基于drasic模型的地下水防污性能評(píng)價(jià)模型

基于drasic模型的地下水防污性能評(píng)價(jià)模型

近年來(lái)，由于水資源匱乏，人們?cè)絹?lái)越重視地下水資源的保護(hù)。因此，在不同地質(zhì)和水文條件下研究不同地質(zhì)和水文條件下的地下水污染（或污染敏感性）已成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的研究重點(diǎn)。本文著重介紹和討論了世界上使用最廣泛的美國(guó)DRASTIC模型,并依據(jù)我國(guó)的具體情況,對(duì)中國(guó)地下水防污性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行一些探討,供大家參考。地下水防污性能分為兩類:(1)天然防污性能(intrinsicvulnerability)。它是指在一定的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下,人類活動(dòng)產(chǎn)生的所有污染物進(jìn)入地下水的難易程度,它與含水層所處的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件有關(guān),與污染物性質(zhì)無(wú)關(guān)。(2)特殊防污性能(specificvulnerability)。它是指地下水防止某種或某類污染物污染的能力,它考慮污染物性質(zhì)及其在地下環(huán)境中的遷移能力。有些學(xué)者曾研究過(guò)地下水防止鹵代烴、農(nóng)藥和氮污染的特殊防污性能。1防污性能指數(shù)計(jì)算天然防污性能多采用點(diǎn)評(píng)分指數(shù)模型。其基本原則是,首先選擇對(duì)地下水污染影響最明顯的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件作為評(píng)價(jià)因子;第二,對(duì)各因子的評(píng)分范圍進(jìn)行劃分,各評(píng)分范圍給予不同的分值,防污性能好的分值低,反之則高;第三,根據(jù)各種因子對(duì)地下水防污性能影響的大小給以不同的權(quán)重值,影響大的權(quán)重值大,反之則小;最后把各單因子的評(píng)分值通過(guò)某種數(shù)學(xué)方式變?yōu)榱烤V為一的防污性能指數(shù),以防污性能指數(shù)的大小,評(píng)價(jià)該地區(qū)地下水防污性能的好與差。到底要考慮哪些因子,各種因子的區(qū)間(或類別)如何劃分,評(píng)分值和權(quán)值給多少,用哪種數(shù)學(xué)方式計(jì)算防污性能指數(shù),各家都有不同的選擇,人為因素影響很大。目前國(guó)外現(xiàn)有的防污性能評(píng)價(jià)指數(shù)模型很多,共有30多種,其中,DRASTIC模型應(yīng)用最為廣泛,它是美國(guó)環(huán)保局(U.S.EPA)1985年提出的。在美國(guó)許多地區(qū)曾用DRASTIC模型進(jìn)行地下水防污性能編圖,此外,在世界一些國(guó)家也曾應(yīng)用此模型,例如歐盟、南非、葡萄牙、尼日利亞、南朝鮮、以色列等。但是,DRASTIC模型還有許多缺陷,人們對(duì)DRASTIC模型褒貶不一。除DRASTIC模型外,有些學(xué)者還提出了其他模型,如GOD模型、SIGA模型等。1.1drastic模型在介紹DRASTIC模型的文獻(xiàn)中,都沒(méi)有詳細(xì)交代DRASTIC模型各因子的具體含義、選擇原則和設(shè)計(jì)思路,甚至有錯(cuò)誤或不準(zhǔn)確之處。為此,筆者認(rèn)為有必要根據(jù)原文獻(xiàn),對(duì)DRASTIC模型進(jìn)行較詳細(xì)介紹。1.1.1模型設(shè)計(jì)理念(1)土壤含水層結(jié)構(gòu)水文地質(zhì)條件不同,地下水防污性能也不同,影響的因子很多,選擇的原則是對(duì)地下水防污性能影響大且資料容易取得的因子。