地下水脆弱性背景

1996年的飲用水安全法修正案開創(chuàng)了預(yù)防飲用水污染的新紀(jì)元，其中強調(diào)了水源管理的重要性。在美國環(huán)保署（簡稱USEPA）提出的水資源評價計劃中，要求對水資源系統(tǒng)進行污染脆弱性評價（美國環(huán)保署，1997）。保護飲用水的第一步，是要對水源進行評價，考慮到地下水資源可能會受到某些污染，因此，在開展這項工作時，通常要與現(xiàn)有的水資源保護規(guī)劃結(jié)合起來進行。許多聯(lián)邦、州和地方的水資源管理計劃中，都考慮到了地下水的脆弱性評價問題，其中包括如何確定可持續(xù)飲用水源，對地下水進行殺菌消毒，殺蟲劑管理計劃，廢棄物地下填埋和“幽禁的動物給食運作”（簡稱CAFO）等。美國國家研究院在1993年發(fā)表的一篇文章中，對政府、私人和學(xué)術(shù)機構(gòu)進行地下水污染的脆弱性評價時所采用的一些方法進行了總結(jié)。根據(jù)特定的目標(biāo)和可利用的資源，評價范圍包括私人水井乃至整個含水層系統(tǒng)，研究對象可以是針對某種污染物或某類污染物，也可以是針對所有的污染物。

隨著整個美國對飲用水安全和生態(tài)健康需求的不斷增加，政策決策者正面臨著如何評價和管理水資源的問題。由于需要評價人為活動和天然污染源對地下水資源造成的可能污染，因此在政策制定和目標(biāo)管理過程中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對地下水污染的脆弱性評價，既有費用相對較低的簡單定性法，也有成本相對較高的嚴(yán)格定量評價法。必須針對水資源決策者的不同需求，認(rèn)真分析評價成本、防御措施的科學(xué)性和可能存在的不確定性等因素。

地下水的科學(xué)防御方法

科學(xué)的方法是指系統(tǒng)而客觀地獲取知識的原則和過程，包括認(rèn)識問題、通過觀察和實驗搜集資料、歸納和檢驗假設(shè)等。因此，科學(xué)方法不能只憑經(jīng)驗或主觀判斷，而是需要根據(jù)事實進行客觀分析?？茖W(xué)的地下水脆弱性評價必須按照科學(xué)的方法，搜集大量的文獻資料、觀測數(shù)據(jù)和研究方法，從而得出可靠的結(jié)論。

地下水的固有敏感性和脆弱性

地下水系統(tǒng)的固有敏感性取決于含水層性質(zhì)（水力傳導(dǎo)系數(shù)、孔隙度和水力梯度），以及相關(guān)的水源和壓力（補給、與地表水的相互作用、在非飽和帶的遷移和井排泄）。因此，固有敏感性評價不能只針對特定的天然和人為污染源，相反，必須要考慮影響地表水和地下水流動的各種物理因素。

地下水資源對污染物的脆弱性取決于固有敏感性、天然和人為污染源的位置和類型、井的位置以及污染物的遷移轉(zhuǎn)化。水資源決策者通常面臨著兩種選擇，究竟是根據(jù)固有敏感性來管理水資源，還是根據(jù)更全面的地下水對特定污染物的脆弱性進行管理。

地下水流動系統(tǒng)概述

在天然條件下，地下水在三維空間內(nèi)從補給區(qū)向排泄區(qū)流動，地下水由大氣降水獲得補給，通過非飽和帶滲入地下飽和帶；地下水的補給也可以通過地表水體獲得。飽和帶的地下水以泉、溪流、湖泊、濕地和植物蒸發(fā)蒸騰等形式進行排泄。這樣，地下水從補給區(qū)到排泄區(qū)的三維流動水體就組成了地下水流動系統(tǒng)。地下水流動系統(tǒng)的面積從幾平方米到上萬平方米不等，地下水徑流通道從幾米到幾百米不等。地下水流動系統(tǒng)的補給區(qū)和排泄區(qū)之間具有一定的水力聯(lián)系。

