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    重庆时时彩qq群带人: 基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610979927.3

    申请日:

    2016.11.08

    公开号:

    CN106570646A

    公开日:

    2017.04.19

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 10/06申请日:20161108|||公开
    IPC分类号: G06Q10/06(2012.01)I; G06Q50/06(2012.01)I 主分类号: G06Q10/06
    申请人: 北京师范大学
    发明人: 左锐; 孟利; 李仙波; 关鑫; 滕彦国; 王金生; 杨洁; 翟远征
    地址: 100875 北京市海淀区新街口外大街19号
    优先权:
    专利代理机构: 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 代理人: 张仲波
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610979927.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.05.17|||2017.04.19

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,包括按照行政区划分风险评价单元,计算风险评价单元的风险源压力密度;以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度;确定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系数;综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数;通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,并结合地下水相对风险评价结对地下水环境进行表征。通过获取风险评价单元的风险源压力密度、风险受体敏感度、暴露响应系数和地下水防污性能指数,能够全面快速准确的计算和分析地下水相对风险评价结果,从而提高地下水相对风险评价的可靠性。

    权利要求书

    1.一种基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,所述基于GRRM模
    型行政区地下水环境风险评价方法包括:
    按照行政区划分风险评价单元,计算风险评价单元的风险源压力密度,所述风险源压
    力密度为各风险源值与对应风险评价单元面积之比,所述风险源包括地下水开采强度、河
    网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水排放强度、危险废物产生量强度和林业面
    积比例中的至少一种;
    以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度;
    确定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系数;
    综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,所述水文地质参数包括地下水埋
    深、含水层净补给量、含水层岩性、土壤类型、地形坡度、包气带岩性、含水层水力传导系数;
    通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,并结合地下水相对风险评价结
    对地下水环境进行表征。
    2.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述风险源压力密度包括:
    风险评价单元内地下水开采量与可开采量的比值;
    风险评价单元内河流长度与风险评价单元面积的比值;
    风险评价单元内化工企业数与风险评价单元面积的比值;
    风险评价单元内农业面积与风险评价单元面积之比;
    风险评价单元生活污水排放总量与风险评价单元面积之比;
    危险废物产生量与风险评价单元面积之比;
    林业面积与风险评价单元面积比值。
    3.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度,包括:
    根据污染因子来表征地下水水质风险受体敏感度,所述污染因子包括常规监测因子中
    选择COD、非金属类无机污染物中选择氨氮、挥发性酚类、重金属类污染物中选择汞、砷、挥
    发性有机污染物选择挥发性单环芳烃类的甲苯、半挥发性有机污染物选择多环芳烃类的苯
    并(a)芘;有机氯农药类的六六六总量;
    根据地下水供水量表征地下水供水能力风险受体敏感度。
    4.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系数,包括:
    结合风险源与风险受体分析暴露系数;
    结合风险受体与生态风险分析响应系数;
    结合所述暴露程度和响应程度得到暴露响应系数。
    5.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,包括:
    利用下式计算地下水防污性能指数:
    P=DWDV+RWRV+AWAV+SWSV+TWTV+IWIV+CWCV
    其中,D为地下水埋深、R为含水层净补给量、A为含水层岩性、S为土壤类型、T为地形坡
    度、I为包气带岩性、C为含水层水力传导系数,下标V和W表示指标和权重系数。
    6.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,包括:
    利用下式计算得到地下水相对风险评价结果:
    Rv=∑(Si×SSRin×DI×Rm×SEml)
    RRv=Rv/Rvmax
    式中,Rv为风险值,RRv为相对风险值,i为风险源类型序号,n为风险源压力系号,m为风
    险受体类型序号,l为风险终点类型的标号,Rm为风险受体敏感度,Si为风险源压力密度,DI
    为相对防污性能指数,SSRin为暴露系数;SEml为响应系数。
    7.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述并结合地下水相对风险评价结对地下水环境进行表征,包括:
    按照地下水相对风险评价结果将地下水环境风险等级划分为弱、低、中、较高、高风险
    五个等级。
    8.根据权利要求1所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述方法还包括:
    对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析。
    9.根据权利要求8所述的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,其特征在于,
    所述对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析,包括:
    通过蒙特卡洛模型输入参数的概率分布来预测模型输出结果的概率分布,同时根据不
    确定性指标来衡量输出结果,从而绘制变量不确定性的概率分布曲线,当该概率分布图横
    向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较大。