據(jù)此選擇了以下7個(gè)因子:D為地下水埋深(depthofwater-table),R為凈補(bǔ)給量(netrecharge),A為含水層介質(zhì)(aquifermedia),S為土壤介質(zhì)(soilmedia),T為地形坡度(topography),I為包氣帶影響(impactofthevadose),C為水力傳導(dǎo)系數(shù)(hydraulicconductivityoftheaquifer)。按每個(gè)因子的英文大寫字頭,命名為DRASTIC模型。(2)不同權(quán)重的確定按其對(duì)防污性能影響的大小分別給予權(quán)重值,影響最大的權(quán)重值為5,影響最小的為1。權(quán)重值是不變的常數(shù),分所有污染物權(quán)重值和農(nóng)藥類污染物權(quán)重值兩類,其中S、T、I、C4個(gè)因子的兩類權(quán)重值有所差別(表1)。(3)介質(zhì)分類a、r、i首先對(duì)DRASTIC模型中各因子進(jìn)行類別劃分,D、R、T、C因子是數(shù)值分類;因子A、R、I是介質(zhì)分類。然后,對(duì)每種因子的每個(gè)類別評(píng)分,設(shè)計(jì)的分值范圍是1～10,防污性能最好的評(píng)分為1,最差的評(píng)分為10,其中,D、R、S、T因子每個(gè)區(qū)間或每類介質(zhì)只給一個(gè)評(píng)分值,而A、I因子的每類介質(zhì)給一個(gè)分值范圍和一個(gè)代表性分值,詳見(jiàn)表3。(4)drastic模型防污性能用下列公式計(jì)算DRASTIC指數(shù):式中,DI為DRASTIC指數(shù)(本文稱其為防污性能指數(shù),下同),W為該因子的權(quán)重,R為該因子的評(píng)分。DI值范圍:23～230(所有污染物),26～260(農(nóng)藥類)。DI值越高,防污性能越差,反之防污性能越好。美國(guó)使用DRASTIC模型時(shí),并沒(méi)有按DI值對(duì)防污性能分級(jí),即沒(méi)有規(guī)定防污性能好和差的DI值范圍。表2列舉了美國(guó)不同水文地質(zhì)條件區(qū)的DI值,該表數(shù)據(jù)說(shuō)明,承壓含水層DI值最低(53),其防污性能最好;巖溶發(fā)育的灰?guī)r和沼澤地DI值最高(216～251),其防污性能最差。1.1.2不同因素的描述(1)污染物遷移方向的度和遷移深度是運(yùn)作因子之一所率地下水埋深是指地表至潛水位的深度或地表至承壓含水層頂部(即隔水層頂板底部)的深度,它是一個(gè)很重要的因子,因?yàn)樗鼪Q定污染物到達(dá)含水層前要遷移的深度,它有助于確定污染物與周圍介質(zhì)接觸的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō),地下水埋深越大,污染物遷移的時(shí)間越長(zhǎng),污染物衰減的機(jī)會(huì)越多。此外,地下水埋深越大,污染物受空氣中氧的氧化機(jī)會(huì)也越多。(2)補(bǔ)給地下水含水層污染物補(bǔ)給水使污染物垂直遷移至潛水并在含水層中水平遷移,并控制著污染物在包氣帶和含水層中的彌散和稀釋。在潛水含水層地區(qū),垂直補(bǔ)給快,比承壓含水層易受污染;在承壓含水層地區(qū),由于隔水層滲透性差,污染物遷移滯后,對(duì)承壓含水層的污染起到一定的保護(hù)作用。承壓含水層在向上補(bǔ)給潛水含水層地區(qū)時(shí)受污染的機(jī)會(huì)極少。補(bǔ)給水是淋濾、傳輸固體和液體污染物的主要載體,入滲水越多,由補(bǔ)給水帶給潛水含水層的污染物越多。補(bǔ)給水量足夠大而引起污染物稀釋時(shí),污染可能性不再增加而是降低,但在凈補(bǔ)給量的評(píng)分上并沒(méi)有反映稀釋因素。此外,凈補(bǔ)給量中包括灌溉補(bǔ)給的來(lái)源。(3)儲(chǔ)質(zhì)砂巖或砂巖防污性能受裂隙發(fā)育程度影響含水層介質(zhì)既控制污染物滲流途徑和滲流長(zhǎng)度,也控制污染物衰減作用(像吸附、各種反應(yīng)和彌散等)可利用的時(shí)間及污染物與含水層介質(zhì)接觸的有效面積。