不同的地下水流動系統(tǒng)，地下水的年齡（距補給的時間）也有所不同，從補給區(qū)到排泄區(qū)地下水的年齡穩(wěn)定增加。在淺層地下水流動系統(tǒng)中，排泄區(qū)的地下水年齡從不足一天到幾百年不等，而且補給區(qū)的地下水年齡要小于排泄區(qū)。在流動通道較長（幾十英里）的地下水系統(tǒng)中，地下水的年齡會達(dá)到幾千年或幾萬年（見圖1）。埋深較淺和形成年代較晚的地下水對地表污染物較為敏感；而埋藏較深和形成年代較長的地下水則更容易在長期的流動的過程中接觸某些天然存在的污染物。對地下水流向和流速的認(rèn)識，有助于更好地理解地下水系統(tǒng)固有敏感性的發(fā)生機理。

為了對地下水脆弱性進行全面評價，需要了解一些特定的污染物信息。本報告中所提及的“污染物”包括對人類健康或其它方面造成不利影響的所有天然和人為形成的物質(zhì)。必須在天然的地球化學(xué)系統(tǒng)和地下水流動系統(tǒng)中考慮人類對污染源和污染物遷移轉(zhuǎn)化的潛在影響。例如，如果土地利用方式（促進污染物遷移的方式）會對地下水流動系統(tǒng)造成一定影響，那幺水資源將更易受到污染物的影響。Welch等人（2000年）指出，人類活動會造成水井中砷濃度的升高。

特定的污染物信息包括：（1）潛在污染源信息；（2）目標(biāo)污染物的化學(xué)性質(zhì)；（3）污染物在地下水流動系統(tǒng)中的運移機制。

地下水脆弱性污染源

了解土地利用方式、潛在的污染源和地下水資源的固有敏感性之間在時間和空間上相互作用，是確定地球化學(xué)系統(tǒng)乃至于地下水對污染物脆弱性的關(guān)鍵。潛在的人為污染物通常位于地下水系統(tǒng)的邊界上，污染物會隨著補給水源進入地下水系統(tǒng)中。一些污染源，如防護性能較差的化糞池和儲油罐，會造成嚴(yán)重的污染問題。天然污染源與含水層的巖性和地球化學(xué)條件相關(guān)聯(lián)，有可能會出現(xiàn)在含水層的任何地區(qū)。

根據(jù)空間范圍，通常可以將污染源劃分為點狀污染源和非點狀污染源。點狀污染源是指污染物通過某一特定位置釋放出來，而非點狀污染源是指通過大面積范圍釋放出來污染物。也可以根據(jù)時間范圍，將污染源劃分為連續(xù)性污染源和瞬時性污染源。連續(xù)性污染源是指污染物在長期范圍內(nèi)不斷釋放出來，而瞬時性污染源是指污染物只在某一時刻釋放出來。污染源類型（點源、非點源、連續(xù)性污染源和瞬時性污染源）的分類，對于確定地下水系統(tǒng)中污染物濃度的時間和空間分布非常重要。在某些情況，點污染源與一個或多個非點狀污染源的累積效應(yīng)非常相似。

地下水脆弱性化學(xué)性質(zhì)