    说明书

    基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法

    技术领域

    本发明涉及地下水污染分析技术领域,特别是指一种基于GRRM模型行政区地下水
    环境风险评价方法。

    背景技术

    近年来,地下水是我国重要的供水水源,据《全国地下水污染防治规划(2011-
    2020)》统计数据,到2009年地下水开采总量已达1098亿立方米,北方地区65%的生活用水、
    50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水,全国655个城市中,400多个以地下水
    为饮用水源,同时地下水也是我国农村普遍的饮用供水水源。由于地下水开发利用规模大
    幅度增加,一些地区因地表水资源缺乏或地表水体污染等原因大规??傻叵滤?,引发了
    地下水的严重超采,根据2011年《中国水资源公报》数据统计,全国20个省级行政区共统计
    地下水开采漏斗70个,年末总面积6.5万km2。在36个浅层漏斗中,漏斗面积大于500km2的有
    12个,最大漏斗区达6660km2,漏斗中心水位埋深大于20m的有24个,漏斗最深为132m。

    地下水在开发利用过程中产生的一系列的环境地质问题主要源于人类活动使地
    下水参与的水循环动态平衡被破坏,产生一系列链式连锁反应。诸如土地盐渍化、沼泽化、
    大的降落漏斗、海水入侵、矿井突水以及地下水污染等。其中地下水污染问题已经成为制约
    地下水功能的主导因素。城镇生活污水无序排放,过量适用农药化肥,以及大量工业废水废
    料排放,已经并正在使许多宝贵的地下水资源因污染而无法利用。地下水环境具有隐蔽性
    和复杂性,地下水污染所引起的生态环境破坏和人体健康的危害,长期以来缺乏应有关注,
    已成为社会经济可持续发展的重大挑战。

    发明内容

    本发明要解决的技术问题是提供一种基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价
    方法,能够全面有效的对地下水环境风险进行评价。

    为解决上述技术问题,本发明的实施例提供一种基于GRRM模型行政区地下水环境
    风险评价方法,所述基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法包括:

    按照行政区划分风险评价单元,计算风险评价单元的风险源压力密度,所述风险
    源压力密度为各风险源值与对应风险评价单元面积之比,所述风险源包括地下水开采强
    度、河网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水排放强度、危险废物产生量强度和林
    业面积比例中的至少一种;

    以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度;

    确定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系数;

    综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,所述水文地质参数包括地下水
    埋深、含水层净补给量、含水层岩性、土壤类型、地形坡度、包气带岩性、含水层水力传导系
    数;

    通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,并结合地下水相对风险评
    价结对地下水环境进行表征。

    优选的,所述风险源压力密度包括:

    风险评价单元内地下水开采量与可开采量的比值;

    风险评价单元内河流长度与风险评价单元面积的比值;

    风险评价单元内化工企业数与风险评价单元面积的比值;

    风险评价单元内农业面积与风险评价单元面积之比;

    风险评价单元生活污水排放总量与风险评价单元面积之比;

    危险废物产生量与风险评价单元面积之比;

    林业面积与风险评价单元面积比值。

    优选的,所述以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度,
    包括:

    根据污染因子来表征地下水水质风险受体敏感度,所述污染因子包括常规监测因
    子中选择COD、非金属类无机污染物中选择氨氮、挥发性酚类、重金属类污染物中选择汞、
    砷、挥发性有机污染物选择挥发性单环芳烃类的甲苯、半 挥发性有机污染物选择多环芳烃
    类的苯并(a)芘;有机氯农药类的六六六总量;

    根据地下水供水量表征地下水供水能力风险受体敏感度。

    优选的,所述定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系
    数,包括:

    结合风险源与风险受体分析暴露系数;

    结合风险受体与生态风险分析响应系数;

    结合所述暴露程度和响应程度得到暴露响应系数。

    优选的,所述综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,包括:

    利用下式计算地下水防污性能指数:

    P=DWDV+RWRV+AWAV+SWSV+TWTV+IWIV+CWCV

    其中,D为地下水埋深、R为含水层净补给量、A为含水层岩性、S为土壤类型、T为地
    形坡度、I为包气带岩性、C为含水层水力传导系数,下标V和W表示指标和权重系数。

    优选的,所述通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,包括:

    利用下式计算得到地下水相对风险评价结果:

    Rv=∑(Si×SSRin×DI×Rm×SEml)

    RRv=Rv/Rvmax

    式中,Rv为风险值,RRv为相对风险值,i为风险源类型序号,n为风险源压力系号,m
    为风险受体类型序号,l为风险终点类型的标号,Rm为风险受体敏感度,Si为风险源压力密
    度,DI为相对防污性能指数,SSRin为暴露系数;SEml为响应系数。

    优选的,所述并结合地下水相对风险评价结对地下水环境进行表征,包括:

    按照地下水相对风险评价结果将地下水环境风险等级划分为弱、低、中、较高、高
    风险五个等级。

    优选的,所述方法还包括:

    对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析。

    优选的,所述对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析,包 括:

    通过蒙特卡洛模型输入参数的概率分布来预测模型输出结果的概率分布,同时根
    据不确定性指标来衡量输出结果,从而绘制变量不确定性的概率分布曲线,当该概率分布
    图横向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较大。

    本发明的上述技术方案的有益效果如下:

    上述方案中,通过获取风险评价单元的风险源压力密度、风险受体敏感度、暴露响
    应系数和地下水防污性能指数,能够全面快速准确的计算和分析地下水相对风险评价结
    果,从而提高地下水相对风险评价的可靠性。

    附图说明

    图1为本发明的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法流程图。

    具体实施方式

    为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具
    体实施例进行详细描述。

    如图1所示,本发明实施例的一种基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,
    所述基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法包括:

    步骤101:按照行政区划分风险评价单元,计算风险评价单元的风险源压力密度,
    所述风险源压力密度为各风险源值与对应风险评价单元面积之比,所述风险源包括地下水
    开采强度、河网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水排放强度、危险废物产生量强
    度和林业面积比例中的至少一种;

    步骤102:以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度;

    步骤103:确定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系
    数;

    步骤104:综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,所述水文地质参数包
    括地下水埋深、含水层净补给量、含水层岩性、土壤类型、地形坡度、包气带岩性、含水层水
    力传导系数;

    步骤105:通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,并结合地下水相
    对风险评价结对地下水环境进行表征。

    优选的,所述风险源压力密度包括:

    风险评价单元内地下水开采量与可开采量的比值;

    风险评价单元内河流长度与风险评价单元面积的比值;

    风险评价单元内化工企业数与风险评价单元面积的比值;

    风险评价单元内农业面积与风险评价单元面积之比;

    风险评价单元生活污水排放总量与风险评价单元面积之比;

    危险废物产生量与风险评价单元面积之比;

    林业面积与风险评价单元面积比值。

    其中,为表征人类活动和土地利用对地下水环境风险的影响,将风险源综合为7
    类,地下水开采强度、河网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水排放强度、危险废
    物产生量强度和林业面积比例。

    (1)地下水开采强度

    研究区内沈阳、鞍山、辽阳、盘锦等地区地下水水位降落漏斗面积较大,沈阳地区
    约100km2,地下水的开采量越大,也就越易于加剧区域地下水位的下降,导致包气带土壤层
    的含水量减少,使该区出现植被草场退化、生物多样性减少、可能引发海水入侵、地面沉降
    等问题

