京津冀典型区域地下水污染风险评价方法研究

地下水污染风险评价是开展京津冀地区地下水污染防控工作的基础,对于保障京津冀地下水环境安全至关重要.为了有针对性地开展京津冀地区地下水污染防控工作,以京津冀地区内某典型区域为研究区,提出了一种基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,并以研究区内特征污染物硝酸盐为对象进行地下水污染风险评价.结果表明:①研究区内地下水污染荷载主要受垃圾填埋场分布影响,其次为工业源和农业面源;②包气带结构类型不变的情况下,污染源荷载的变化只会导致进入含水层中的污染物浓度不同,不会改变包气带硝酸盐折减系数;③污染源类型、包气带介质岩性及厚度是造成研究区内地下水硝酸盐污染风险评价存在差异的主要原因.研究显示,采用基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,能够有效地降低地下水污染评价过程中的主观性,对于确定京津冀地区地下水污染重点防控区域,提高地下水环境管理水平具有重要的参考价值.      

基于物理过程的矿区地下水污染风险评价

目前国内外所做的地下水污染风险评价的实例研究一般都是从地下水的脆弱性研究出发,并未过多地考虑特征污染物对污染后果的影响.脆弱性是环境对污染物的自然敏感性,而地下水污染评价中更应当体现出污染物在地下水中的迁移分布特性.为了完善地下水污染风险评价的理论和方法,以某尾矿区为例提出了基于物理过程的地下水污染风险评价方法,在污染发生之前,根据经济社会的敏感性条件和污染物将来可能的分布范围,事先划分各个污染风险等级在含水层空间上的分布范围,然后据此反推各个风险等级所对应的污染物源强,以此作为地下水污染风险评价等级的划分标准,通过对污染物在包气带和含水层中的运移进行数值模拟来评价尾矿区地下水的污染风险.结果表明,这种基于物理过程的地下水污染风险评价方法可以给出污染物浓度和风险水平在空间和时间上的分布规律,对于单个点状的污染场地来说,具有详尽的风险表征方式,优于以往基于含水层固有脆弱性指数法的风险评价方法,该方法适用于现有污染场地的风险评价、场地优化选址和为场地建设提供设计参数.     

基于污染评价的地下水中优控污染物筛选

优控污染物的筛选是环境管理和环境质量保护的有效技术手段,快速高效地筛选识别出地下水中需要优先控制的污染物,对地下水污染防控具有重要的指导意义.为了探究一套适用于基础资料薄弱地区的优控污染物筛选体系,本文在地下水检测分析数据的基础上,运用指标分类污染评价方法,结合污染程度频率评分叠加,建立了基于污染评价的优控污染物筛选体系.将该体系应用于格尔木地区地下水中优控污染物的筛选,运用基于风险评价的优控污染物筛选体系对结果进行验证,并探讨两种体系的差异性.结果表明:格尔木地区地下水中优控污染物为TDS、总硬度、氯离子、硫酸根、钠、氟、总铁、芘、菲、铝共3类10种,与基于风险评价的地下水中优控污染物筛选结果基本一致,筛选结果具有一定的可靠性.基于风险评价的体系过程复杂,对基础资料要求较多,但具有一定的前瞻性,适用于基础资料丰富的地区;基于污染评价的体系过程简便,对基础资料要求少,但易受背景值计算的影响,更适用于污染源基础资料薄弱的地区地下水中优控污染物的筛选.     

巴里坤-伊吾盆地平原区地下水污染风险评价

开展地下水污染风险评价研究是地下水污染防控的重要环节.以巴里坤-伊吾盆地平原区地下水为研究对象,构建DRSTIW模型进行地下水脆弱性评价;根据污染场地调查资料和土地利用类型划分点源和面源污染,进行地下水污染荷载评价;考虑地下水的原生价值、经济价值和生态价值进行地下水功能价值评价;利用ArcGIS的地图代数功能生成地下水污染风险评价图,采用ROC曲线验证地下水污染风险评价结果,通过计算G指数得到地下水污染风险空间冷热点分布,结合重心和标准差椭圆对热点变动情况进行定量分析.结果表明,研究区地下水污染风险整体较低,高污染风险区和较高污染风险区仅占研究区总面积的6.8%,主要位于伊吾县的淖毛湖镇、盐池镇,巴里坤县的奎苏镇、石人子乡、花园乡和兵团红山农场,该区域内地下水埋深较浅,土壤表层和包气带介质透水性能较强,吸附能力较差,加之污染源分布较集中,使得污染物易于迁移富集,在地下水高脆弱性和高污染荷载的双重作用下导致局部区域地下水污染风险升高.受人类活动影响,地下水污染风险在空间上存在一定的集聚现象,整体表现为由西北向东南演变的趋势.地下水污染风险评价结果为划分地下水污染防治区提供重要参考.     

