地下水防污性能评价方法

表2 美国各水文地质条件区的DRASTIC模型的DI值 （DRASTIC index for hadrogeologic setting, US）
水文地质区编 10号Aa 1Aa东 8A 7Aa 9Da 7Ea 6Da
水文地质条件 水文地质条件 承压含水层 斜坡地区 斜坡地区
上复层状沉积岩的冰碛物区 上复结晶岩的冰碛物区
（6）包气带影响 I（Impact of the vadose zone）
地形坡度（T）
包气带介质影响（I）
含水层水力传导系数（C）
坡度
% 0~2
评分 10
介质 粉土/粘土
评分 1~2 (1)
m/d 0.04~4.1
评分 1
2~6
9
页岩
2~5(3)
4.1~12.2
2
6~12
5
灰岩
2~7(6)
12.2~28.5
4
12~18
3
砂岩
4~8(6)
28.5~40.7
6
>18
1
层状的灰岩、砂岩、页岩
◆ 此外，净补给量中包括灌溉补给的来源。
（3）含水层介质 A (Aquifer media)
含水层介质既控制污染物渗流途径和渗流长度，也控制污染物衰减作用（象吸附、 各种反应和弥散等）可利用的时间及污染物与含水层介质接触的有效面积。污染物渗透途 径和渗流长度强烈受含水层介质性质的影响。一般来说，含水层中介质颗粒越大、裂隙或 溶隙越多，渗透性越好，污染物的衰减能力越低，结果防污性能越差。
5．地下水防污性能分类
（1）天然防污性能（intrinsic vulnerability）。它是指在一定的地质、水文 和水文地质条件下，地下水防止人类活动产生的所有污染物污染的能力，天然防 污性能与污染物性质无关。
（2）特殊防污性能（specific vulnerability），它是指地下水防止某种或某类 污染物污染的能力，它考虑污染物性质及其在地下环境中的迁移能力。有些学者 曾研究过地下水防止农药和氮污染的特殊防污性能。
二、天然防污性能评价方法
防污性能评价方法三种：点评分指数模型、统计学模型和模拟模型。 点评分指数模型的基本原则 天然防污性能多采用点评分指数模型的基本原则是 ◆（1）选择对地下水污染影响最明显的地质水文地质条件作为评价因子； ◆（2）对各因子的评分范围进行划分，各评分范围给予不同的分值，防污 性能好的分值低，反之则高； ◆（3）根据各种因子对地下水防污性能影响的大小给以不同的权重值，影 响大的权重值大，反之则小； ◆（4）把各单因子的评分值通过某种数学方式变为无量纲的防污性能指数 ，以防污性能指数的大小评价该地区地下水的防污性能的好与差。 ◆到底要考虑那些因子、各种因子的区间（或类别）如何划分、评分值和权 值给多少？用那种数学方式计算防污性能指数？各家都有不同的选择，人为因素 影响很大。
因
权值
因
权值
子
所有污染物 农药类污染物
子
所有污染物 农药类污染物
D
5
R
4
A
3
S
2
5
T
1
3
4
I
5
4
3
C
3
2
5
—
—
C．各因子评分类别的划分和评分
类别划分 D、R、T、C 是数值类因子； A、R、I 是介质类因子。
类别评分 设计的分值范围是1—10，防污性能最好的 评分为1，最差的评分为10。其中， D、R、S、T 因子每个区间或每类介质只 给一个评分值， A、I 因子的每类介质给一个分值范围和一 个代表性分值。 详见表3
一、基本概念
1．英文的各种表述： （1）完整的表述 “groundwater（aquifer） vulnerability to pollution” （2）简略的表述 “groundwater（aquifer） vulnerability”“vulnerability”
2．中文的各种翻译： “地下水（含水层）脆弱性”、“地下水易污染性”、“地下水污染敏感性”等。
3．完整的直译 “groundwater（aquifer） vulnerability to pollution”直译成中文应该是 “地下水（含水层）对污染的脆弱性”。 综合有关的外文文献，“groundwater（aquifer） vulnerability to pollution” 这 一词组的基本含义是指地表污染物进入地下水（含水层）的难易程度。 即在一定的地质和水文地质条件下，如果地表污染物很易进入地下水，则 该地区的“vulnerability”属于高“high”的地区，反之是属于低“low”的地区。