污染物滲透途徑和滲流長(zhǎng)度強(qiáng)烈受含水層介質(zhì)性質(zhì)的影響。一般來(lái)說(shuō),含水層中介質(zhì)顆粒越大、裂隙或溶隙越多,滲透性越好,污染物的衰減能力越低,結(jié)果防污性能越差。下面按其防污性能,由好到差,對(duì)各種介質(zhì)進(jìn)行描述:①塊狀頁(yè)巖。厚層狀頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖或粘土通常僅能從裂隙給出很少的水量,防污性能很好,但其防污性能受裂隙發(fā)育程度影響。②變質(zhì)巖和火成巖。固結(jié)的變質(zhì)巖、火成巖空隙度很小或基本沒(méi)有空隙,它僅能從巖石裂隙里給出很少一點(diǎn)水,其防污性能是裂隙發(fā)育程度的函數(shù)。③風(fēng)化的變質(zhì)巖、火成巖。它們是非固結(jié)介質(zhì),通常稱為風(fēng)化層,是由下伏有原生空隙的固結(jié)基巖風(fēng)化形成的。其防污性能明顯受粘土含量影響,粘土含量高,防污性能好。④層狀的砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖系列。它們是典型的薄層狀沉積巖系列,有原生空隙,但其防污性能受裂隙發(fā)育程度控制。⑤塊狀砂巖。固結(jié)的砂巖既有原生空隙也有次生空隙,其層厚比層狀砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖系列更厚,其防污性能明顯受裂隙發(fā)育程度和原生空隙控制。⑥塊狀灰?guī)r。固結(jié)的灰?guī)r或白云巖比層狀砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖更厚,其防污性能明顯受裂隙發(fā)育程度和溶蝕狀況影響。⑦砂礫石。它是砂和礫石混合的非固結(jié)介質(zhì),其細(xì)粒含量有變化,細(xì)粒含量少的稱為“清潔的”砂礫石,較“清潔的”和顆粒較粗的砂礫石含水層防污性能更好。⑧玄武巖。它是噴出巖,含有裂隙、順層裂隙和泡狀孔隙。其防污性能受熔巖流連通空隙數(shù)量影響。⑨巖溶發(fā)育灰?guī)r。有大的連通的洞穴和溶隙是塊狀灰?guī)r的特殊例子。(4)土壤條件對(duì)防污性能的影響土壤介質(zhì)是指包氣帶頂部具有生物活動(dòng)特征的部分,它明顯影響滲入地下的補(bǔ)給量,所以也明顯影響污染物垂直進(jìn)入包氣帶的能力。在土壤帶很厚的地方,入滲、生物降解、吸附和揮發(fā)等污染物衰減作用十分明顯。一般來(lái)說(shuō),土壤防污性能明顯受土壤中的粘土類型、粘土脹縮性和顆粒大小的影響,粘土脹縮性小、顆粒小的,防污性能好。此外,有機(jī)質(zhì)也可能是一個(gè)重要因素。下面按其防污性能,由好到差,對(duì)各種土壤介質(zhì)進(jìn)行描述:①非脹縮性粘土(nonshrinkingclay)。含伊利石和高嶺石粘土遇水不膨脹不收縮,所以不會(huì)形成降低防污性能的垂直次生滲透裂隙。②粘質(zhì)壤土。土壤結(jié)構(gòu)特征是粉粒15%～53%,粘粒27%～40%,砂粒20%～45%,由于粘土含量高、滲透性小,防污性能好。③粉質(zhì)壤土。土壤結(jié)構(gòu)特征是粉粒50%～88%,粘粒0%～27%,砂粒0%～50%,防污性能較好,但比粘質(zhì)壤土差,因?yàn)檎沉５陌俜趾枯^低。④壤土。土壤結(jié)構(gòu)特征是粉粒28%～50%,粘粒7%～27%,砂粒23%～52%,防污性能仍然較好,但比粉質(zhì)壤土差,因?yàn)檎沉：头哿：康?。⑤砂質(zhì)壤土。土壤結(jié)構(gòu)特征是粉粒0%～50%,粘粒0%～20%,砂粒43%～85%,防污性能較差,因?yàn)樯傲５暮枯^高。⑥脹縮性粘土(shrinkingclay)。其特征是含具有膨脹晶格的蒙脫石或埃洛石,它們隨干濕改變而收縮和膨脹。椐文獻(xiàn)記載,潮濕初期污染物會(huì)迅速遷移。由于干燥時(shí)產(chǎn)生次生滲透裂隙,防污性能較差。⑦砂。粒徑為1/16～2mm,一般沒(méi)有粉粒和粘粒,所以防污性能差。⑧礫石。