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本文作者：王俊杰何江濤陸燕劉麗雅張小亮作者單位：中國地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院

地下水污染防治區(qū)劃是地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價(jià)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是保護(hù)地下水資源，為制定和實(shí)施地下水污染防治規(guī)劃提供依據(jù)［1］．文獻(xiàn)［2］明確提出“要抓緊開展地下水污染狀況調(diào)查和評估，劃定地下水污染治理區(qū)、防控區(qū)和一般保護(hù)區(qū)”的要求．實(shí)施有針對性的預(yù)防及監(jiān)管措施有利于降低地下水污染概率．作為先導(dǎo)，構(gòu)建有效的地下水污染防治區(qū)劃，對實(shí)際措施的制定與實(shí)施具有十分重要的意義［3～5］．

目前，地下水污染防治區(qū)劃并未形成明確概念．王焰新等［6］認(rèn)為地下水污染防治區(qū)劃是基于一定的調(diào)查與原則，在評價(jià)地下水現(xiàn)實(shí)和潛在利用價(jià)值、含水層遭受污染的脆弱性、土地利用和污染源類型、分布來確定污染荷載的風(fēng)險(xiǎn)性、以及根據(jù)地下水的不同使用功能來確定污染危害性的基礎(chǔ)上開展的區(qū)劃．其中地下水功能評價(jià)和地下水脆弱性評價(jià)是地下水污染防治區(qū)劃的基礎(chǔ)．文獻(xiàn)［1］指出，地下水污染防治區(qū)劃應(yīng)在綜合分析調(diào)查區(qū)地下水系統(tǒng)防污染性能，地下水質(zhì)量與污染現(xiàn)狀、地下水資源可開采量及開發(fā)利用的基礎(chǔ)上，參考土地利用分區(qū)、污染源分布及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，完成地下水污染防治分區(qū)．本研究認(rèn)為地下水污染防治區(qū)劃是針對地下水污染問題，從污染事件發(fā)生的本質(zhì)角度、地下水開采利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度及現(xiàn)階段實(shí)施地下水保護(hù)措施的政策角度綜合開展的地下水評價(jià)．

現(xiàn)階段針對地下水污染相關(guān)問題開展的單項(xiàng)研究工作較多，綜合研究工作較少．單項(xiàng)研究工作包括地下水脆弱性評價(jià)研究［7，8］、地下水污染源評價(jià)研究［9～11］、地下水價(jià)值研究［9，11～13］、地下水源保護(hù)區(qū)劃分研究［14～16］等．上述單項(xiàng)研究工作僅針對地下水污染問題的單一方面，存在各自的研究側(cè)重點(diǎn)．如地下水脆弱性研究(包括固有脆弱性及特殊脆弱性)側(cè)重對研究區(qū)域自身水文地質(zhì)條件抵御外來污染物能力的定性或定量描述，地下水污染源研究側(cè)重地表污染源及人為活動(dòng)造成地下水污染的危害性的定性或定量描述．上述2種研究基于含水層及污染源的本質(zhì)特征，均是針對地下水潛在污染發(fā)生過程的評價(jià)．地下水價(jià)值的相關(guān)研究是從地下水開采利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行地下水評估．作為現(xiàn)階段必不可少的政策性研究，地下水源保護(hù)區(qū)劃分受限于水源地尺度范圍［17］及其保護(hù)區(qū)劃分的目的，這對于開展城市尺度或者更大范圍區(qū)域尺度的相關(guān)研究是不夠的．綜合研究工作包括地下水脆弱性與地下水污染源相結(jié)合的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分析［11，18，19］、結(jié)合地下水脆弱性及地下水源保護(hù)區(qū)劃分的綜合研究［15，16］或?qū)⑸鲜鰡雾?xiàng)研究相結(jié)合開展的區(qū)劃研究［9，20］等．大多數(shù)綜合研究的出發(fā)角度不夠全面，容易忽略地下水污染問題基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度、政策角度的考慮．

地下水污染防治區(qū)劃體系致力于上述問題的綜合研究．從本質(zhì)角度(地下水固有脆弱性與地表污染風(fēng)險(xiǎn)源危害性)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度(地下水價(jià)值)、政策角度(地下水源保護(hù)區(qū)劃分)這3個(gè)不同角度構(gòu)建地下水污染防治區(qū)劃體系，匯集單項(xiàng)研究取得的成果，并作為地下水污染相關(guān)的預(yù)防、監(jiān)管措施制定與實(shí)施的依據(jù)．