    (2)河网密度

    下辽河平原区河流发育,有辽河水系、绕阳河水系、大凌河水系及小凌河水系,下
    辽河平原主要河流水系纳污量8.57亿t,下辽河平原地区地表水水质污染已威胁到沿岸沈
    阳、抚顺和铁岭市地下水和海域。包气带土层也受到河网切割侵蚀的影响。

    (3)化工企业密度

    根据《全国地下水污染防治区划》中国中东部城市和老工业基地工业污染地下水
    问题突出和普遍,主要污染组分为“五毒”(挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬)和其它重金属元
    素等?;て笠倒烫宸衔锒逊懦?,生产废水排放,事故下化工产品易进入地下水,化工企业
    越密与地下水环境风险呈正相关。

    (4)农业面积比例

    中国农业生产中的化肥、农药用量普遍超过合理施用量,利用率仅为30%~40%。
    大量化肥和农药流失,造成区域土壤和地下水“三氮”和农药严重污染。下辽河平原是中国
    重要的商品粮基地,农药化肥的使用对区域地下水污染影响显著,大量氮磷化肥的使用,造
    成东北等粮食基地地下水氮严重超标。

    (5)生活污水排放强度

    城镇生活污水排放是下辽河平原另一主要的地下水污染源,区内主要城市年排废
    污水量22.16亿t,占全省的58.3%。生活污水排水管网泄漏严重,带来了市区范围浅层地下
    水的严重污染。根据《全国地下水污染防治区划》,众多中小型城市存在广泛分布的污水渗
    坑和渗井,导致了地下水氮、氯化物和有机物的污染,污染程度和面积逐年增大。

    (6)危险废物产生量强度

    根据《全国地下水污染防治区划》,中国工业垃圾填埋,毒性大而管理松散,令人担
    忧,尤其是缺乏防渗措施铬渣堆场、含砷废渣堆放场渗漏污染地下水严重事件时有发生,造
    成铬和砷大面积污染地下水。研究区危险废物产生量越大,一旦处置不当,危废贮存产生渗
    滤液进入地下水的可能性就越大,地下水环境风险越高。

    (7)林业面积比例

    林业面积越大,尤其是天然林地面积越大,对表层土壤的人为扰动越小,地下水的
    涵养能力越强,能有效阻止地表污染物进入地下水环境,研究区内加强林地种植,能有效降
    低地下水环境风险,是人工调控的一个主要手段。

    优选的,所述以地下水水质和地下水供水能力为风险受体,计算风险受体敏感度,
    包括:

    根据污染因子来表征地下水水质风险受体敏感度,所述污染因子包括常规监测因
    子中选择COD、非金属类无机污染物中选择氨氮、挥发性酚类、重金属类污染物中选择汞、
    砷、挥发性有机污染物选择挥发性单环芳烃类的甲苯、半挥发性有机污染物选择多环芳烃
    类的苯并(a)芘;有机氯农药类的六六六总量;

    根据地下水供水量表征地下水供水能力风险受体敏感度。

    其中,各因子的敏感性赋值参照地下水质量标准中规定,确定如表1,各因子权重
    见表2。将各典型污染物敏感赋值与权重相乘再叠加得到地下水水质受体综合敏感值。

    表1地下水水质各典型污染物敏感赋值


    表2地下水水质受体各污染因子权重赋值


    优选的,所述定风险源对地下水系统及其风险受体的损害程度,得到暴露响应系
    数,包括:

    结合风险源与风险受体分析暴露系数;

    结合风险受体与生态风险分析响应系数;

    结合所述暴露程度和响应程度得到暴露响应系数。

    其中,“暴露响应分析”是研究各风险源在研究区域中的分布、流动及其与风险受
    体之间的接触暴露关系。是区域地下水环境风险评价的核心部分,其目的是确定风险源对
    地下水系统及其风险受体的损害程度。

    在进行暴露和响应分析时要尽可能地弄清人类活动干扰对风险受体的作用机理,
    充分利用一切有关的已有和监测信息和数据资料,以提高评价的准确性。危害分析的结果
    要尽可能达到定量化,各种风险源的危害之间要具有可比性。

    优选的,所述综合加权水文地质参数计算地下水防污性能指数,包括:

    利用下式计算地下水防污性能指数:

    P=DWDV+RWRV+AWAV+SWSV+TWTV+IWIV+CWCV

    其中,D为地下水埋深、R为含水层净补给量、A为含水层岩性、S为土壤类型、T为地
    形坡度、I为包气带岩性、C为含水层水力传导系数,下标V和W表示指标和权重系数。

    优选的,所述通过相对风险模型计算得到地下水相对风险评价结果,包括:

    利用下式计算得到地下水相对风险评价结果:

    Rv=∑(Si×SSRin×DI×Rm×SEml)

    RRv=Rv/Rvmax

    式中,Rv为风险值,RRv为相对风险值,i为风险源类型序号,n为风险源压力系号,m
    为风险受体类型序号,l为风险终点类型的标号,Rm为风险受体敏感度,Si为风险源压力密
    度,DI为相对防污性能指数,SSRin为暴露系数;SEml为响应系数。

    优选的,所述并结合地下水相对风险评价结对地下水环境进行表征,包括:

    按照地下水相对风险评价结果将地下水环境风险等级划分为弱、低、中、较高、高
    风险五个等级。

    其中,可以根据地下水相对风险评价结果[0-0.2),[0.2-0.4),[0.4-0.6),[0.6-
    0.8),[0.8-1]将地下水环境风险等级划分为“一级、二级、三级、四和五级”,对应风险描述
    为“弱、低、中、较高、高风险”。

    优选的,所述方法还包括:

    对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析。

    优选的,所述对地下水相对风险评价结果进行蒙特卡洛不确定性分析,包括:

    通过蒙特卡洛模型输入参数的概率分布来预测模型输出结果的概率分布,同时根
    据不确定性指标来衡量输出结果,从而绘制变量不确定性的概率分布曲线,当该概率分布
    图横向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较大。

    其中,蒙特卡洛不确定性分析是通过模型输入风险自变量概率分布来预测模型输
    出结果的概率分布,概率分布可根据历史积累数据判断,也可以通过专家经验法拟合,有连
    续型和离散型两种分布形式,主要包括三角分布、平均分布、正态分布、二项分布和泊松分
    布。对不确定性指标来输出结果,从而绘制变量不确定性的概率分布曲线,当该概率分布图
    横向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较大。

    即:

    当有一不确定性模型(b1,b2,…,bm)=F(a1,a2,…,an),其中a1,a2,…,an表示输入
    参数,b1,b2,…,bm表示输出结果。

    设输入参数满足各自的概率分布ai~fi i=1,2,…,n,此时采用蒙特卡洛抽样方
    法(随机抽样)随机生成抽样点:i=1,2,…,n,使得抽样点符合各自应有的概
    率分布i=1,2,…,n。将这些抽样点输入给模型获得输出结果
    j=1,2,…,m,对每一组输出结果进行“相对不确定性指标”的计算,设j=1,
    2,…,m;t=1,2,…,k的相对不确定性指标为 t=1,2,…,k。

    当蒙特卡洛抽样次数k较大时,默认抽样是随机且均匀的,于是利用
    可以预测、估计输出结果的相对不确定性的概率分布,即绘制的概率分布图。

    当该概率分布图横向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较
    大。

    本次研究运用Monte Carlo analysis using Crystal Ball 2000对不确定性模
    型的参数进行1000次随机抽样运算,并输出各个分区的源、受体、生态终点,推导出预测风
    险值,然后绘制目标变量概率分布曲线。

    本发明实施例的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,研究不同地区地
    下水受潜在的风险大小,以及可接受程度,是开展地下水管理工作的重要前提和基础。本次
    研究通过对区域地下水环境风险评价指标、评价方法和技术研究,形成区域地下水环境风
    险评估技术体系和风险分级分类,可为区域地下水环境管理提供关键支持和指导,有利于
    提高相关风险预防和控制水平,对我国地下水污染防治规划目标的实现具有重要意义。

    本发明实施例的基于GRRM模型行政区地下水环境风险评价方法,以辽宁省为例:

    为表征人类活动和土地利用对地下水环境风险的影响,将风险源综合为7类,地下
    水开采强度、河网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水排放强度、危险废物产生量
    强度和林业面积比例。

    (1)地下水开采强度

    研究区内沈阳、鞍山、辽阳、盘锦等地区地下水水位降落漏斗面积较大,沈阳地区
    约100km2,地下水的开采量越大,也就越易于加剧区域地下水位的下降,导致包气带土壤层
    的含水量减少,使该区出现植被草场退化、生物多样性减少、可能引发海水入侵、地面沉降
    等问题

    (2)河网密度

    下辽河平原区河流发育,有辽河水系、绕阳河水系、大凌河水系及小凌河水系,下
    辽河平原主要河流水系纳污量8.57亿t,下辽河平原地区地表水水质污染已威胁到沿岸沈
    阳、抚顺和铁岭市地下水和海域。包气带土层也受到河网切割侵蚀的影响。

    (3)化工企业密度

    根据《全国地下水污染防治区划》中国中东部城市和老工业基地工业污染地下水
    问题突出和普遍,主要污染组分为“五毒”(挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬)和其它重金属元
    素等?;て笠倒烫宸衔锒逊懦?,生产废水排放,事故下化工产品易进入地下水,化工企业
    越密与地下水环境风险呈正相关。

    (4)农业面积比例

    中国农业生产中的化肥、农药用量普遍超过合理施用量,利用率仅为30%~40%。
    大量化肥和农药流失,造成区域土壤和地下水“三氮”和农药严重污染。下辽河平原是中国
    重要的商品粮基地,农药化肥的使用对区域地下水污染影响显著,大量氮磷化肥的使用,造
    成东北等粮食基地地下水氮严重超标。

    (5)生活污水排放强度

    城镇生活污水排放是下辽河平原另一主要的地下水污染源,区内主要城市年排废
    污水量22.16亿t,占全省的58.3%。生活污水排水管网泄漏严重,带来了市区范围浅层地下
    水的严重污染。根据《全国地下水污染防治区划》,众多中小型城市存在广泛分布的污水渗
    坑和渗井,导致了地下水氮、氯化物和有机物的污染,污染程度和面积逐年增大。

    (6)危险废物产生量强度

    根据《全国地下水污染防治区划》,中国工业垃圾填埋,毒性大而管理松散,令人担
    忧,尤其是缺乏防渗措施铬渣堆场、含砷废渣堆放场渗漏污染地下水严重事件时有发生,造
    成铬和砷大面积污染地下水。研究区危险废物产生量越大,一旦处置不当,危废贮存产生渗
    滤液进入地下水的可能性就越大,地下水环境风险越高。

    (7)林业面积比例

    林业面积越大,尤其是天然林地面积越大,对表层土壤的人为扰动越小,地下水的
    涵养能力越强,能有效阻止地表污染物进入地下水环境,研究区内加 强林地种植,能有效
    降低地下水环境风险,是人工调控的一个主要手段。

    风险源压力密度

    本节研究中以17个行政区划划分风险评价单元,将风险源转化为风险小区内风险
    压力密度,即将各风险源值与风险小区面积之比。地下水开采强度为风险小区内地下水开
    采量与可开采量的比值;河流密度为风险小区内河流长度与小区面积的比值;化工企业密
    度为风险小区内化工企业数与小区面积的比值;农业面积比为风险小区内农业面积与小区
    面积之比;生活污水排放强度为小区生活污水排放总量与小区面积之比;危险废物产生量
    强度为危险废物产生量与小区面积之比;林业面积比为林业面积与风险小区面积比值。

    根据《辽宁省统计2013年鉴》、《辽宁省水资源2012公报》、《中国地下水资源数据系
    统》统计数据,结合2004年和2008年遥感影像数据解译,分别获取下辽河平原土地利用类
    型、重点化工企业、地下水开采强度值、河网密度、化工企业密度、农业面积比例、生活污水
    排放量强度、危险废物产生量强度、林业面积比例。