粒徑大于2mm,通常是大顆粒為主的砂、粉土、粘土和礫石的混合物,水滲透很快,防污性能很差。⑨土壤層薄或缺失。如沒(méi)有土壤層或土壤層薄到不能阻止污染物遷移時(shí),防污性能極差。(5)地形坡度因素地形坡度有助于控制污染物是產(chǎn)生地表徑流還是滲入地下,在施用殺蟲(chóng)劑和除草劑而使污染物易于積累地區(qū),地形坡度因素特別重要。地形坡度<2%的地區(qū),因?yàn)椴粫?huì)產(chǎn)生地表徑流,污染物入滲的機(jī)會(huì)多;相反,地形坡度>18%的地區(qū),地表徑流大,入滲小,地下水受污染的可能性也小。(6)防污性能與儲(chǔ)層儲(chǔ)層包氣帶指的是潛水位以上非飽水帶,這個(gè)嚴(yán)格的定義可用于所有的潛水含水層。但在評(píng)價(jià)承壓含水層時(shí),包氣帶影響既包括以上所述的包氣帶,也包括承壓含水層以上的飽水帶。承壓水的隔水層是包氣帶中最重要的影響最大的介質(zhì)。包氣帶介質(zhì)的類型決定著土壤層以下水位以上地段內(nèi)污染物衰減的性質(zhì)。生物降解、中和、機(jī)械過(guò)濾、化學(xué)反應(yīng)、揮發(fā)和彌散是包氣帶內(nèi)可能發(fā)生的所有作用,生物降解和揮發(fā)通常隨深度而降低。介質(zhì)類型控制著滲透途徑和滲流長(zhǎng)度,并影響污染物衰減和與介質(zhì)接觸時(shí)間。下面按其防污性能,由好到差,對(duì)包氣帶介質(zhì)進(jìn)行描述:①粉土、粘土。它是含有粉粒和粘粒的沉積物,可作為延緩液體運(yùn)動(dòng)的屏障。粘粒含量高,防污性能好;脹縮性粘土和粉粒含量高的粘土防污性能低。②頁(yè)巖。固結(jié)的厚層粘土巖,可能有裂隙。防污性能好,但其防污性能隨裂隙發(fā)育程度的增加而降低。③灰?guī)r。固結(jié)的塊狀灰?guī)r或白云巖,通常比層狀的灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖互層的層狀裂隙少。防污性能受裂隙發(fā)育程度影響,裂隙密度大,污染物遷移快,防污性能降低。④砂巖。固結(jié)的砂巖含有原生和次生裂隙,與層狀的灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖相比,層厚較大,防污性能明顯受砂巖裂隙發(fā)育程度和原生裂隙控制。⑤層狀的灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖。這是典型的薄層狀沉積巖系列,它們有原生空隙,防污性能決定于裂隙發(fā)育程度。⑥含較多粉粒和粘粒的砂礫石。它是非固結(jié)的砂和礫石的混合物,含較多的細(xì)粒成分。粘粒含量較高,既降低了滲透性也增加了防污性能。這種沉積物通常稱為“臟”砂礫石,它比“清潔的”砂礫石防污性能好。一般來(lái)說(shuō),較細(xì)粒的“臟”砂比較粗粒的“臟”礫石防污性能好。⑦變質(zhì)巖、火成巖。固結(jié)的變質(zhì)巖、火成巖含有很少的允許液體滲透的原生裂隙,其防污性能是裂隙發(fā)育程度的函數(shù)。⑧砂礫石。非固結(jié)的砂和礫石的混合物,含較少的細(xì)粒成分,其評(píng)分反映顆粒的級(jí)配,分選性不好的防污性能增加,粗粒的分選性好的防污性能降低。⑨玄武巖。它是固結(jié)的噴出巖,含有順層裂隙、裂隙和泡狀孔隙。其防污性能受熔巖流連通空隙數(shù)量的影響。玄武巖的防污性能很差,因?yàn)槲廴疚镆坏┻M(jìn)入其裂隙系統(tǒng),其衰減的可能性很小。⑩巖溶發(fā)育的灰?guī)r。有大的連通的洞穴和溶隙,這是塊狀灰?guī)r的特殊例子。防污性能極差。(7)污染源場(chǎng)地的速度在一定的水力梯度下水力傳導(dǎo)系數(shù)控制著地下水的流速,同時(shí)也控制著污染物離開(kāi)污染源場(chǎng)地的速度。水力傳導(dǎo)系數(shù)受含水層中的粒間孔隙、裂隙、層間裂隙等所產(chǎn)生的空隙的數(shù)量和連通性控制。水力傳導(dǎo)系數(shù)越高,防污性能越差,因?yàn)槲廴疚锬芸焖匐x開(kāi)污染物進(jìn)入含水層的位置。