1體系構(gòu)建

本研究提出的地下水污染防治區(qū)劃要素構(gòu)成如圖1所示，由基礎(chǔ)層(地表污染源危害性、地下水固有脆弱性、含水層富水性、地下水水質(zhì))、中間層(地下水污染風(fēng)險(xiǎn)、地下水源保護(hù)區(qū)、地下水價(jià)值)、目標(biāo)層(地下水污染防治區(qū)劃)這3個(gè)評價(jià)層次組成．

1.1體系構(gòu)成要素解析

1.1.1地下水污染風(fēng)險(xiǎn)

地下水污染事件的發(fā)生是地表污染源與含水層二者相互作用的結(jié)果［18，21，22］．地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)應(yīng)從研究區(qū)域所包括的地表污染源及自身的水文地質(zhì)條件著手．地下水污染源危害性分級是較為常見的污染源評價(jià)方式．早在20世紀(jì)60年代便有研究者開展了針對特定種類地下水污染源的分級評價(jià)工作［20］．然而地表污染源種類極多，僅僅開展針對特定種類污染源的分級評價(jià)工作對于城市尺度或者范圍更大的區(qū)域尺度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要建立針對不同種類污染源的分級評價(jià)體系．基于同一評價(jià)體系對不同種類污染源進(jìn)行分級評價(jià)的研究源于20世紀(jì)70年代末．受限于不同類型地下水污染風(fēng)險(xiǎn)源的規(guī)模、所屬特征污染物及其排放方式等問題，以及實(shí)際開展評價(jià)工作所需巨大的信息量、不同污染源的信息豐富程度是否一致等問題，均增加了不同類型地下水污染源評價(jià)的難度［23］．以往的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)源評價(jià)以定性或者半定量方法為主，存在較大人為主觀性，通用性較差［24］．本研究使用基于地下水污染源解析的定量評價(jià)方法［24］．該方法對地下水污染源所屬的特征污染物及其對應(yīng)排放量進(jìn)行解析，計(jì)算出地下水污染源的危害性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地下水污染源的分級．地下水脆弱性是刻畫特定水文地質(zhì)條件自身抵抗外來污染能力的通用方法．評價(jià)方法分為地下水固有脆弱性評價(jià)與特殊脆弱性評價(jià)兩種．具體評價(jià)方法分類包括迭置指數(shù)法、過程數(shù)學(xué)模擬法，統(tǒng)計(jì)方法、模糊數(shù)學(xué)方法等［7，25，26］．DRASTIC評價(jià)方法［27］屬于迭置指數(shù)法的一種，盡管存在一定的主觀性問題及參數(shù)設(shè)置問題，但仍是目前應(yīng)用最為廣泛的地下水固有脆弱性評價(jià)方法．相較于其他評價(jià)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于較低的數(shù)據(jù)依賴性及方法的不確定性［11，17，28］．DRASTIC評價(jià)方法表征為:（略）．本研究使用DRASTIC方法進(jìn)行研究區(qū)域的地下水固有脆弱性評價(jià)．需要注意的是，地表污染源危害性與地下水固有脆弱性存在動(dòng)態(tài)性特征．地表污染源一直處在人類活動(dòng)的影響下，特征污染物及其對應(yīng)排放量隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化．而地下水固有脆弱性則會(huì)受到水位埋深、凈補(bǔ)給量、包氣帶厚度等變化的影響．相較而言，地表污染源的動(dòng)態(tài)特征更為明顯．由于受控于污染源及一些水文地質(zhì)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的評估需要在獲取變化因素的基礎(chǔ)上及時(shí)進(jìn)行更新．而更新之前應(yīng)確定參數(shù)的變化是否能夠?qū)Φ叵滤廴撅L(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果及整個(gè)區(qū)劃的結(jié)果造成顯著影響．因此，需要對體系構(gòu)成要素進(jìn)行敏感性分析并結(jié)合實(shí)際動(dòng)態(tài)資料進(jìn)行計(jì)算．然后在此基礎(chǔ)上提出針對某區(qū)域區(qū)劃評估的合理更新頻率．