地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》（简称“《导则》”）中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:①BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe（Peclet数）为0.25×10-3时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1.8倍,存在高估污染风险的可能.②相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0.1 mg/L的时间延迟了390 d.③当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.      

Hydrus-1D软件在地下水污染风险评价中的应用

以北京市东南郊再生水灌区为研究区域,应用Hydrus-1D软件构建水流、溶质运移模型,模拟再生水连续灌溉入渗过程中水流在包气带中的运动,并以再生水中的典型有机污染物多环芳烃萘、菲为研究对象,模拟其随灌溉水在包气带中的迁移衰减反应过程,结合MapGIS 6.7,将Hydrus-1D的点模拟结果应用于大面积、区域性的污染评价,通过与研究区地下水萘、菲的背景值进行对比,分级评估地下水污染风险.结果表明,经过50年连续灌溉后,再生水灌区整体地下水萘、菲污染风险较低,萘的污染风险高于菲,灌区内高污染风险区域主要位于凤港减河、红旗干渠与凤官沟交汇处以及东风干渠、永乐河与通大边沟之间.     

邻苯二甲酸酯在包气带土层中的迁移模拟研究

选择垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为特征污染物,通过室内实验确定了DMP和DBP在包气带土层的降解、吸附、弥散参数,建立了DMP和DBP在包气带迁移的对流-弥散数学模型.利用有限差分数值解方法,预测了DMP和DBP在包气带土层中迁移及其对饱水带地下水的污染风险.结果表明,DMP和DBP 的包气带污染距离分别可达6.5m和0.5m,DMP存在丰水期污染饱水带地下水的风险,而DBP的污染风险较小.     

两种不同的地下水污染风险评价体系对比分析:以北京市平原区为例

地下水污染风险评价对地下水的污染防治区划及合理开采利用地下水资源具有重要意义.目前国际上最具代表性的评价体系包括UN体系和WP体系.两种体系基础要素均包括地下水固有防污性能、含水层富水性、地下水水质、地下水源保护区和污染负荷,但是5个基础要素的组合方式不同.为探讨两种体系评价结果的差异性及造成差异性的原因,对北京市平原区地下水分别采用UN体系和WP体系进行污染风险评价,将评价结果进行对比分析.结果表明,UN体系和WP体系存在明显差异,2种体系的评价等级空间分布趋势相似,均符合实际情况,但是同等级覆盖范围差异较大;并且评价体系构成的层次问题、评价要素的叠加规则及评价过程中运用的分级方法都可能对UN体系和WP体系的地下水污染风险评价结果造成影响.UN体系和WP体系评价方法都适用于平原区的地下水污染风险评价,但是2种评价体系考虑的侧重点不同.     

地下水污染风险评价中污染源荷载量化方法的对比分析

地下水污染风险评价是地下水资源保护和地下水污染防治区划的重要基础,其评价体系通常由污染源荷载、地下水脆弱性和地下水价值3个要素构成.由于污染源荷载量化方法的差异,必然存在对污染源基础信息的需求差异,以及对最终评价结果的影响未知等问题.为探讨污染源荷载量化方法对地下水污染风险评价的影响,本文选择具有代表性的评分指数法和定量指数法,以滹沱河冲洪积扇中尺度研究区为例,分别进行污染源荷载量化,耦合叠加相同的地下水脆弱性、地下水价值要素,进行地下水污染风险评价,并作对比分析.结果表明,两种方法得出的污染源荷载量化结果存在较大差异,风险评价的最终结果在风险数值特征及风险级别的空间分布上差异也比较显著,说明污染源荷载量化方法的选择对风险评价结果有重要影响;评分指数法适用于基础信息精度较低的大尺度评价区,方法简单,评价结果可靠性程度略低,定量指数法适用于基础信息精度高的中小尺度评价区,方法略复杂,但评价结果可靠性更高,反映出评价区的尺度效应对方法的选择有重要影响.     