1.1.3對(duì)于常用的抗壓強(qiáng)度的分析,主要有以下幾個(gè)(1)如何選擇D、R、T、C因子的評(píng)分區(qū)間?當(dāng)收集到D、R、T、C因子的有關(guān)數(shù)據(jù)后,選擇哪個(gè)評(píng)分區(qū)間進(jìn)行評(píng)分?這是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。處理此問(wèn)題的基本原則是,選擇與實(shí)際數(shù)據(jù)最接近的評(píng)分區(qū)間。例如,R=203.2mm,參看表3,有101.6～177.8mm和177.8～254mm兩個(gè)評(píng)分區(qū)間與203.2mm接近,它們的評(píng)分值分別為6和8,與203.2mm最接近的應(yīng)是101.6～177.8mm評(píng)分區(qū)間,故選此區(qū)間進(jìn)行評(píng)分,評(píng)分值為6;T=2%,參看表3,有0%～2%和2%～6%兩個(gè)評(píng)分區(qū)間與2%接近,它們的評(píng)分值分別為10和9,與2%最接近的應(yīng)是0%～2%評(píng)分區(qū)間,故選此區(qū)間進(jìn)行評(píng)分,評(píng)分值為10。(2)如何選擇A、I因子中介質(zhì)的評(píng)分值?A、I兩個(gè)因子的每類介質(zhì)都有一個(gè)分值范圍和一個(gè)典型分值,選擇哪個(gè)分值,這也是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。處理此問(wèn)題的基本原則是,根據(jù)介質(zhì)裂隙發(fā)育程度及顆粒級(jí)配進(jìn)行選擇。例如,含水層介質(zhì)為玄武巖,據(jù)表3,該介質(zhì)評(píng)分值為2～10,如評(píng)價(jià)地區(qū)的玄武巖裂隙連通性很好,則評(píng)分選為10。(3)如何評(píng)價(jià)承壓含水層?應(yīng)用DRASTIC模型評(píng)價(jià)承壓含水層問(wèn)題時(shí),各因子如何評(píng)分作如下考慮:D因子按承壓含水層隔水層頂板深度評(píng)分;A和C因子按表3所列評(píng)分;R和S因子的評(píng)分隨承壓含水層的封閉性而變,如封閉性很好,其評(píng)分均為1;I因子主要受隔水層影響,按粉土/粘土介質(zhì)處理,評(píng)分為1。1.1.4drastic回歸模型主要出現(xiàn)盡管美國(guó)環(huán)保局提出的DRASTIC模型在世界各地應(yīng)用最廣泛,但仍然有許多缺陷,不應(yīng)盲目照搬。其缺陷如下:(1)盡管在應(yīng)用DRASTIC模型對(duì)承壓含水層進(jìn)行評(píng)分時(shí)作了一些補(bǔ)充說(shuō)明,但潛水和承壓水仍然是差別很大的兩類含水層,其防污性能的影響因子也不同,把這兩類含水層放在一起,用同一種模型來(lái)評(píng)價(jià)是很不合適的。H.Vierhuff曾提出分開(kāi)評(píng)價(jià)這兩類含水層的方法。(2)補(bǔ)給量和含水層滲透系數(shù)越大,地下水污染的可能性越大的看法片面。補(bǔ)給量足夠大的稀釋作用及滲透系數(shù)大使水交替加快的稀釋作用未予考慮,這是DRASTIC模型的不足。(3)在有資料可利用的條件下,把土壤介質(zhì)和包氣帶介質(zhì)分開(kāi)是可取的,但土壤介質(zhì)權(quán)重為2,包氣帶介質(zhì)權(quán)重為5,后者的權(quán)重明顯大于前者,不合理。因?yàn)橥寥啦粌H含有較大比例的細(xì)粒物質(zhì),而且有機(jī)質(zhì)含量高,有大量細(xì)菌,因此其吸附容量和降解有機(jī)污染物的能力都大于包氣帶介質(zhì)。(4)包氣帶介質(zhì)考慮不全面:第一,包氣帶常常由多種介質(zhì)組成,以哪種介質(zhì)評(píng)分,沒(méi)有明確規(guī)定;第二,對(duì)松散沉積物包氣帶巖性考慮不周全,僅列入粉土/粘土,其他粘性土沒(méi)有列入;第三,如以包氣帶中某種介質(zhì)評(píng)分,還必須考慮其厚度,該模型沒(méi)有考慮。