1.1.2地下水價(jià)值

地下水價(jià)值是從社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面對地下水的開采使用情況進(jìn)行衡量．有研究指出認(rèn)清地下水的價(jià)值極其重要［12，20］．雖然沒有形成具體的定量表征方法，但即使一個(gè)部分的或者不精確的衡量地下水價(jià)值的方法同樣有利于決策者理解改變相應(yīng)的政策及管理措施會(huì)對地下水價(jià)值造成的影響．地下水價(jià)值由開采價(jià)值及原位價(jià)值組成．其中開采價(jià)值源于市政、工商業(yè)、農(nóng)業(yè)等對地下水的需求;原位價(jià)值是指含水層對周期性開采地下水引起一系列影響的緩沖能力，如因開采地下水引起的地質(zhì)災(zāi)害，污染物擴(kuò)散、棲息地及生物多樣性破壞等．地下水價(jià)值體現(xiàn)為含水層的富水性及地下水的水質(zhì)兩方面［9，11，29］．因此，本研究從含水層富水性及地下水水質(zhì)兩方面展開地下水價(jià)值的評價(jià)．利用單井出水量來衡量含水層的富水性，通過地下水水質(zhì)類別劃分來區(qū)別地下水水質(zhì)差異．

1.1.3地下水源保護(hù)區(qū)

地下水源保護(hù)區(qū)劃分是決策者實(shí)施地下水管理及保護(hù)措施的重要環(huán)節(jié)［30］．將其納入本區(qū)劃體系，用于表征當(dāng)前的政策實(shí)施與管理．地下水源保護(hù)區(qū)的劃分，對防止地下水源地污染，保護(hù)水源地環(huán)境質(zhì)量起到了重要作用［14～16］．納入地下水源保護(hù)區(qū)的區(qū)域，在地下水污染防治區(qū)劃構(gòu)建過程中賦予的級別值高于其他區(qū)域．

1.2構(gòu)成要素疊加方法解析

1.2.1疊加原則

體系構(gòu)建過程中需要進(jìn)行3處構(gòu)成要素的疊加耦合，包括中間層的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、地下水價(jià)值及目標(biāo)層的地下水污染防治區(qū)劃．地表污染源危害性評價(jià)及地下水固有脆弱性評價(jià)的疊加構(gòu)成地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)．疊加過程遵循“擇優(yōu)原則”，即:假設(shè)地表污染源危害性與地下水固有脆弱性均分為1～5五個(gè)等級(表1)，數(shù)值越小代表地表污染源危害性越低或者地下水固有防污性能越好．二者疊加，地下水污染風(fēng)險(xiǎn)由數(shù)值小(級別低)的一方?jīng)Q定．地下水價(jià)值由含水層富水性及地下水水質(zhì)疊加而成，疊加過程遵循如下公式:(略)．地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、地下水價(jià)值、地下水源保護(hù)區(qū)劃分三者疊加構(gòu)成地下水污染防治區(qū)劃，疊加過程遵循如下公式:（略）．

1.2.2可視化表達(dá)

體系構(gòu)建過程中借助GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建體系的可視化表達(dá)［29，34～36］．借助Arcgis9.3軟件的SpatialAnalysis模塊，將研究區(qū)域剖分成1km×1km的單位公里網(wǎng)格，并以此為單位，利用上述疊加原則對體系構(gòu)建要素進(jìn)行空間運(yùn)算，并最終實(shí)現(xiàn)防治區(qū)劃體系的可視化表達(dá)．

2案例分析

將本體系應(yīng)用于北京市平原區(qū)(不含延慶)的地下水污染防治區(qū)劃建設(shè)．首先利用北京市平原區(qū)地表污染源危害性分級(圖2)［24］與地下水固有脆弱性分級(圖3)進(jìn)行北京市平原區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評估．地表污染源危害性與地下水固有脆弱性均分為5級，遵循上述擇優(yōu)原則，二者依據(jù)表1進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分級圖(圖4)．其中，圖2進(jìn)行量化表征的地表污染源種類包括北京市平原區(qū)的加油站及油庫、垃圾場、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、地表排污河6類，相關(guān)研究見文獻(xiàn)［23］．圖3是利用DRASTIC方法評價(jià)得到的北京市平原區(qū)潛水含水層固有脆弱性評價(jià)結(jié)果，本文不做詳述．圖4顯示北京市平原區(qū)污染風(fēng)險(xiǎn)最高的區(qū)域(圖中方形圈中區(qū)域)位于北京市城區(qū)西南近郊．該區(qū)域位于永定河出山口沖洪積扇頂部，防污性能很差．此外，該區(qū)域是北京市的重要工業(yè)基地，且非正規(guī)垃圾填埋場眾多．這些因素的共同作用致使該區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)最高．污染風(fēng)險(xiǎn)較高的大部分區(qū)域位于平原區(qū)溫榆河、涼水河所流經(jīng)區(qū)域，這兩條河是北京市主要排污河流．其余污染風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域所處位置為工業(yè)區(qū)、垃圾場等．污染風(fēng)險(xiǎn)中等的大部分區(qū)域位于北京城八區(qū)．南部平原區(qū)是主要的農(nóng)業(yè)區(qū)，污染風(fēng)險(xiǎn)級別高于北部大部分區(qū)域．

