地下水脆弱性评价综述

我国关于地下水脆弱性评价研究开始于 20 世纪 90 年代中期，在 2000 年以前主要是 DRASTIC评价方法的应用，大连和广州在欧盟的支持下开展了该项工作，河北、江苏与吉林 等地也运用了此模型，但多未进行方法的改进和验证[9，10]。地下水脆弱性评价多集中于对本 质防污性评价的研究,且主要针对的是局部城市或水源地。刘淑芬[11]研究了河北平原的地下 水防污性能，是国内区域地下水防污性能评价的首例；郑西来等[12]所做的西安市潜水脆弱性 评价是研究地下水特殊脆弱性比较成功的实例。钟佐燊[13]指出DRASTIC指标法在地下水脆弱 性评价中的缺点并对其进行了改进；雷静通过数值模拟建立了唐山市地下水脆弱性评价因子 的评价体系[14]，是评价指标评分的新尝试；陈守煜用模糊识别和人工神经网络理论综合评价 了沱江水质[15]；国内现阶段对干旱区和岩溶区地下水脆弱性的研究较少，孙艳伟[16]和马金 珠[17] 分别建立了干旱区石羊河流域和塔里木盆地的地下水脆弱性评价指标体系；章程[18]等 应用基于径流特征和覆盖层厚度的二元法对重庆金佛山典型岩溶区进行了地下水脆弱性评 价，路洪海[19]和王松[20]分别分析了岩溶含水层高度脆弱的原因和进行岩溶地下水脆弱性评 价应考虑的问题。近几年地下水脆弱性研究发展较快，但目前我国的研究仍未能充分运用GIS 技术，许多尚处于仅仅利用其制作地图，而没有与整个评价过程结合起来[21]。 2.2 地下水脆弱性的评价指标体系
地下水脆弱性评价指标体系应包括自然因素指标和人为因素指标：自然因素指标主要包 括含水层的地形、地貌、地质、水文地质条件以及与污染物运移有关的自然因子等；人为因 素指标主要指可能引起地下水环境污染的各种行为因子。建立一套客观、系统、易操作的指 标体系是地下水脆弱性评价的关键[22]。 2.3 地下水脆弱性评价方法
Review of the research on assessment of groundwater vulnerability MENG Suhua, FEI Yuhong, ZhANG Zhaoji, QIAN Yong, LI Yasong
(Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, CAGS) Abstract:The assessment of groundwater vulnerability is the basic work in the protection and management of groundwater resource. It has been the focal point of national hydrogeology research in recent years. In this paper, author discusses the concept, assessment methods and current state of research, mapping of groundwater vulnerability. Finally, points out some existing problems and prospects of assessment. Key words: groundwater vulnerability; concept; assessment; mapping
地下水脆弱性评价综述 孟素花1，费宇红，张兆吉，钱 永，李亚松 （中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050803） 提 要：合理开发利用和保护地下水资源是我们面临的迫切任务，地下水脆弱性评价是地下 水资源保护和管理的重要依据。本文对地下水脆弱性的概念、编图、评价方法与现状进行了 论述，最后指出地下水脆弱性研究中存在的问题，并对发展方向进行了展望。 关键词：地下水脆弱性；概念；评价；编图
近年来，国内主要采用模糊数学综合评判方法来评价地下水的脆弱性。该方法是在确定 评价因子、各评价因子的分级标准以及因子赋权的基础上，经过单因子模糊评判和模糊综合 评判来划分地下水的脆弱程度。
在几种评价方法中，相对而言，迭置指数法的指标数据比较容易获得，方法简单和易于
掌握，是最常用的一种方法。它的缺陷是评价指标的分级标准和评分以及脆弱性分级没有统 一的规定标准，具有很大的主观随意性，所以脆弱性评价结果在不同的地区之间缺乏可比性。 过程数学模型方法虽然具有很多优点，但只有充分认识污染质在地下环境的行为且有足够的 地质数据和长序列污染质运移数据，才能充分发挥它的优势。地下水脆弱性评价包含了一些 确定性与非确定性指标，通过隶属函数来描述非确定性参数及其指标分级界限的模糊数学方 法具有很大的优势[22]。 3. 地下水脆弱性编图
统计方法是通过对已有的地下水污染信息和资料进行数理统计分析，确定地下水脆弱评 价因子并建立统计模型，把已赋值的各评价因子代入模型中进行计算，然后根据其结果进行 脆弱性分析。常用的统计方法包括地理统计方法、Kriging 方法、线性回归分析法、逻辑回 归分析法、实证权重法等。用统计方法进行评价必须有足够的监测资料和信息。目前，统计 方法在地下水脆弱性评价中的应用不如迭置指数法及过程数学模型方法那样得到重视。 2.3.4 模糊数学方法