(5)含水層滲透系數(shù)設(shè)計(jì)不合理,滲透系數(shù)0.04～4.1m/d介質(zhì)一般是粘性土,粘性土極少成為含水層。1.2其他模型由于篇幅所限,對(duì)于地下水防污性能評(píng)價(jià)的其他模型,文中只能作簡(jiǎn)略的介紹。(1)地下水防污性能評(píng)估di該模型僅選了3個(gè)影響因子:G地下水類型(groundwateroccurrence),O蓋層巖性(overlyinglithology),D水位埋深(depthtowatertable)。評(píng)分范圍0～1。各因子不設(shè)權(quán)值,DI的計(jì)算公式為DI=G×O×D。DI值越高,地下水防污性能越差,反之越好。地下水防污性能分級(jí):Ⅰ級(jí),DI<0.1,防污性能很好;Ⅱ級(jí),DI=1～0.3,防污性能好;Ⅲ級(jí),DI=0.3～0.5,防污性能中等;Ⅳ級(jí),DI=0.5～0.7,防污性能差;Ⅴ級(jí),DI=0.7～1.0,防污性能很差。此模型同時(shí)考慮潛水和承壓水是可取的,但模型太簡(jiǎn)單,含水層的分類不明確,蓋層巖性的復(fù)雜性也沒(méi)有認(rèn)真的考慮,很難正確評(píng)價(jià)地下水的防污性能。(2)地下水防污性能模型Vierhuff是德國(guó)學(xué)者,早在20世紀(jì)70年代就用他提出的防污性能分類法,并編制了西德一些地區(qū)的地下水防污性能圖。該方法對(duì)潛水和承壓水分別評(píng)價(jià)。潛水只考慮包氣帶巖性和包氣帶厚度兩個(gè)因素;承壓水也只考慮隔水層巖性和厚度兩個(gè)因素。地下水防污性能共分5級(jí)(表4)。該模型同時(shí)考慮潛水和承壓水是可取的,但沒(méi)有采用常見(jiàn)的評(píng)分法,考慮的因子過(guò)于簡(jiǎn)單,包氣帶巖性太過(guò)簡(jiǎn)化,沒(méi)有考慮包氣帶巖性的復(fù)雜性。此模型很難正確評(píng)價(jià)地下水的防污性能。(3)數(shù)、水力坡度和靶污染場(chǎng)地固廢場(chǎng)地的水平距離它選擇水位埋深、包氣帶介質(zhì)、滲透系數(shù)、水力坡度和靶污染場(chǎng)地(固體廢物排放場(chǎng)地)的水平距離,此模型只適用于固體廢物場(chǎng)地的評(píng)價(jià),沒(méi)有普遍意義。(4)drastic模型與drastic模型的比較該模型選擇土壤介質(zhì)、包氣帶介質(zhì)、地面坡度和含水層介質(zhì)4個(gè)影響因子,比DRASTIC模型少3個(gè)因子,其評(píng)分值范圍與DRASTIC模型完全相同。與DRASTIC模型不同的是評(píng)分值可按其設(shè)置的公式精確計(jì)算并繪成曲線,但公式中的參數(shù)一般很難準(zhǔn)確取得。2防污性能及其應(yīng)用特殊防污性能評(píng)價(jià)多采用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型或模擬模型。由于NO3污染是最普遍、范圍最大、濃度最高的地下水污染,為了保護(hù)地下水免遭NO3污染,近年來(lái)各國(guó)學(xué)者都在研究不同地質(zhì)水文地質(zhì)條件下對(duì)氮的防污性能評(píng)價(jià)。所用的方法也多半是統(tǒng)計(jì)學(xué)法。對(duì)農(nóng)藥的防污性能一般不用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型,而是用模擬模型,它主要是根據(jù)有關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)進(jìn)行研究。下面介紹Rupert提出的用于氮的特殊防污性能模型。1991年,Rupert用DRASTIC模型對(duì)愛(ài)達(dá)菏州一個(gè)地區(qū)的地下水防污性能進(jìn)行了研究。