地下水污染脆弱性评价

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发表日期：2005年12月29日 有3209位读者读过此文 【字体：大中小】

地下水污染脆弱性评价((一)

地下水污染脆弱性评价

李　烨译；魏国强、冯翠娥校译

（美国地质调查局组织专家编写该报告，于2002年印刷出版。）

一、概　述

随着整个美国对饮用水安全和生态健康需求的不断增加，政策决策者正面临着如何评价和管

理水资源的问题。由于需要评价人为活动和天然污染源对地下水资源造成的可能污染，因此在政

策制定和目标管理过程中面临着严峻的挑战。对地下水污染的脆弱性评价，既有费用相对较低的

简单定性法，也有成本相对较高的严格定量评价法。必须针对水资源决策者的不同需求，认真分

析评价成本、防御措施的科学性和可能存在的不确定性等因素。

（一）背　景

1996年的饮用水安全法修正案开创了预防饮用水污染的新纪元，其中强调了水源管理的重要性。在美国环保署（简称USEPA）提出的水资源评价计划中，要求对水资源系统进行污染脆弱性

评价（美国环保署，1997）。保护饮用水的第一步，是要对水源进行评价，考虑到地下水资源可

能会受到某些污染，因此，在开展这项工作时，通常要与现有的水资源保护规划结合起来进行。

许多联邦、州和地方的水资源管理计划中，都考虑到了地下水的脆弱性评价问题，其中包括如何

确定可持续饮用水源，对地下水进行杀菌消毒，杀虫剂管理计划，废弃物地下填埋和“幽禁的动

物给食运作”（简称CAFO）等。美国国家研究院在1993年发表的一篇文章中，对政府、私人和学术机构进行地下水污染的脆弱性评价时所采用的一些方法进行了总结。根据特定的目标和可利用

的资源，评价范围包括私人水井乃至整个含水层系统，研究对象可以是针对某种污染物或某类污

染物，也可以是针对所有的污染物。

（二）本报告的目标

本报告对科学确定地下水污染的脆弱性的控制方法进行了概括，另外，还对这些方法在制定

水资源管理决策过程的优缺点进行了讨论。USGS通常与地方、州和地区水资源管理局通过实例研究，共同对防御方法进行科学分析。

本报告通过两个假定的地下水脆弱性评价实例，来突出管理目标和科学目标的区别，并强调制定科学防御决策的重要性。本报告认为，为了实现科学发展的目标，可以采用许多合适而且较为客观的方法。通过这些实例，可以说明水资源决策者是如何通过成功的地下水脆弱性评价，来满足管理目标和政策目标并制定科学的防御对策。

本报告主要是为经验丰富的土地和水资源管理者、协调者和决策者（以后的章节中通称水资源决策者），以及一些科学机构（包括USGS）的管理者服务，这些科学机构主要负责研究如何确定影响地下水污染脆弱性的主要因素并对其加以控制，同时也可以作为水资源决策者了解地下水脆弱性评价的初级读本。

二、了解水文系统和相关污染物的行为：评价地下水脆弱性的必要步骤

地表以下几乎所有的地方都存在地下水。由于可饮用的地下水广泛存在，而且地下水对特定的污染物具有一定的抵制力和自净能力，因此美国将近一半的人口以地下水为饮用水源（Alley 等，1999）。

何为科学的防御方法

科学的方法是指系统而客观地获取知识的原则和过程，包括认识问题、通过观察和实验搜集资料、归纳和检验假设等。因此，科学方法不能只凭经验或主观判断，而是需要根据事实进行客观分析。科学的地下水脆弱性评价必须按照科学的方法，搜集大量的文献资料、观测数据和研究方法，从而得出可靠的结论。

本报告中定义的地下水流动系统，包括地质沉积物的影响、与地表水的相互作用、抽水以及其它一些造成污染物迁移的行为。提高对地下水流动系统的认识，有助于科学家研究控制地下水资源固有脆弱性的潜在因素。在本报告中，地下水资源指任何含水层或含水层的一部分（包括单井或多井），不管其目前是否作为公众水源。这样，现有的和潜在的公共供水水源就被包含在了地下水资源的范畴之内。

本报告定义的地球化学系统，是指在地下水资源中控制天然和人为污染物来源、迁移和归宿的所有物理和化学因素。为了对地下水的脆弱性进行科学地评价，需要了解原始的水文地质情况和地球化学过程，以及对地下水资源造成影响的所有人为活动。

地下水的固有敏感性和脆弱性

地下水系统的固有敏感性取决于含水层性质（水力传导系数、孔隙度和水力梯度），以及相关的水源和压力（补给、与地表水的相互作用、在非饱和带的迁移和井排泄）。因此，固有敏感性评价不能只针对特定的天然和人为污染源，相反，必须要考虑影响地表水和地下水流动的各种物理因素。

地下水资源对污染物的脆弱性取决于固有敏感性、天然和人为污染源的位置和类型、井的位置以及污染物的迁移转化。水资源决策者通常面临着两种选择，究竟是根据固有敏感性来管理水资源，还是根据更全面的地下水对特定污染物的脆弱性进行管理。

美国国家研究院（1993）对地下水污染的脆弱性定义为“在含水层上部某一位置引入的污染

物到达含水层特定位置的趋势或可能性”。美国国家研究院（1993）根据是否针对特定污染物进行评价，重新定义为针对特殊污染物的“特定脆弱性”和针对所有污染物的“固有脆弱性”。在对不同水文地质环境的复杂性认识过程中，美国国家研究院提出的相关定义还包括“地下水系统的特定位置”和“最上部含水层”。其它一些相关的定义则将含水层特征与含水层或供水水源对特定污染物的脆弱性分开考虑。在这种情况下，“含水层敏感性”或“固有脆弱性”是对含水层进行评价的指标，这是含水层、上覆地层和水文地质条件的一个特征，与污染物和污染源的化学特征无关。“含水层敏感性”的类似的定义是“固有脆弱性”（Rao和Alley，1993），它由污染源到达地下水系统指定位置的运移时间来确定。Vowinkel等（1996）将脆弱性定义为敏感性强度，其中“强度”是污染源的度量标准。显然，地下水脆弱性不仅仅是地下水流动系统属性（固有敏感性）的函数，而且与污染源的距离、污染物的性质以及其它能够增加特定污染物进入含水层时的负荷量的因素有关。

地下水污染的脆弱性，除了地下水固有的对污染物的敏感性外，还与天然或人为造成的污染源的位置和类型，以及污染物距离水井的相对位置和污染物的运移情况有关。这样，水资源决策者就面临着如下抉择：是根据对固有敏感性的了解来管理水资源，还是需要进行更为全面的研究，来评价特定污染的脆弱性。

（一）地下水流动系统

为了更好地了解水的流动性，需要考虑控制地下水资源和地下水流运动的所有物理因素，因此，有必要了解地下水运动的控制机理和潜在污染物的平流运移规律。

1、地下水流动系统概述

在天然条件下，地下水在三维空间内从补给区向排泄区流动，地下水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。这样，地下水从补给区到排泄区的三维流动水体就组成了地下水流动系统（图1）。地下水流动系统的面积从几平方米到上万平方米不等，地下水径流通道从几米到几百米不等。地下水流动系统的补给区和排泄区之间具有一定的水力联系。