区，污染源距离指标反映出的污染危害较大.综合分析得出Q企业的厂区对于水源地的污染风险性是最大的.

图4 “源”评价结果Fig.4 Risk assessment result of the site based on the“Source” parameters

3.2 某水源地“路径”评价

污染物质向地下水中扩散迁移，经过土壤、包气带，最终到达含水层，其所经历的过程，称之为“路径”，下面将从土壤介质等不同的指标，对其进行评估.

图5 “路径”评价结果Fig.5 Risk assessment result of the site based on the“Pathway” parameters

依据污染风险评价指标体系中的指标分级及权重，得出水源地最易于污染物运移的路径位于临近Z河河谷的Q企业东部厂区，而在水源地的北部受土壤介质等条件的影响污染物迁移较难（图5）.分析各个影响因子、权重及风险评价结果，可知在本水源地内对污染风险性起决定性作用的因子为水力传导系数.水力传导系数越大，说明污染物质越易于在含水层中迁移，影响范围越广，污染风险性越高.

3.3 某水源地“目标”评价

“目标”指地下水水源地污染风险评价的受体，即地下水系统.要求其能反映出地下水系统本质的特征，因而选用了地下水埋深、地下水水质等参数.

依据目标的评价结果，得出，该水源地最易受到污染的区域位于临近Z河的Q企业东部厂区.由于这个区域是该水源地的集中开采区，更易受到人类活动的影响；同时这个区域也是Q企业的主要工业区，地下水水质受到严重的污染，因而地下水污染风险性较高.而在南部低山丘陵区因地下水富水性低，开采量极低，受到人类活动的影响较小，受到污染的风险也相应的较低（图6）.

图6 “目标”评价结果Fig.6 Risk assessment result of the site based on the“Target” parameters

3.4 某地下水水源地污染风险评价

依据地下水水源地污染风险评价指标体系在该水源地的实际运用，水源地污染风险评估结果可将其分为五个区：高风险区、较高风险区、中风险区、较低风险区和低风险区.依据以上的研究结果表明，污染源、污染迁移转化的路径以及地下水目标在地下水污染风险评价中均具有很大的作用.污染风险最大的区域是水源地中污染危害最严重的区域，也是地下水防护功能最脆弱以及最有易于污染物迁移转化的区域，在这三个因素的共同作用下，水源地中的高风险区位于水源地的东部地区；较高风险区位于Q企业厂区的周边；中风险区主要位于Q企业的西部厂区以及化肥厂-电厂一带，以及部分城区；较低风险区主要分布在北部边界以及西南部丘陵区；低风险区集中在西部丘陵区.

表7 目标评价指标分级标准Table 7 Ranges and ratings for target parameters

图7 某水源地污染风险现状评价Fig.7 Groundwater pollution risk distribution of the site

4 结论

4.1 在欧洲模型和压力-状态-响应模型理论的指导下，通过对水源地污染风险主要影响因素的辨析，重新构建了适用于水源地的地下水水源地污染风险评价指标体系，并通过层次分析法优化了等级赋值和权重.结合统计、文献调研等方法对指标体系的建立和权重的确定进行了优化改进；并对地下水水源地污染风险性的评价结果进行了定量讨论.

4.2 依据水源地污染风险评价指标体系，得出，水源地最易于污染物运移的路径位于临近Z河河谷的Q企业东部厂区，该区域同样是最易受到外界污染物影响的区域，由此得出该区域为水源地污染风险最严重的区域.中风险区主要位于Q企业的西部厂区和化肥厂-电厂一带，以及部分城区.较低风险区主要分布在北部边界以及西南部丘陵区，低风险区集中在西部丘陵区.

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Establishment of a groundwater pollution risk assessment index system and its application at a groundwater sources.

LIU Shu-yuan， WANG Hong-qi*（College of Water Sciences， Beijing Normal University， Beijing 100875， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：3166～3174

In this paper， the authors reviewed the physics process of groundwater pollution and the inter-constraint relationship between the groundwater resource and human activities. Base on the theory of the European model and pressure-state-response model， an assessment index system was established which takes consideration of the source，pathway and target. The established index system used for the assessment of groundwater pollution at a groundwater sources. The distribution maps of groundwater risk was derived and the results showed that the area with the highest risk lies in the east of the site and the area with high risk area is the Q petrochemical factory and its surrounding area.

groundwater；water sources；pollution risk assessment；index system

X703.5

A

1000-6923（2016）10-3166-09

刘姝媛（1984-），女，山西运城人，博士，主要从事地下水污染风险评价与防治研究.

2016-02-15

环保公益性行业科研专项经费重大项目（201009009）

* 责任作者， 教授， amba@bnu.edu.cn