2001年,他又用統(tǒng)計(jì)學(xué)模型對(duì)DRASTIC模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,DRASTIC模型對(duì)地下水氮污染的防污性能的指示性很差:防污性能很差地區(qū)的NO3+NO2濃度的中值和平均值均低于防污性能差的地區(qū);防污性能中等地區(qū)的NO3+NO2濃度的平均值低于防污性能好的地區(qū);各類防污性能地區(qū)的NO3+NO2濃度沒(méi)有明顯差別。為此他設(shè)計(jì)了LSD統(tǒng)計(jì)學(xué)模型。(1)地下水no3+no2濃度影響因子的確定LSD統(tǒng)計(jì)學(xué)模型是針對(duì)地下水對(duì)氮的防污性能設(shè)計(jì)的。第一步是收集研究區(qū)地下水NO3+NO2濃度資料;第二步是確定影響因子,第三步用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析各個(gè)影響因子在不同條件下地下水NO3+NO2濃度的差異性;第四步是確定各個(gè)影響因子在不同條件下的評(píng)分值。(2)影響因子及因子據(jù)該地區(qū)地下水NO3+NO2的來(lái)源和氮污染情況,選擇3個(gè)影響因子:L土地利用(landuse),S土壤排水狀況(soildrainage),D水位埋深(depthtowatertable)。故該模型稱為L(zhǎng)SD模型。(3)地下水no3+no2濃度的設(shè)置和評(píng)分①土地利用條件設(shè)置及評(píng)分:數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)與灌溉農(nóng)田之間以及城鎮(zhèn)、灌溉農(nóng)田與其他土地利用類型(放牧地、非灌溉農(nóng)田、森林)之間的地下水NO3+NO2濃度有明顯差異,放牧地、非灌溉農(nóng)田、森林之間的地下水NO3+NO2濃度無(wú)明顯差異,從而設(shè)計(jì)出表5中土地利用的評(píng)分。②土壤排水狀況的設(shè)置和評(píng)分:數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),表5中的4種土壤排水狀況的地下水NO3+NO2濃度均有明顯的差異,從而設(shè)計(jì)出表5中土壤排水狀況的評(píng)分。③數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),埋深0～30.5m和30.5～91.4m之間以及91.4～182.9m和182.9～274.3m之間的地下水NO3+NO2濃度沒(méi)有明顯差異,埋深0～91.4m和91.4～274.3m之間的地下水NO3+NO2濃度有明顯差異,從而設(shè)計(jì)出表5中地下水埋深的評(píng)分。(4)lsd模型防污性能計(jì)算防污性能指數(shù)按公式DI=L+S+D計(jì)算,根據(jù)DI值把防污性能分4級(jí):Ⅰ級(jí),DI=4～5,防污性能好;Ⅱ級(jí),DI=6,防污性能中等;Ⅲ級(jí),DI=7,防污性能差;Ⅳ級(jí),DI=8,防污性能很差。用已研究區(qū)地下水NO3+NO2濃度對(duì)LSD模型防污性能評(píng)價(jià)進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn),4種等級(jí)的防污性能地區(qū)的地下水NO3+NO2濃度均有明顯差異。這種模型對(duì)已知地區(qū)有效,能否推廣到其他地區(qū),仍需檢驗(yàn)。3中國(guó)地下水自然污染評(píng)價(jià)方法的初步思路3.1含水層的遷移基本原則主要從下列幾方面考慮:(1)潛水和承壓水是兩種水埋藏條件差異很大的含水層,應(yīng)分開(kāi)評(píng)價(jià);(2)選擇對(duì)污染物遷移影響最大而資料又容易獲得的因子;(3)中國(guó)的地下水供水水源地大部分在松散沉積物區(qū),因此松散沉積物區(qū)的包氣帶介質(zhì)要設(shè)計(jì)得細(xì)些。3.2防水性能評(píng)價(jià)(1)地下水染物帶的利用影響潛水污染的因子很多,在DRASTIC模型中的7個(gè)因子都不同程度地影響潛水的防污性能。