污染物在地下水系統(tǒng)中的運移，會受到某些地球化學(xué)效應(yīng)、放射性作用和活動性微生物的影響。某些化學(xué)變化會使某些有害污染物轉(zhuǎn)化為毒害性較小的副產(chǎn)物，而另一些化學(xué)作用會使污染物產(chǎn)生的副產(chǎn)物毒性比母體更強，對生態(tài)系統(tǒng)和人類的危害也更大。某些放射性物質(zhì)在天然衰減過程中，也會產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，比母體的危害性更大（Focazio等，2000）。在某些情況下，會發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的某些降解（轉(zhuǎn)化）產(chǎn)物的危害遠(yuǎn)比母體大（Kolpin等，1997）。目前，地下水修復(fù)工作越來越關(guān)注天然衰減問題，在混合、水平對流和生物降解的共同作用下，污染物的濃度會越來越?。–hapelle等，2000）。與此類似，某些化學(xué)變化會使相對穩(wěn)定的組分變成移動性較強的組分，將母體轉(zhuǎn)化為某些副產(chǎn)物。了解地下水運動的通道和時間，以及污染物的化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)，是確定污染物遷移轉(zhuǎn)化以及可能產(chǎn)生副產(chǎn)物的關(guān)鍵因素。對于可以迅速轉(zhuǎn)化為其它產(chǎn)物的污染物，特別是轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物或子產(chǎn)物比母體毒性更大的污染物，這一點尤為重要。另外，地下水污染的脆弱性取決于污染物的溶解性和移動性，而移動性與含水層和抽水井特定的礦物學(xué)和地球化學(xué)條件有關(guān)。

地下水脆弱性彌散和擴散

彌散和擴散是污染物在地下水中重要的運移機制，在地下水運移過程中，這些機制可以將污染物帶入到地下水系統(tǒng)中。運移過程中，在地下水系統(tǒng)的某些位置，污染物濃度可能會有所降低，而在另一些地區(qū)，污染物濃度卻會有所增加。分子擴散是指溶質(zhì)在濃度梯度的作用下，由濃度高處向濃度低處運動，致使液體中的溶質(zhì)濃度趨于均勻。而彌散是指由于多孔介質(zhì)中孔隙系統(tǒng)的存在，致使流體的微觀速度在孔隙中的分布大小和方向都不均勻，流體質(zhì)點的實際運動迂回曲折。彌散使得溶質(zhì)的運動比單純對流擴散的范圍更廣。

科學(xué)家可以為水資源決策者提供地下水脆弱性評價和（或）固有敏感性的科學(xué)防御信息。可以通過定量或定性方法說明評價工作中存在的不確定性，從而增加成果圖的有效性。應(yīng)當(dāng)將科學(xué)目標(biāo)和管理目標(biāo)嚴(yán)格區(qū)分開來，成功的地下水脆弱性評價與科學(xué)的防御分析相結(jié)合，可以滿足科學(xué)目標(biāo)需求，水資源決策者在此基礎(chǔ)上輔以一些附加信息，可以滿足管理目標(biāo)的需求。

《地下水脆弱性評價導(dǎo)則研究》系統(tǒng)介紹了國內(nèi)外地下水脆弱性評價相關(guān)研究成果，對分區(qū)評價模型、評價指標(biāo)、評價標(biāo)準(zhǔn)、適用范圍、存在問題等方面進行了評述和分區(qū)案例分析，提出了水量脆弱性與水質(zhì)防污性綜合考慮的地下水脆弱性評價導(dǎo)則草案。

《地下水脆弱性評價導(dǎo)則研究》可供從事地下水保護與管理工作的相關(guān)科研人員、技術(shù)人員、管理者及學(xué)生參考。

前言

第1章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1．1 國外研究現(xiàn)狀

1．2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

第2章 地下水脆弱性概念及分類

2．1 概念

2．2 分類

2．2．1 地下水本質(zhì)脆弱性

2．2．2 地下水特殊脆弱性

第3章 地下水脆弱性評價指標(biāo)體系

3．1 評價指標(biāo)體系框架

3．1．1 指標(biāo)體系的構(gòu)建原則

3．1．2 指標(biāo)體系

3．2 地下水脆弱性評價指標(biāo)權(quán)重確定方法

3．2．1 專家賦分法

3．2．2 主成分一因子分析法

3．2．3 層次分析法

3．2．4 灰色關(guān)聯(lián)度法

3．2．5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

3．2．6 熵權(quán)法

3．2．7 試算法

第4章 地下水脆弱性評價方法

4．1 迭置指數(shù)法

4．2 過程模擬法

4．3 統(tǒng)計方法

4．4 模糊數(shù)學(xué)法

4．5 其他方法

4．6 方法比較

第5章 地下水脆弱性評價模型

5．1 DRASTIC模型

5．1．1 DRAsTIC模型評價指標(biāo)