区域地下水环境风险评价技术方法

针对我国在地下水环境风险评价技术方法储备不足的问题,提出区域地下水环境风险评价技术方法应遵循逐级筛选、分类分级评价的思路,突出对不同尺度的控制,将区域地下水尺度划分为区域(流域、平原)、局部地区(城市、单元)和场地(水源地、污染场地)3个层次. 通过分析区域地下水环境中风险源—受体—危害分析—生态终点的暴露响应途径,提出适宜大尺度区域地下水环境风险的评价方法;选用区域土地利用类型表征区域污染源,以地下水水质以及供水量变化为生态终点,采用相对风险模型分析大尺度区域环境风险. 针对大尺度区域内高环境风险区,采用源—路径—受体控制模型建立城市区域尺度地下水污染风险评价理论模型,并结合当地污染源特征、水文地质条件及水质现状进行局部地区地下水污染风险评价. 针对局部地区的高污染风险区,基于健康风险评价理论,突出水质安全保障,确定小尺度场地地下水健康风险的内涵与评价方法,提出场地地下水健康风险评价流程采用过程模拟方法确定污染物在包气带—地下水中的迁移转化,定量分析其对人体健康的影响. 下辽河平原区域地下水环境风险评价结果显示,高环境风险区位于沈阳浑河冲洪积扇区域,而细河是区域内地下水高健康风险区,应有针对性地采取保护措施.      

污染源半定量化的地下水有机污染风险评价

结合细河沿岸地区水文地质条件及地下水有机污染特征,通过AHP法确定权重,建立DRSIC模型,将评价结果与污染源荷载评价叠加,构建研究区有机污染风险评价模型.并通过研究区有机污染特征检验模型的合理性.结果表明:区内大部分地区有机污染风险中等或低.只有细河沿岸、杨士至于洪区一带污染风险处于高水平.评价结果较好的符合研究区有机污染现状.     

地下水污染防治区划体系构建研究

地下水污染防治区划是地下水污染地质调查评价工作的一项重要内容,能够为制定和实施地下水污染防治规划提供依据.本研究从与地下水污染源及含水层相关的本质角度及外在的社会经济角度、政策角度综合考虑,将地下水污染风险评价、地下水价值、地下水源保护区划分利用层次分析法及相应的叠加原则进行耦合,构建了一套地下水污染防控区划体系,并借助GIS技术进行相关的数据处理及区划结果的可视化表达.北京市平原区地下水防治区划实例应用研究结果表明,最终的防治区划分级图能够较好地反映出研究区域地下水防治的轻重缓急,符合实际情况,对下一步实际预防、监管措施的制定与实施可以起到指导作用.此外,由于该体系构成因素的动态性特征,建议开展关于区划更新频率的分析.     

浑河中游1,2-DCA在地下水中运移规律的模拟分析

为研究有机组分在地下水中的运移规律及影响因素,并预测水质的破坏程度,利用数值模拟方法建立浑河中游区域特征有机污染组分1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)的溶质运移模型,分析1,2-DCA在浑河中游地下水中的运移规律,并预测了其对地下水水质的影响. 细河与浑河中1,2-DCA的补给浓度(以ρ计)分别为4.50和6.40μg/L,预测期为10a,在运移模型中考虑弥散、吸附、降解作用的影响. 模拟结果显示,预测期内1,2-DCA在细河污染区的最大影响面积为1.80km2,峰值浓度(以ρ计)为3.50μg/L,污染物向北西方向运移;在浑河污染区的最大影响面积为3.78km2,峰值浓度为5.00μg/L,污染物向西南方向运移,表明污染物对地下水水质影响程度较低. 预测初期的200d内,吸附及生物降解的共同作用使细河、浑河污染晕中心的ρ(1,2-DCA)分别下降了0.12、0.10μg/L;随后,对流-弥散作用成为溶质运移的主要驱动力,并且使1,2-DCA的污染程度持续增强;黏土对1,2-DCA的运移具有阻滞作用,1,2-DCA在细河污染晕的扩散幅度略低于浑河.