性能极差。
（5）地形坡度 T (Topography)
◆地形坡度有助于控制污染物是产生地表径流还是渗入地下，在 施用杀虫剂和除草剂而使污染物易于积累地区，地形坡度因素特别 重要。
◆地形坡度<2%地区，因为不会产生地表径流，污染物入渗的机 会多；相反，地形坡度>18%地区，地表径流大，入渗小，地下水 受污染的可能性也小。
4~8(6)
40.7~81.5
8
—
—
含较多粉粒和粘粒的砂砾石
4~8(6)
>81.5
10
—
—
变质岩、火成岩
2~8(4)
—
—
—
—
砂砾石
6~9(8)
—
—
—
—
玄武岩
2~10(9)
—
—
—
—
岩溶发育灰岩
8~10(10)
—
—
(4)括弧内的数字为典型评分值
D．DRASTIC指数（DI）的计算方法
用下列公式计算DRASTIC指数 DI=DWDR+RWRR+AWAR+SWSR+TWTR+IWIR+CWCR 式中，DI为DRASTIC指数（本文称其为防污性能指数，下同），W为该因 子的权重，R为该因子的评分。 DI值范围：23~230（所有污染物），26~260（农药类）。DI值越高，防污性 能越差；反之防污性能越好。 美国使用DRASTIC模型时，并没有按DI值对防污性能分级，即没有规定防 污性能好和差的DI值范围。 表2列举了美国不同水文地质条件区的DI值，该表数据说明，承压含水层 DI 值最低（53），其防污性能最好；岩溶发育的灰岩和沼泽地 DI值最高（216~251 ），其防污性能最差。
表3 DRASTIC各因子的类别及其评分 （Range and rating for DRASTIC factors）
地下水埋深（D）
埋深 （m)
评分
0~1.5
10
1.5~4.6
9
4.6~9.1
7
9.1~15.2
5
15.2~22.9
3
22.9~30.5
2
>30.5
1
—
—
—
—
净补给量（R）
净补给量 (mm)
4．合适的翻译
为了使这一外来名词术语具有既简单又确切的中文含义，把它意译为 “地下水（含水层）防污性能” 所谓“地下水（含水层）防污性能”是指地下水防止污染的能力。但它的分级 正好与英文的“vulnerability”的含义相反，即地表污染物很易进入地下水地区是 地下水防污性能低的地区，反之是属于高的地区。
B．各因子权重
按其对防污性能影响的大小分别给予权重值，影响最大的权重值为5，影响 最小的为1。权值是不变的常数。
权值分两类，所有污染物权值和农药类污染物，其中 S、T、I、C 四个因子 的两类权重值有所差别（表1）。
表1 DRASTIC因子权重（Relative weighting of DRASTIC factors）
下面按其防污性能，由好到差进行排序： ◆ 块状页岩（厚层状页岩、泥质砂岩或粘土 ） ◆变质岩和火成岩 ◆风化的变质岩、火成岩 ◆层状的砂岩、灰岩、页岩系列 ◆块状砂岩 ◆块状灰岩 ◆砂砾石 ◆玄武岩 ◆岩溶发育灰岩。
（4）土壤介质 S(Soil media)
下面按其防污性能，由好到差排序 ◆非胀缩性粘土(Nonshrinking clay) 含依利石和高岭石粘土遇水不膨胀不收 缩，不会形成降低防污性能的垂直次生渗透裂隙。 ◆粘质壤土 土壤结构特征是粉粒15—53%，粘粒27—40%，砂粒20—45%， 由于粘土含量高、渗透性小，防污性能好。 ◆粉质壤土 土壤结构特征是粉粒50—88%，粘粒0—27%，砂粒0—50%，防 污性能较好，但比粘质壤土差，因为粘粒的百分含量较低。 ◆壤土 土壤结构特征是粉粒28—50%，粘粒7—27%，砂粒23—52%，防污 性能仍然较好，但比粉质壤土差，因为粘粒和粉粒含量低。 ◆砂质壤土 土壤结构特征是粉粒0—50%，粘粒0—20%，砂粒43—85%，防 污性能较差，因为砂粒的百分含量较高。 ◆胀缩性粘土(Shrinking clay) 其特征是含具有膨胀晶格的蒙脱石或埃洛石， 它们随干湿改变而收缩和膨胀。椐文献记载，干燥时产生次生渗透裂隙，潮湿初 期污染物会迅速迁移，故防污性能较差。 ◆砂 粒径为1/16 mm至2 mm，一般没有粉粒和粘粒，所以防污性能差。 ◆砾石 粒径大于2 mm，通常是大颗粒为主的砂、粉土、粘土和砾石的混合物 ，水渗透很快，防污性能很差。 ◆土壤层薄或缺失 如没有土壤层或土壤层薄到不能阻止污染物迁移时，防污