5．1．2 各評價指標(biāo)分別描述

5．2 Legrand模型

5．3 GOD模型

5．4 SINTACS模型

5．5 Vierhuff

5．6 AVI方法

5．7 SI

5．8 針對巖溶含水層的脆弱性評價模型

5．8．1 EPIK

5．8．2 表層巖溶帶地下水脆弱性評價模型（EPIKSVLG）

5．8．3 歐洲模式

5．8．4 越南模式

5．8．5 slovenia模式

5．9 針對干旱區(qū)地下水脆弱性的評價方法

5．9．1 地下水脅迫因子對應(yīng)變類型的IRRUDQELTS指標(biāo)模型

5．9．2 基于傳統(tǒng)水文地質(zhì)成果的流域地下水脆弱性評價DRAV模型

5．9．3 基于遙感技術(shù)的縣域地下水脆弱性評價VI．DA模型

5．10 盆地地下水脆弱性評價方法

5．11 平原地下水脆弱性評價方法

第6章 地下水脆弱性編圖方法

6．1 概述

6．2 分類

6．3 制圖技術(shù)

6．4 地下水脆弱性編圖的圖例

6．5 國內(nèi)外編圖實踐

第7章 相關(guān)案例分析

7．1 平原區(qū)

7．1．1 三江平原地下水脆弱性評價

7．1．2 松嫩平原地下水脆弱性評價

7．1．3 下遼河平原地下水脆弱性評價

7．1．4 華北平原地下水脆弱性評價

7．1．5 銀川平原地下水脆弱性評價

7．1．6 江漢平原地下水脆弱性評價

7．2 巖溶區(qū)

7．3 分區(qū)評價指標(biāo)

7．3．1 西北地區(qū)

7．3．2 東北地區(qū)

7．3．3 華北平原區(qū)

第8章 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析及導(dǎo)則編制

8．1 《地下水脆弱性評價技術(shù)要求（GWI-D3）

8．2 《區(qū)域淺層地下水脆弱性評價技術(shù)指南》

8．3 《地下水或含水層敏感性和脆弱性評價方法選擇指南》

8．4 《地下水脆弱性評價導(dǎo)則（征詢意見稿）

第9章 通遼市示范應(yīng)用

9．1 研究區(qū)背景

9．1．1 研究區(qū)自然地理與經(jīng)濟概況

9．1．2 地下水開發(fā)利用現(xiàn)狀

9．2 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

9．2．1 研究區(qū)地質(zhì)條件

9．2．2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

9．2．3 地下水動態(tài)及水化學(xué)特征

9．3 地下水脆弱性指標(biāo)體系

9．3．1 DRASTIC模型及其改進

9．3．2 研究區(qū)指標(biāo)體系建立

9．3．3 水質(zhì)防污性指標(biāo)分區(qū)及等級劃分

9．3．4 水量脆弱性指標(biāo)分區(qū)及等級

9．4 評價指標(biāo)權(quán)重

9．4．1 水質(zhì)防污性指標(biāo)

9．4．2 水量脆弱性指標(biāo)

