杨贵芳，姜月华，李 云

(1.中国地质科学院研究生部，北京 100037;2.南京地质矿产研究所，江苏 南京 210016)

基于DRASTIC模型的城市地下水脆弱性评价综述

杨贵芳1，2，姜月华2，李 云2

(1.中国地质科学院研究生部，北京 100037;2.南京地质矿产研究所，江苏 南京 210016)

地下水脆弱性评价是环境规划和决策的有用手段，国内外已有很多研究，也提出了各种计算防污性能的模型。文章针对城市地下水污染问题介绍了评价地下水防污性能的DRASTIC模型。对DRASTIC模型的指标体系和评价方法进行了介绍，列举了DRASTIC模型的局限性;综述了目前国内外基于 DRASTIC模型的城市地下水脆弱性分析的改进的模型及其应用实例，并对其应用前景进行了展望。

城市地下水;脆弱性;DRASTIC模型;应用前景

近年来随着经济发展和城市扩大，世界上很多国家水环境面临的压力正在逐渐增大，地下水作为城市饮用水的主要的自然资源［1，2］，现已面临日益严重的污染问题。在伊朗，由于人口增长和农业的发展导致地下水污染问题十分严峻［3］，阿根廷由于国际商品价格的升高和新技术的引进致使该国农业扩张，从而增添了土地利用对自然资源的压力，对地下水产生了巨大的污染威胁［4］，中国也毫不例外的遭遇这样的问题，再加上水资源利用率低、污染排放量大，导致中国水环境形势日益严峻，带来深刻的环境与生态危机，因此，保护和改善地下水环境，实现地下水资源可持续开发利用，是目前及今后人类面临的重要任务［5，6］。地下水污染具有不容易发觉、治理困难的特点，一旦受到破坏很难修复，为了有效地保护地下水免受污染，必须立足以防为主的原则，首先应该确定地下水易受污染的区域，即各个区域地下水的污染脆弱性［7］。

地下水脆弱性这一术语由 Margat1968年首次提出，但在其后的二十几年间，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［8，9］。在1987年以前，有关地下水脆弱性的概念多是从水的角度给地下水脆弱性以不同的定义。1987年的土壤与地下水脆弱性国际会议认为地下水脆弱性指地下水对外界污染源的敏感性，是含水层的固有特性。地下水脆弱性对不同污染物是不同的。美国国家科学研究委员会于1993年给予地下水脆弱性如下定义: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。同时，该委员会将地下水脆弱性分为两类:一类是本质脆弱性(Intrinsic Vulnerability)，另一类是特殊脆弱(Specific Vulnerability)。本质脆弱性是指在天然状态下含水层对污染所表现出的内部固有的敏感性，它不考虑污染源或污染物的性质和类型，是静态、不可变和人为不可控制的。特殊脆弱性是对特定的污染物或人类活动所表现的敏感性，它与污染源和人类活动有关，是动态、可变和人为可控制的。也就是说，对于某一给定含水层，其本质脆弱性是恒定的，特殊脆弱性随污染源或污染物的不同而变化［10－12］。国内关于地下水脆弱性还没有明确的定义，对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”等来代替“地下水脆弱性”。总之，鉴于目前的研究水平，国内外都倾向于美国国家科学委员会关于将地下水脆弱性分为两类的主张［13］。地下水污染脆弱性评价及其制图是目前国际水文地质研究的热点和前沿课题，也是防治地下水污染问题工作的前导，其成果可为自然环境、社会经济等方面提供管理决策的重要依据［14］。国内外很多学者研究并使用了 DRASTIC方法对城市地下水防污性能进行评价［15－22］，并结合研究区实际情况对DRASTIC模型进行了改进。根据一个地区的区域特征选取评价参数对这个地区的地下水进行定量的评价并结合GIS绘制该地区地下水脆弱性分区图，对今后制订地下水资源管理、土地利用、环境保护及城市规划等政策措施具有较重要的参考指导作用。

1 DRASTIC模型介绍

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、相关分析法与数值模型法等。参数系统法中的DRASTIC评价标准是目前地下水脆弱性评价中应用最广泛的方法，它是由美国环境保护局于1987年提出的，先后应用于美国各地的地下水脆弱性评价工作中，取得了良好的效果，并被加拿大、南非、欧共体各国等相继采用。我国从20世纪90年代开始引进该方法，近年来进行该方法研究的学者不断增多，并在全国多处地方得到应用［12］。