国内外现有的评价方法主要有迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法和模糊数学方法 等几种。每种方法都有自身的特点，如表 1 所示。 2.3.1 跌置指数法
迭置指数法是最简单、应用最广泛的地下水脆弱性评价方法[23]。它是通过选取各评价参 数的分指数进行迭加形成一个反映脆弱程度的综合指数，然后再由综合指数进行评价的一种
结果
定性、半定量 定量
或定量
定量
模糊数学方 法
本质脆Байду номын сангаас性
潜水 小比例尺（大 范围） 定量
水文地质背景参数法是通过一个与研究区有类似条件的已知脆弱性标准的地区来比较 确定研究区的脆弱性。这种方法需建立多组地下水脆弱性标准模式，且多为定性或半定量评 价，一般适用于地质、水文地质条件比较复杂的大区域。
参数系统法是将选择的评价参数建立一个参数系统，每个参数均有一定的取值范围，这 个范围可分为几个区间，每一区间给出相应的评分值或脆弱度(参数等级评分标准)，把各参 数的实际资料与此标准进行比较评分，最后根据参数所得到的评分值或相对脆弱度迭加即得 到综合指数或脆弱度。该方法又包括矩阵系统(MS)、标定系统(RS)、计点系统模型(PCSM) 三种分类方法。RS 方法中常见的评价模型有 GOD 模型、AVI 模型和 ISIS 模型；PCSM 方法中 有 DRASTIC 模型、SINTACS 模型、SEPPAGE 模型以及 EPIK 模型等几种评价模型。参数系统法 是目前国内外地下水脆弱性评价中应用最广泛的方法，其中 DRASTIC 方法作为一种标准化的 方法被普遍采用。 2.3.2 过程数学模拟法
国外水文地质学家在 20 世纪 70 年代就开始了地下水脆弱性研究，80 年代脆弱性研究 成为了国际热点问题，许多国家和地区开展了广泛深入的研究工作。
目前，国内外现有的评价方法主要有迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法和模糊数 学方法等几种。迭置指数法又可分为水文地质背景参数法和参数系统法。参数系统法的引进 与运用, 是地下水脆弱性评价的一个发展与飞跃，其中DRASTIC模型应用最为广泛。近几年 来，随着GIS技术的普及和评价区域的扩大，国外出现了应用GIS技术结合地下水运移模型来 评价地下水的脆弱性。此方面的研究也将是今后地下水脆弱性评价的研究方向和发展趋势 [4]。例如：2007 年M. T. Lamelas 和O. Marinoni[6]等应用ArcGIS和Gocad软件对西班牙Ebro 盆地地区地下水脆弱性进行了编图，用Gocad软件做出的脆弱性分区图包含了地下水三维信 息，使得评价结果更接近实际。2008 年Laura Debernardi、 Domenico Antonio De Luca 和 Manuela Lasagna[7]应用GOD和TOT模型对皮埃蒙特平原（意大利）地下水脆弱性进行了评价， 将测得的硝酸根浓度和评价结果分区图及单指标分布特征进行了比较，以用来预测地下水中 的硝酸盐浓度，这在国内是鲜有的；现在国外地下水脆弱性评价普遍使用的模型有DRASTIC、 GOD、AVI等，这些模型不是直接观察得出的，而是根据可利用的数据和专家判断得出的[8]。
20 世纪 80 年代后，人们在考虑水文地质内部要素的同时也考虑到了人类活动和污染源 类型等外部因素对地下水脆弱性的影响。在 1987 年的“土壤与地下水脆弱性国际会议”上， Foster[3]认为地下水污染是由含水层本身的脆弱性与人类活动产生的污染负荷造成的， Bachmat与Collin[3]认为地下水脆弱性是地下水质对现在或将来有害于地下水使用价值的人 类活动的敏感性。1991 年Palmquist[1]认为地下水脆弱性是人类活动或污染源施加于地下水 的一种危险性度量，强调“如果没有污染物，即使非常易受污染的地下水也不会有危险，脆 弱性就无从谈起”。1993 年美国国家科学研究委员会[1]给出了比较广泛认可的地下水脆弱性 定义: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。与此同时,这个委员会将 地下水脆弱性分为两类: 一类是本质脆弱性，即不考虑人类活动和污染源而只考虑水文地质 内部因素的脆弱性；另一类是特殊脆弱性，即地下水对某一特定污染源或污染群体或人类活
地下水脆弱性指污染物进入浅层含水层的可能性。1968 年法国的Margat[1]首次提出地下 水脆弱性这个概念，在其后的几十年间各国学者从不同角度给出了不同的定义。“地下水脆 弱性”概念的发展过程可以大致分为两个阶段[2]。
20世纪80年代以前，地下水脆弱性多是以水文地质条件这一角度出发定义的。最早 Albinet与Margat于1970年提出地下水脆弱性是在自然条件下污染物从地表渗透与扩散到地 下水面的可能性。Olmer与Rezac认为地下水脆弱性是地下水可能遭受危害的程度，这种危害 程度由自然条件决定而与污染源无关。Villumsen认为地下水脆弱性是应用中的或废弃于地 表的化学物质对地下水的危害性。Vrana指出地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表 与地下条件的复杂性。