9．5 評價結(jié)果分析及驗證

9．5．1 水質(zhì)防污性結(jié)果分析

9．5．2 水量脆弱性分析

9．5．3 結(jié)果驗證

9．6 敏感度分析

9．6．1 水質(zhì)防污性敏感度分析

9．6．2 水量脆弱性敏感度分析

9．7 結(jié)論

第10章 呼倫貝爾示范應(yīng)用

10．1 研究區(qū)概況

10．1．1 自然地理

10．1．2 地形地貌

10．1．3 氣象

10．1．4 水文

10．1 _5社會經(jīng)濟

10．2 區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

10．2．1 地層條件

10．2．2 水文地質(zhì)條件

10．3 水資源及開發(fā)利用現(xiàn)狀

10．4 地下水脆弱性評價模型的構(gòu)建

10．4．1 本質(zhì)脆弱性DRASC評價模型

10．4．2 特殊脆弱性DRASCLM評價模型

10．4．3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

10．5 地下水脆弱性評價結(jié)果及分析

10．5．1 潛水本質(zhì)脆弱性評價結(jié)果

10．5．2 潛水特殊脆弱性評價結(jié)果

10．6 潛水脆弱性評價結(jié)果驗證

10．7 敏感性分析

10．8 結(jié)論

附錄A 地下水脆弱性評價導(dǎo)則（征求意見稿）

1 總則

2 基本要求

3 地下水脆弱性影響因素分析

4 地下水脆弱性評價方法

5 地下水脆弱性評價步驟

6 地下水脆弱性評價成果

附錄B 地下水脆弱性編圖指南

附錄C 地下水資源對污染敏感脆弱性編圖及風(fēng)險評價指南

附錄D 國外研究案例

1 基于改進的DRASTIC模型在伊戈迪亞湖流域（土耳其，伊斯帕爾塔）的地下水

脆弱性評價

2 VUKA：基于改進后的COP方法應(yīng)用于南非巖溶含水層的地下水脆弱性評價

3 基于WMCDSS模型在尼羅河三角洲東北部第四系含水層的地下水脆弱性評價

參考文獻 2100433B

要降低電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)脆弱性，就要采取一定的措施使網(wǎng)絡(luò)更加均勻，則是要想辦法使網(wǎng)絡(luò)電氣介數(shù)的基尼系數(shù)減小。在經(jīng)濟領(lǐng)域，如何控制貧富差距一直是討論的熱點問題，其中就有人指出，縮小貧富差距，關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)過高收入 。與之類似，要降低電網(wǎng)脆弱性，關(guān)鍵也在于電氣介數(shù)很高的關(guān)鍵節(jié)點和線路。通過一定的方法限制那些電氣介數(shù)很大的節(jié)點和線路，降低它們在全網(wǎng)電能傳輸中的相對重要性，這樣當(dāng)它們失效時，對網(wǎng)絡(luò)造成的影響相對減小，網(wǎng)絡(luò)也變得更加強壯。根據(jù)電能傳輸?shù)奶攸c，要實現(xiàn)上述目標(biāo)，在電網(wǎng)建設(shè)中一般有兩種方法:

一是對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使關(guān)鍵節(jié)點和線路不要承擔(dān)過多的負(fù)荷;二是合理安排電源布局，使潮流的分布盡量合理。

對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有益的改造可以降低網(wǎng)絡(luò)的脆弱性，而一些對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有害的變動(如切除故障線路等)也會對網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)生消極的影響。本節(jié)將對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化與其脆弱性之間的關(guān)系進行研究。

本文應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱性進行了研究，取得了一定成果，但還存在以下問題，需要進一步研究:

(1>對電力系統(tǒng)的建模仍顯粗糙，很多物理特性沒有考慮，如電壓、無功、主接線形式、二次系統(tǒng)等。

(2)連鎖故障模型比較簡單，節(jié)點和線路容量的確定需要進一步研究，沒有考慮保護裝置和穩(wěn)控措施的影響。故障的模擬過程中，只針對節(jié)點故障或支路故障，實際上兩種故障可能是交替的進行的。故障指標(biāo)可以反映連鎖故障強度，但仍不全面，可考慮和己有指標(biāo)結(jié)合使用。

(3)基尼系數(shù)可以反映網(wǎng)絡(luò)均衡性的變化情況，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的小變化可能暴露基尼系數(shù)靈敏性不足的特點，同時該指標(biāo)對于網(wǎng)絡(luò)變化的細(xì)節(jié)也無法體現(xiàn)。基尼系數(shù)的參考標(biāo)準(zhǔn)，是經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域中通過長期統(tǒng)計得到的，對于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均衡性的評價可能不再適用。

(4)對于降低結(jié)構(gòu)均衡性的措施只進行了初步研究，并沒有提出一個普遍適用的方法。有必要進行進一步的研究，以期得到普適的方法，對電網(wǎng)規(guī)劃提供決策支持。2100433B