刘 鑫，马兴高，雷宏军，袁江杰

（华北水利水电学院，河南 郑州 450011）

我国存在着大量的垃圾填埋场，且大部分没有很好的工程防护措施，造成了严重的地下水污染［1］．通过地下水污染的风险评价，确定出垃圾填埋场地下水污染的风险等级，对保护地下水资源具有重要意义．目前，国内外尚无统一和成熟的垃圾填埋场地下水污染风险评价方法．国内外学者［2－4］对地下水脆弱性进行了深入研究．较为公认的是美国国家科学研究委员会地下水脆弱性的分类方法，其中包括两类：一类是本质脆弱性，即不考虑人类活动和污染源而只考虑水文地质内部因素的脆弱性;另一类是特殊脆弱性，即地下水对某一特定污染源或人类活动的脆弱性．

国内地下水污染风险评价研究刚刚起步，缺乏相应的体系和方法．周磊等［5］选择地下水易污性、地下水水质、水源保护区价值和地下水污染面源作为地下水污染风险评价指标;张伟红［6］提出地下水污染风险评价需要综合考虑含水层固有脆弱性、污染源荷载风险和污染危害性3个方面;李志萍等［7］在综合考虑地下水脆弱性和地下水价值水平的基础上，建立了地下水污染风险评价指标体系．

笔者通过对地下水脆弱性研究，以垃圾填埋场地下水污染风险的定义与内涵为基础，确立垃圾填埋场地下水污染风险评价的内容和指标体系，采用矩阵分级法确定风险等级，并以北京市典型垃圾填埋场为例进行研究，以期为垃圾填埋场地下水污染风险的控制管理提供决策依据．

1 风险评价模型建立

1．1 垃圾填埋场地下水污染风险定义与内涵

从垃圾渗滤液产生、水量控制、污染物运移、扩散与阻断过程，结合渗滤液中污染物与其作用对象之间的相互关系，给出垃圾填埋场地下水污染风险的定义如下：大量垃圾的堆积存放，在气候条件作用下产生带有多种污染物的垃圾渗滤液，经过填埋场地及其以下地层的作用后，进入地下水含水层的渗滤液使得地下水遭受污染的程度，表现为社会经济、生态环境、身体健康的损失．

基于垃圾填埋场地下水污染风险定义，垃圾填埋场地下水污染风险内涵包括［8］：①特殊脆弱性，即垃圾填埋场在气候条件驱动下产生一定数量的垃圾渗滤液，用以反映垃圾填埋场的污染源强度;②本质脆弱性，指经过工程措施和水文地质因素对垃圾渗滤液污染物的物理、化学及生物学作用后进入地下含水层中污染物的种类和数量，反映出地下水系统消纳污染物的自净能力;③地下水污染后果，即风险受体可接受水平，表示地下水含水层遭受污染到某一特定程度，地下水价值改变，造成生态环境、社会经济、身体健康损失，反映出地下水的响应情况．

1．2 垃圾填埋场地下水污染风险评价指标

基于垃圾填埋场地下水污染风险内涵，确定垃圾填埋场地下水污染风险评价指标包括3个方面：①特殊脆弱性指标;②本质脆弱性指标;③地下水污染后果指标．详细列于表1．

表1 简易垃圾填埋场地下水污染风险评价指标

1．3 垃圾填埋场地下水污染风险评价方法

采用矩阵分级法对垃圾填埋场地下水污染风险进行评价，步骤为：①评价指标的分级与评分;②评价指标权重的确定;③应用综合指数法计算;④采用矩阵分级法划分等级．

1．3．1 评价指标的分级与评分

评价指标与评价等级划分的依据有：①国家、行业或地方规定的标准;②有关专著、期刊等文献;③专家评分．

1）特殊脆弱性．按特殊脆弱性指标对地下水污染风险的大小进行评分，按照不等间距法在1—10之间取值，取值越大，风险越大;指标的影响程度通过权重来表达，影响程度越高，权重越大．气候指标、植被指标评分标准分别列于表2与表3．其中填埋场内在特性评分标准参照文献［9］．

2）本质脆弱性．采用应用广泛的DRASTIC模型来表征本质脆弱性指数．本质脆弱性影响因素包括地下水位埋深、含水层介质、土壤介质、地形坡度、包气带介质、水力传导系数．将各项因素的评分值与相应的权重值加权求和得到本质脆弱性指数．本质脆弱性指数值越大，地下水面临污染的相对风险越高．由于DRASTIC模型中的净补给水量指标与垃圾填埋场内在脆弱性关联性极大，故本质脆弱性指标中剔除了该项指标．各指标评分标准及权重参考文献［10］．

表2 气候指标评分标准

表3 植被指标评分标准

3）地下水污染后果．地下水污染后果指标的评分标准参照表4．

表4 地下水污染后果指标评分标准

1．3．2 权重确定

采用层次分析法计算指标的权重，权重越大，影响程度越高．计算步骤为：①把选定的指标体系建立为递阶层次结构;②构造比较判断矩阵;③在比较判断矩阵的基础上计算出各个因素的相对权重;④进行判断矩阵一致性和随机性检验;⑤将所得的各个权重值进行合成，进而确定整个体系的权重值．由此得到的权重汇总见表5．

1．3．3 计算方法

应用综合指数法对各评价指标的评价得分加权求和，得到地下水脆弱性指数V、地下水污染程度指数C1、地下水价值指数C2，其计算公式为

式中：xi，yj，zk分别为地下水脆弱性、地下水污染程度、地下水价值第i，j，k个指标的得分值;wi，wj，wk分别为地下水脆弱性、地下水污染程度、地下水价值第i，j，k个指标的最终权重．