但從實(shí)際情況而言,有些可以刪去。補(bǔ)給量是大氣降水入滲量和灌溉回歸水量,很難取得評(píng)價(jià)點(diǎn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。此外,補(bǔ)給量這個(gè)因子有兩重性,補(bǔ)給量大可把更多的污染物帶入地下水,同時(shí)它也會(huì)增強(qiáng)稀釋能力,難以評(píng)分。在中國(guó),很難取得土壤介質(zhì)的詳細(xì)資料,土壤實(shí)際上是包氣帶的一部分,所以與包氣帶介質(zhì)合在一起更好。含水層介質(zhì)和含水層滲透系數(shù)實(shí)際上是兩個(gè)重復(fù)的因子,它主要影響污染物在含水層遷移的難易程度,并不影響污染物從地表進(jìn)入地下水的難易程度;此外,它們也有兩重性,介質(zhì)顆粒粗或裂隙發(fā)育,對(duì)污染物的吸附能力差,污染物衰減能力也差,但滲透性好使水交替快,它會(huì)增加含水層的稀釋能力,故難以評(píng)分。據(jù)此,補(bǔ)給量(R)、土壤介質(zhì)(S)、含水層介質(zhì)(A)和含水層滲透系數(shù)(C)宜刪去。此外,含水層厚度的大小反映地下水稀釋能力的強(qiáng)弱,應(yīng)增加此因子。綜上所述,潛水防污性能評(píng)價(jià)宜選擇以下4個(gè)影響因子:地下水埋深、包氣帶評(píng)分介質(zhì)、包氣帶中評(píng)分介質(zhì)厚度、含水層厚度。該模型稱為DRTA模型。(2)包氣帶介質(zhì)類型和厚度對(duì)防污性能的影響①D地下水埋深。地下水埋深是對(duì)潛水防污性能影響最大的因子。埋深越大,污染物與介質(zhì)的接觸的時(shí)間越長(zhǎng),污染物經(jīng)歷的各種反應(yīng)(吸附、化學(xué)反應(yīng)、生物降解等)越充分,衰減越顯著,其防污性能也越好,反之則相反。②R包氣帶評(píng)分介質(zhì)。包氣帶介質(zhì)也是對(duì)防污性能影響最明顯的因子。包氣帶介質(zhì)對(duì)防污性能的影響主要表現(xiàn)在其顆粒的粗細(xì)和裂隙發(fā)育程度上。如顆粒越細(xì)或裂隙越不發(fā)育,則污染物遷移慢,吸附容量大,污染物經(jīng)歷的各種反應(yīng)(吸附、化學(xué)反應(yīng)、生物降解等)充分,故其防污性能好,反之則相反。由于包氣帶常由多種介質(zhì)組成時(shí),難以確定以哪種介質(zhì)評(píng)分,此時(shí),應(yīng)選擇防污性能最好且其厚度大于1m的介質(zhì)進(jìn)行評(píng)分。介質(zhì)防污性能從好到差的排序如下:粘土、淤泥→亞粘土→亞砂土、泥巖→粉土、泥質(zhì)頁(yè)巖→粉砂、頁(yè)巖→火成巖、變質(zhì)巖→粉粒和粘粒多的砂礫石、細(xì)砂、砂巖、風(fēng)化的火成巖和變質(zhì)巖→裂溶隙少的灰?guī)r、中粗砂→粉粒和粘粒少的砂礫石→玄武巖→巖溶發(fā)育的灰?guī)r。③T包氣帶評(píng)分介質(zhì)的厚度。防污性能除了與包氣帶介質(zhì)類型有關(guān)外,與其參與評(píng)分介質(zhì)的厚度也密切相關(guān),厚度越大防污性能越好,其原因如上所述。④A含水層厚度。選擇含水層厚度作為評(píng)價(jià)因子主要考慮其稀釋能力。一般來(lái)說(shuō),其稀釋能力主要決定于含水層的富水性、給水度和厚度,但很難取得可靠的富水性和給水度數(shù)據(jù),所以用厚度來(lái)代替。厚度越大稀釋能力越強(qiáng),反之則相反。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也提出用此因子。(3)地下水埋深、包氣帶風(fēng)壓按因子對(duì)防污性能影響大小給予權(quán)重值,影響最大的權(quán)重值為5,最小的為1。具體分配為:地下水埋深(D),5;包氣帶評(píng)分介質(zhì)(R),5;包氣帶評(píng)分介質(zhì)的厚度(T),1;含水層厚度(A),2。(4)各因素的評(píng)分各因子的評(píng)分范圍均為1～10。防污性能越差分值越高,反之越低