地下水防污性能评价方法(二)

4
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 2 美国各水文地质条件区的DRASTIC模型的DI值[1]
Table 2 DRASTIC index for hydrogeological settings, US[1]
—
4．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
251
表 3 DRASTIC各因子的类别及其评分[1]
Table 2 Ranges and ratings for DRASTIC factors[1]
地下水埋深（D）
埋深（m） 评分
净补给量（R）
净补给量 (mm) 评分
含水层介质（A）
介质
评分
土壤介质（S）
介质
评分
0―1.5
10
0―50.8
1
块状页岩
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
5
2.1.2 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
3 特殊防污性能评价方法 4 我国地下水天然防污性能评价方法的初步想法
4.1 基本原则 4.2 潜水防污性能评价（DRTA 模型） 4.3 承压水防污性能评价
2
地调局地下水污染调查评价技术培训授课资料（二）
地下水防污性能评价方法
授课人 钟佐燊
近年来，由于水资源短缺，人们对地下水资源的保护日益重视，因此不同地质和水文地 质条件下的地下水的防污性能（或污染敏感性等）评价的研究成了国内外学者关注的热门课 题，但用什么方法评价最有效，还在探讨，目前还没有比较一致的认识。本文着重介绍世界 使用最广泛的美国 DRASTIC 模型，对其进行一些讨论，并依据我国的具体情况，对我国地 下水防污性能评价问题的研究进行一些探讨，供大家参考。
1―3(2)
薄层或缺失
10
1.5―4.6
9
50.8―101.6
3 变质岩、火成岩 2―5(3)
砾石
10
4.6―9.1
7
101.6―177.8
6
风化的变质岩 3―5(4)
砂
9
、火成岩
9.1―15.2
5
177.8―254
8
薄层状砂岩
5―9(6)
涨缩性粘土
7
、灰岩、页岩
15.2―22.9
3
>254
9
块状砂岩
2 天然防污性能评价方法
天然防污性能多采用点评分指数模型。其基本原则是，首先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；第二，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；第四，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；最后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
许多国外或国内文献都介绍或使用DRASTIC模型，但都没有详细交代DRASTIC模型各
因子的具体含义、选着原则和设计思路，甚至有错误或不准确之处等等。为此，下面根据原
文献[1]，对DRASTIC模型进行较详细介绍。
2.1.1 模型设计思路
1．因子的选着
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，选着的原则是，选着对
深度，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。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。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。 下面按其防污性能，由好到差，对各种介质进行描述。 （1）块状页岩 厚层状页岩、泥质砂岩或粘土通常仅能从裂隙给出很少的水量，防污 性能很好，但其防污性能受裂隙发育程度影响。 （2）变质岩和火成岩 固结的变质岩、火成岩空隙度很小或基本没有空隙，它仅能从 岩石裂隙里给出很少一点水，其防污性能是裂隙发育程度的函数。 （3）风化的变质岩、火成岩 它们是非固结介质，通常称为风化层，是由下伏有原生 空隙的固结基岩风化形成的。其防污性能明显受粘土含量影响，粘土含量高，防污性能好。 （4）层状的砂岩、灰岩、页岩系列 它们是典型的薄层状沉积岩系列，有原生空隙， 但其防污性能受裂隙发育程度控制。 （5）块状砂岩 固结的砂岩既有原生空隙也有次生空隙，其层厚比层状砂岩、灰岩、 页岩系列更厚，其防污性能明显受裂隙发育程度和原生空隙控制。 （6）块状灰岩 固结的灰岩或白云岩比层状砂岩、灰岩、页岩更厚，其防污性能明显 受裂隙发育程度和溶蚀状况影响。 （7）砂砾石 它是砂和砾石混合的非固结介质，其细粒含量有变化，细粒含量少的称 为“清洁的”砂砾石，较“清洁的”和颗粒较粗的砂砾石含水层防污性能更好。 （8）玄武岩 它是喷出岩，含有顺层裂隙、裂隙和泡状孔隙。其防污性能受熔岩流连 通空隙数量影响。 （9）岩溶发育灰岩 有大的连通的洞穴和溶隙，这是块状灰岩的特殊例子。◆ 4．土壤介质 S(Soil media) 土壤介质是指包气带顶部具有生物活动特征的部分，它明显影响渗入地下的补给量，所 以也明显影响污染物垂直进入包气带的能力。在土壤带很厚的地方，入渗、生物降解、吸附 和挥发等污染物衰减作用十分明显。一般来说，土壤防污性能明显受土壤中的粘土类型、粘 土胀缩性和颗粒大小的影响，粘土胀缩性小、颗粒小的，防污性能好。此外，有机质也可能 是一个重要因素。 下面按其防污性能，由好到差，对对各种土壤介质进行描述。
3
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。
目前国外现有的防污性能评价数模型很多，共有 30 多种，其中，DRASTIC模型应用最 为广泛，它是美国环保局（U.S.EPA）1985 年提出的[1]。在美国许多地区曾用DRASTIC模型
进行地下水防污性能编图，此外，在世界一些国家也曾应用此模型，例如欧盟、南非、葡萄