其次將北京市平原區(qū)含水層富水性分級(圖5)與地下水水質(zhì)分級(圖6)［37］利用公式(2)進(jìn)行疊加運(yùn)算，并依據(jù)表2進(jìn)行分級，得到北京市平原區(qū)地下水價(jià)值分級圖(圖7)．圖7表明北京市平原區(qū)西部較于東部，北部較于南邊，地下水價(jià)值相對較高．這是由含水層富水性及地下水水質(zhì)共同決定的．其中，對含水層富水性進(jìn)行分級時(shí)，將富水性＞5000m3•d－1的區(qū)域賦值為4，3000～5000m3•d－1的賦值為3，并依次降低到1;根據(jù)水質(zhì)類別，水質(zhì)分級從優(yōu)良到極差賦值依次為由4～1．

在對北京市平原區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)及地下水價(jià)值完成分級評價(jià)之后，結(jié)合北京市平原區(qū)地下水源保護(hù)區(qū)劃分(圖8，北京市環(huán)境保護(hù)局于2000年完成)，依據(jù)表3進(jìn)行3種疊加要素分級的賦值，然后依據(jù)公式(3)進(jìn)行疊加運(yùn)算，在得到北京市平原區(qū)地下水污染防治區(qū)劃評分值的基礎(chǔ)上，依據(jù)表4進(jìn)行分級，最終得到北京市平原區(qū)地下水污染防治區(qū)劃圖(圖9)．圖9表明北京市平原區(qū)防治級別最高(三級)的大部分區(qū)域位于城八區(qū)西部、平原區(qū)北部及東北部，這些區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)等級(圖4)、地下水價(jià)值等級(圖7)及地下水源保護(hù)區(qū)等級(圖8)均處于較高級別;防治級別次之(二級)的大部分區(qū)域位于平原區(qū)的中部、西南部、東北部，在圖4、7、8中均能有所體現(xiàn)．總體上看，北京市平原區(qū)地下水污染防治區(qū)劃圖能夠從本質(zhì)角度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度和政策角度綜合反映出該區(qū)域目前的地下水狀況，符合實(shí)際情況，能夠?yàn)橄乱徊綄?shí)際相關(guān)工作的開展提供依據(jù)．

3結(jié)論

地下水污染防治區(qū)劃體系的構(gòu)建應(yīng)從污染源自身造成污染及含水層自身抵御污染的本質(zhì)層面、地下水自身蘊(yùn)含價(jià)值的社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面及現(xiàn)階段制定與實(shí)施的政策、法規(guī)等政策層面進(jìn)行綜合考慮．地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、地下水價(jià)值及地下水源保護(hù)區(qū)劃分則是上述三個(gè)層面的量化表征．體系構(gòu)建過程中，借助GIS技術(shù)，以層次分析法確定權(quán)重及建立的相應(yīng)疊加原則對構(gòu)成要素的耦合起到了至關(guān)重要的作用．本體系在北京市平原區(qū)地下水的應(yīng)用表明區(qū)劃分級結(jié)果能夠綜合反映出北京市平原區(qū)地下水在上述本質(zhì)層面、社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面及政策層面的研究成果，符合現(xiàn)實(shí)情況，對下一步實(shí)際預(yù)防、監(jiān)管措施的制定與實(shí)施可以起到指導(dǎo)作用．此外，由于構(gòu)成要素的動(dòng)態(tài)性特征，開展構(gòu)成要素的敏感性分析并結(jié)合實(shí)際情況確定區(qū)劃的更新頻率，對本體系的完善及推廣具有重要意義．