无漫滩沉积物的河流冲积物区
薄层土壤的砂岩、灰岩、页岩交错区
所有污染物 53 65 75 93 103 124 129
DI值
农药类污染物 53 91 102 117 134 149 155
10Ba
无漫滩沉积物的河流冲积物区
132
157
2B
山间河谷冲积物区
132
165
8B
山间河谷冲积物区
162
185
8E
（一）DRASTIC模型
1．设计思路 A．因子的选着
选着了以下七个因子：
◆（1）D为地下水埋深(Depth of water-table) ◆（2）R为净补给量[Recharge(net)]； ◆（3）A为含水层介质(Aquifer media) ◆（4）S为土壤介质(Soil media)； ◆（5）T为地形坡度[Topography(slope)])； ◆（6）I为包气带影响（Impact of the vadose）； ◆（7）C为水力传导系数[(hadraulic) Conductivity of the aquifer]。
评分
0~50.8
1
50.8~101.6
3
101.6~177.8
6
177.8~254
8
254
9
—
—
—
—
—
—
—
—
含水层介质（A）
介质
评分
块状页岩 变质岩、火成岩
1~3(2) 2~5(3)
风化的变质岩 、火成岩
薄层状砂岩 、灰岩、页岩
块状砂岩
3~5(4) 5~9(6) 4~9(6)
块状灰岩
4~9(6)
砂砾石 玄武岩 岩溶发育灰岩
地下水防污性能评价方法
授课人： 中国地质大学（北京） 钟佐燊
授课内容
一、基本概念
二、天然防污性能评价方法
（一）DRASTIC模型 （二） 其它模型
三、 特殊防污性能评价方法: LSD 统计学模型 四、 我国地下水天然防污性能评价方法的初步想法
（一） 基本原则 （二） 潜水防污性能评价：DRTA 模型 （三） 承压水防污性能评价：DLCT 模型
◆它是一个很重要的因子，因为它决定污染物到达含水层前要迁移的深 度，它有助于确定污染物与周围介质接触的时间。
◆一般来说，地下水埋深越大，污染物迁移的时间越长，污染物衰减的机 会越多。此外，地下水埋深越大，污染物受空气中氧的氧化机会也越多。
（2）净补给量 R (Net recharge)
◆补给水使污染物垂直迁移至潜水并在含水层中水平迁移，并控制着污 染物在包气带和含水层中的弥散和稀释。
6~9(8) 2~10(9) 9~10(10)
(4)括弧内的数字为典型评分值
土壤介质（S）
介质
评分
薄层或缺失
10
砾石
10
砂
9
涨缩性粘土
7
砂质壤土
6
壤土
5
粉质壤土
4
粘质壤土
3
非涨缩性粘土
1
续表3 DRASTIC各因子的类别及其评分 （Range and rating for DRASTIC factors）
河流冲积物区
176
198
1Eb西
宽河谷冲积物区（排水性能很好）
180
192
6E
岩溶发育灰岩区
196
216
12D
海岸沙滩区
201
230
11A
岩溶发育灰岩区
218
243
11
沼泽区
224
251
ห้องสมุดไป่ตู้
2.各类因子的描述
（1）地下水埋深 D (Depth to water-table)
◆ 地下水埋深是指地表至潜水位的深度或地表至承压含水层顶部（即隔 水层顶板底部）的深度。
◆在潜水含水层地区，垂直补给快，比承压含水层易受污染；在承压含 水层地区，由于隔水层渗透性差，污染物迁移滞后，对承压含水层的污染起 到一定的保护作用。
◆在承压含水层向上补给上部潜水含水层地区，承压含水层受污染的机 会极少。
◆补给水是淋滤、传输固体和液体污染物的主要载体，入渗水越多，由 补给水带给潜水含水层的污染物越多。补给水量足够大而引起污染物稀释 时，污染可能性不再增加而是降低，但在净补给量的评分上并没有反映稀释 因素。