牙、尼日利亚[3]、南朝鲜[11]、以色列[2]等。但是，DRASTIC模型还有许多缺陷，人们对DRASTIC
模型褒贬不一。除DRASTIC模型外，有些学者还提出了其他模型，如GOD模[12]、SIGA[3]模
型等。
2.1 DRASTIC模型[1]
水文地质区编号
水文地质条件
DI 值
所有污染物
农药类污染物
10Aa
承压含水层
53
53
1Aa 东 8A
斜坡地区 斜坡地区
65
91
75
102
7Aa
上复层状沉积岩的冰碛物区
93
117
9Da
上复结晶岩的冰碛物区
103
134
7Ea
无漫滩沉积物的河流冲积物区
124
149
Fra Baidu bibliotek
6Da
薄层土壤的砂岩、灰岩、页岩交错区
129
评分值，而 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。
表 1 DRASTIC因子权重[1] Table 1 Weightings of DRASTIC factors[1]
因子
权值
所有污染物
农药类污染物
因子
权值
所有污染物
农药类污染物
D
5
5
T
1
3
R
4
4
I
5
4
A
3
S
2
3
C
3
2
5
—
4―9(6)
砂质壤土
6
22.9―30.5
2
—
—
块状灰岩
4―9(6)
壤土
5
>30.5
1
—
—
砂砾石
6―9(8)
粉质壤土
4
—
—
—
—
玄武岩
2―10(9)
粘质壤土
3
—
—
—
— 岩溶发育灰岩 9―10(10) 非涨缩性粘土
1
(4)括弧内的数字为典型评分值
表 3 DRASTIC各因子的类别及其评分[1]
Table 3 Ranges and ratings for DRASTIC factors[1]
因子的两类权重值有所差别（表 1）。
3．各因子评分类别的划分和评分
首先对 DRASTIC 模型中各因子进行类别划分，D、R、T、C 因子是数值分类；因子 A、
R、I 是介质分类。然后，对每种因子的每个类别评分，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
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
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
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 % 评分
介质
评分
m/d
评分
0―2
10
粉土/粘土
1~2 (1)
0.04―4.1
1
2―6
9
页岩
2~5(3)
4.1―12.2
2
6―12
5
12―18
3
灰岩 砂岩
2~7(6)
12.2―28.5
4
4~8(6)
28.5―40.7
6
>18
1
层状的灰岩、砂岩、页岩
地调局地下水污染调查评价技术培训授课资料（二）
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
1
授课内容
1 基本概念 2 天然防污性能评价方法
2.1 DRASTIC模型[1] 2.1.1 模型设计思路 2.1.2 各类因子的描述 2.1.3 应用 DRASTIC 模型的有关问题 2.1.4 DRASTIC 模型的一些缺陷 2.2 其它模型 2.2.1 GOD模型[9] 2.2.2 Vierhuff法[4]
C 为水力传导系数(Hydraulic conductivity of the aquifer)。，按每个因子的英文字头，命名为
DRASTIC 模型。
2．DRASTIC 模型各因子权重
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
地下水防污性能的影响大且资料容易取得的因子。据此选着了以下七个因子：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 ），
1 基本概念
1．英文的表述 不同的含水层由于其所处的地质和水文地质条件的不同，其受污染的可能性也不同，有 些很容易受污染，有些很难受污染。在英文文献中有关这种现象的文字表述稍有差异，比较 完整的表述是“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”。简略的表述是“groundwater（aquifer） vulnerability”， 或“vulnerability”，但其实际含义都是“地下水（含水层）对污染的脆弱性”。有时也用 “groundwater pollution potential”(地下水污染可能性)一词代替。总之，不管英文如何表述， 其基本含义都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。 2．中文的表述 在中文文献中，对“groundwater（aquifer） vulnerability to pollution”、“groundwater （aquifer） vulnerability”或“vulnerability”的翻译有“地下水脆弱性”[14、15、16]、“地下水 易污染性”[17]、“地下水污染敏感性”[12、13]等。显然，这些翻译不太理想，或者是含义不够 确切，或者是不够简练。 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（含水层）防止污染的能力。 但防污性能的含义正好与英文的“vulnerability”相反，是它的反义词，即地表污染物很易 进入地下水的地区是地下水防污性能低的地区，反之是地下水防污性能高的地区。 3．地下水防污性能分类 地下水防污性能分为两类：（1）天然防污性能（intrinsic vulnerability）。它是指在一定 的地质水文地质条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度，它与含水层所 处的地质水文地质条件有关，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卤代烃、农药和氮污染的殊防污性能。