地下水污染后果C和地下水污染风险分级R表达式为

表5 垃圾填埋场地下水污染风险指标权重

地下水污染后果和地下水污染风险分级通过f，g函数来表示，运用矩阵分级法表达划分等级，每个指数分为3级，进行不同的组合共9种结果．需要指出的是，综合指数法在划分等级时存在缺陷，采用矩阵分级法，既能反映出风险的大小，还能反映不同等级结果代表的含义，显现各影响因素所起的作用．

1．3．4 等级划分

应用矩阵分级法，对地下水污染后果级别及地下水污染风险等级进行划分，结果见表6和表7．

表6 地下水污染后果

表7 地下水污染风险等级

2 实例研究

2．1 研究区概况

研究区位于永定河冲洪积扇中上部，现代河床东岸，该区第四系沉积岩性为砂卵砾石层，结构单一，厚度60～70 m，含水层岩性以砂砾石为主，含水层厚度11～51 m．由于地下水的长期超采和降雨量的减少，区内地下水位大幅度下降，目前北天堂地区枯水期地下水水位埋深20～30 m．区内地下水主要补给来源为大气降雨入渗，其次是上游侧向径流补给．研究区年降雨量609 mm，平均气温12．5℃，年平均风速8．72 km/h，空气相对湿度55．9%．北京市存在多个垃圾填埋场，在此选择两个典型场．1号场地为简易垃圾填埋场，于1998—2002年使用，城市生活垃圾直接在采砂坑中填埋，填埋量170万m3，垃圾填埋场使用期内基本没有防护措施，导致周围土壤和地下水的污染严重，地下水水质属Ⅴ类，较难使用，开采量很少，现已封场，并用黏土层覆盖，植被生长情况一般．2号场为卫生填埋场，于2005年开始使用，填埋量25．7万m3，每日压实，具有底侧部防渗和顶部盖层系统，垃圾渗滤液被收集并处理，但防渗性能并未达到卫生填埋的标准．地下水水质为Ⅳ类，经适当处理后可使用，植被生长情况一般．

2．2 结果与分析

对1号、2号垃圾填埋场资料进行调研和收集并进行评价，结果见表8．

应用层次分析法获得权重，计算得到垃圾填埋场地下水污染风险评价汇总结果，见表9．

由表9可知，1号场地下水脆弱性高，污染后果中等，地下水污染风险为级别6、风险高;2号场地下水脆弱性中等，污染后果难以接受，地下水污染风险为级别8、风险高．尽管两个场地风险等级相同，原因却各有差异：1号场地下水脆弱性较高，污染程度较重;2号场地下水的利用价值高．可见地下水污染风险等级由地下水脆弱性和地下水污染后果共同决定．其中，对地下水脆弱性影响较大的因素是填埋场内在特性和水文地质因素，气候和植被因素对地下水脆弱性影响较小．两个填埋场地下水污染级别较高，均对当地群众的生产、生活造成不利影响，这与该地区地下水污染实际情况吻合．

由于1号垃圾填埋场早期没有防护措施，填埋时间长，填埋量大，导致了周围土壤和地下水的污染十分严重，可在其顶部铺设防渗系统来降低地下水污染风险;2号垃圾填埋场采取了有效的工程措施，地下水脆弱性中等，地下水价值较大，需做好垃圾压实，对填埋垃圾进行日覆盖，收集并处理垃圾渗滤液，严格控制填埋场对地下水的污染．

表8 1号、2号垃圾填埋场地下水污染风险指标得分

表9 垃圾填埋场地下水污染风险评价结果汇总

3 结语

1）北京市1号填埋场地下水污染风险为级别6、风险高，2号填埋场地下水污染风险为级别8、风险高;不仅要关注地下水污染风险的高低，还应关注地下水污染风险的级别．

2）综合考虑垃圾填埋场的特殊脆弱性、本质脆弱性、地下水污染后果3因素的地下水污染风险评价方法可为垃圾填埋场的选择、设计与运行管理提供决策依据．

［1］鲁安怀．北京垃圾填埋场严重威胁地下水［J］．北京观察，2004（8）：32－34．

［2］ National Research Council（U．S．）．Ground water Vulnerability Assessment：predicting relative contamination potential under conditions of uncertainty［M］．Washington D C：National Academy Press，1993．

［3］孙才志，潘俊．地下水脆弱性的概念、评价方法与研究前景［J］．水科学进展，1999，10（4）：444 －449．

［4］张丽君．地下水脆弱性和风险性评价研究进展综述［J］．水文地质工程地质，2006，33（6）：113 －118．

［5］周磊，王翊虹，林健，等．北京平原区地下水水质监测网优化设计［J］．水文地质工程地质，2008，35（2）：1 －9．

［6］张伟红．地下水污染预警研究［D］．长春：吉林大学，2007．

［7］李志萍，谢振华，林健．地下水污染风险评价指标体系及方法探讨［J］．黑龙江水专学报，2010，37（3）：115－117．

［8］梁婕．基于不确定理论的地下水溶质运移及污染风险研究［D］．长沙：湖南大学，2009．

［9］洪梅，张博，李卉，等．生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价［J］．环境污染与防治，2011，33（3）：88 －91．

［10］ Aller L，Bennet T，Lehr J H，et al．DRASTIC：a standardized system for evaluating groundwater pollution potential using hydrogeologic settings［R］．Ada，Oklahoma：U．S．EPA，1985．