1.1 DRASTIC模型评价因子选择

由于不同地区水文地质条件不同，地下水防污性能也不同，影响的因子很多，选择的原则是对地下水防污性能影响大并且资料容易取得的因子。据此DRASTIC模型选择了以下7个因子:D为地下水埋深(depth of water－table)，R为净补给量(net recharge)，A为含水层介质(aquifer media)，S为土壤介质(soil media)，T为地形坡度(topography)，I为包气带影响(impact of the vadose)，C为水力传导系数(hydraulic conductivity of the aquifer)。按每个因子的英文大写字头，命名为 DRASTIC模型［23－30］。DRASTIC评价指标由 3部分组成:权重、范围(类别)和定额。各评价参数根据其对地下水脆弱性影响的作用大小被赋予一定的权重。权重值是不变的常数，分为所有污染物权重值和农药类污染物权重值两类。权重值大小为1～5，最重要的评价参数取 5，最不重要的评价参数取1。各评价参数权重取值的大小要结合具体的评价区域来选定。在评价过程中，按照各评价指标数值的大小或种类的不同划分不同的范围或类别，并赋予各自的定额。将7项指标的评分进行加权和的运算就可以确定DRASTIC脆弱性指数［23］。用下列公式计算DRASTIC指数:

式中:DI为 DRASTIC指数，W为该因子的权重，R为该因子的评分［23，24］。

1.2 DRASTIC模型的局限性

由于评价因子资料易于获取，评价模型简单，易于掌握，DRASTIC模型应用最为广泛，但是仍然有很多局限，不应盲目照搬，总结起来该模型存在以下局限性:

(1)DRASTIC模型属于经验性方法，其评价模型是线性的，缺乏理论上的严谨性［29］。

(2)DRASTIC模型忽略了污染物、含水层厚度和包气带渗透系数对地下水污染的影响。含水层厚度主要考虑其稀释能力［30］。

(3)补给量和含水层渗透系数越大，地下水污染的可能性越大的看法片面。补给量足够大的稀释作用及渗透系数大使水交替加快的稀释作用未予以考虑，这是DRASTIC模型的不足［23］。

(4)含水层渗透系数设计不合理，渗透系数104～411 m/d介质一般是粘性土，粘性土极少成为含水层［23］。

(5)潜水和承压水是差别很大的两类含水层，其防污性能的影响因子不同，把这两类含水层放在一起，用同一种模型来评价是很不合适的［30］。

(6)在有资料可利用的条件下，把土壤介质和包气带介质分开是可取的，但土壤介质权重为2，包气带介质权重为5，后者的权重明显大于前者，不合理。因为土壤不仅含有较大比例的细粒物质，而且有机质含量高，有大量细菌，因此其吸附容量和降解有机污染物的能力都大于包气带介质［23］。

(7)包气带介质考虑不全面:第一，包气带常常由多种介质组成，以哪种介质评分，没有明确规定;第二，对松散沉积物包气带岩性考虑不周全，仅列入粉土/粘土，其他粘性土没有列入;第三，如以包气带中某种介质评分，还必须考虑其厚度，该模型没有考虑［23］。

(8)评价参数之间存在依赖性［23］。

(9)各评价指标的定额为离散值，一定程度上掩盖了指标本身连续变化这一客观事实对脆弱性的影响，不能客观的反映实际问题［23］。

(10)各评价指标权重是根据专家意见确定的，且被视为定值，不随研究区实际水文地质条件的不同而改变，影响结果的客观性［23，29］。

(11)DRASTIC模型的评价指标的权重为定值，但是影响地下水脆弱性的实际水文地质情况相当复杂，所以应根据各地区的实际水文地质条件，并运用经验知识和指标数据来确定指标权重［30］。

(12)DRASTIC模型的评价指标是固定不变的，而在不同地区地下水脆弱性影响因素的相对重要程度是不同的，因而指标也会有所不同［23］。

1.3 DRASTIC模型在地下水污染研究中的应用实例

DRASTIC模型具有应用的局限性，但是该模型也是地下水脆弱性评价应用最广泛的模型。大多数情况，各国科研工作者往往根据研究区的实际情况，有目的的对DRASTIC模型加以改进与修正，使其能够更加符合研究区存在的客观问题。国外有很多相关的研究，Panagopoulos G.P.等［31］认为对DRASTIC模型进行修正和优化可以更精确的预测固有脆弱性，其在GIS环境下联合使用简单的统计学和地质统计学技术修正了DRASTIC模型的所有参数的权重和定额，修正后的模型运用结果表明地下水污染风险与污染物浓度之间的相关性大大的得到了提高。Samira Akhavan等［32］在 Hamadan－Bahar平原使用修正的DRASTIC模型提高了地下水受污染物影响的预测能力。Mohamed Sinan，Moumtaz Razack根据摩洛哥马拉喀什含水层特征，区别含水层垂直脆弱性和地下水敏感性，使用改进的DRASTIC模型为研究区含水层水资源优化管理和土地利用计划提供了有用的决策工具［33］。Enrique Gomezdelcampo，J.Ryan Dickerson对 DRASTIC模型中的地下水埋深(D)、土壤介质(S)和地形(T)进行了改进并加入了土地使用的参数，将改进的DRASTIC模型对泻湖环境中粪肥使用对地下水影响进行评价［34］。国内科研工作者也根据不同区域的实际情况对DRASTIC模型做了具体的改进并在相应的城市地下水脆弱性评价中加以应用。钟佐燊在探讨地下水防污性能评价方法中就提出了根据中国情况用DRTA模型评价潜水的防污性能，用DLCT模型评价承压含水层的防污性能［23］。李立军在松原市地下水防污性能评价中应用在DRASTIC模型基础上改进的DRTA模型进行了该区的地下水防污性能评价，并且评价结果采用 MapGIS软件实现可视化显示［35］。李辉、陈鸿汉等在特定的条件下简化 DRASTIC模型对湛江市浅层地下水防污性能进行了评价，表明结果能较真实的反映湛江市浅层地下水防污性能［36］。刘香、王洁等结合我国华北平原沉降带冲洪积含水层水文地质特征，提出了一套适用于层状含水层水文地质条件的城市地下水脆弱性评价模型——RAMIP模型，并将其应用在廊坊市浅层地下水脆弱性评价中［37］。陈浩、王贵玲等结合我国存在大面积污水灌溉区，且污灌区主要集中在城市周边的实际情况，确定DRSICP模型［27］。陈少坤、付强等根据三江平原的实际情况，提出了基于熵权的DRASCLP评价方法，并对三江平原的地下水脆弱性进行评价［38］。周金龙、吴彬等根据内陆干旱区的特点，提出了 DRAV 模型［28，39］，对新疆焉耆县平原区的地下水脆弱性进行了评价。王焰新、Broder J.Merkel等根据城市区域研究的具体情况提出了 DRAMIC模型［40］，并使用该模型对武汉市区第四系含水层地下水有机污染敏感性研究加以应用［17］。

1.4 DRASTIC模型应用前景

近年来，随着 GIS技术的日臻完善和普及，人们对多变量、多数据的复杂系统的研究跨上了一个新台阶。虽然GIS技术已经在地下水脆弱性评价中得到应用，但两者的结合程度和适应程度还远远不够，主要矛盾是目前所获得的信息量满足不了GIS的要求。但是我们完全有理由相信，GIS技术与各种数学模型的结合将是地下水脆弱性评价的一个最主要的发展方向［23］，由于GIS可以使得一个复杂模型的结果更加的清晰为决策者提供了实用的工具［41］。地下水脆弱性包括固有脆弱性和特殊脆弱性，单纯评价地下水的固有脆弱性可以说明天然状态下地下水系统对污染和人类开发利用所表现的固有脆弱性，但是却经常出现地下水对某一特定污染源或人类活动的脆弱性表现更突出的现象，因此在以后的地下水脆弱性评价工作中广泛收集土地和地下水开发方式、强度和污染负荷等内容，将地下水的固有脆弱性和特殊脆弱性结合起来分析，也是地下水脆弱性评价的下一步发展方向［20］，这也对DRASTIC模型的应用提出了新的挑战。

2 结语

自1968年法国的Margat首次提出地下水脆弱性这一概念以来，国内外许多专家、学者都对其进行了讨论和研究，相继提出多种模型进行概念的量化，DRASTIC模型是城市地下水脆弱性评价应用最广泛的模型。由于各个地区具体情况不同，结合地区实际情况对DRASTIC模型进行改进加以应用能够更好的对研究区脆弱性进行评价。随着人们对地下水脆弱性的认识程度逐渐的加深，加上科技水平的不断上升，相信地下水脆弱性方面的诸多问题会不断的得到解决，随着研究的不断深入和发展，DRASTIC模型的内涵会逐渐的丰富和完善，加上计算机技术的协助必能在全球生态环境的保护和资源合理开发利用方面发挥重要的作用。

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Review on Urban Groundwater Vulnerability Assessment by Using DRASTIC Model

YANG Gui－ fang1，2，JIANG Yue － hua2，LI Yun2
(1.Graduate Department of China Academy of Geological Science，Beijing 100037;2. Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources，Nanjing 210016，Jiangsu)

Groundwater vulnerability assessment is a useful tool for environmental planning and decision－making.Many studies have been carried out and several models have been developed for assessing groundwater vulnerability worldwide.In the paper，it introduces the DRASTIC model which assesses groundwater vulnerability. It also presents the index system as well as evaluate method and specifies the limitations of the DRASTIC model;after that，it summarizes modified models of the DRASTIC model and the apply cases，finally，it outlooks the apply prospect of the model.

Urban groundwater;vulnerability;DRASTIC model and application prospect

TV211.1+2

A

1004－1184(2012)01－0005－04

2011－10－10

杨贵芳(1985－)，女，安徽宿州人，研究生，主攻方向:地下水有机污染。