    将识别后的风险源进行归一化计算,得到归一化后的风险源统计表

    风险受体确定

    下辽河平原地区,地下水污染严重。依据辽河流域农业地质调查及已有资料,利用
    内梅罗指数法对228个地下水样品进行评价,并对评价结果进行统计,沈阳地区地下水质状
    况整体属于极差,盘锦和营口地区地下水质属于极差和较差,下辽河平原西部和东南部水
    质较好。从地下水系统分区上来看,东、西部山前倾斜平原整体水质较好,辽河冲积扇、浑河
    冲积扇水质极差,中大小凌河冲积扇水质较差,南部滨海平原中部水质较差,中部冲积平原
    整体水质较好。沈阳地区地下水供水比例70.78%,锦州最高为89.2%。

    地下水防污性能指数

    地下水埋深(D):根据2010年统测的地下水埋深资料,基于ARCGIS空间分析平台,
    利用反距离权重插值法获得研究区的地下水埋深,埋深范围为1.36-16.95m,平均值为
    4.90m,标准偏差为1.80。锦州地区和沈阳地区地下水埋深相对较大,新民地区、辽中地区和
    盘锦地区地下水埋深相对较小。

    净补给量(R):净补给量是由年平均降水量乘以降水入渗系数获得,区内 辽中以
    南和锦州以北部分、锦州局部高达600mm/a;沈阳-灯塔-辽阳,净补给量为254-600mm/a;新
    城子以西、新民以东地区和盘锦地区,净补给量为178-254mm/a;台安以北新民以西,净补给
    量为102-187mm/a;研究区西侧、黑山-锦州一带和研究区东侧、灯塔-辽阳-鞍山-海城一带,
    净补给量为51-102mm/a。

    含水层介质(A):沈阳、新城子、灯塔、北宁和凌海地区含水层岩性主要是砾卵石、
    砂砾石和中粗砂;彰武、辽中、盘锦、鞍山地区含水层岩性主要是中细砂、粉细砂、坡洪积层;
    辽中和新民以东、沈阳-鞍山以西含水层岩性主要是砾卵石、中粗砂和中细砂;黑山以东、新
    民-辽中以西含水层岩性主要是中细砂和中粗砂。

    土壤介质(S):研究区内土壤介质类型大致可分为亚砂土、亚粘土、亚粘土含砾、基
    岩、砂砾石、粘土和黄土状亚砂?;抑饕衷谘芯壳诘奈鞑嗪投喜嘀芪?;亚砂土主要
    分布在彰武-辽中一带;粘土分布在凌海附近;亚粘土主要分布在新民-辽中-盘锦-辽阳-沈
    阳地区。

    地形坡度(T):黑山-锦州一带、新民沈阳一带、辽阳-大石桥一带,地形坡度大于
    0.2%;彰武地区地形坡度为0.15-0.20%;辽中以东、灯塔以西地形坡度为0.10-0.15%;彰
    武-辽中-盘锦一带地形坡度为0.05-0.10%;盘锦地区的地形坡度小于0.05%。

    包气带介质影响(I):是根据其自净能力及其厚度确定的(数据来源于《辽宁省国
    土资源地图集》),分为六个区:Ⅰ-基岩裸露自净能力弱;Ⅱ-无?;げ阕跃荒芰χ械?;Ⅲ-保
    护层厚度中等自净能力弱;Ⅳ-?;げ悴晃榷ㄗ跃荒芰χ械?;Ⅴ-?;げ愫褡跃荒芰χ械?;
    Ⅵ-?;げ愫褡跃荒芰η?。

    水力传导系数(C):新城子、沈阳、辽阳-鞍山地区水力传导系数大于40m/d;海城-
    营口一带水力传导系数范围为30-40m/d;辽中以东、灯塔以西水力传导系数范围为20-30m/
    d;辽中地区水力传导系数范围为10-20m/d;彰武、盘锦地区水力传导系数范围为5-10m/d。

    下辽河平原区域地下水防污性能指数计算结果。高脆弱区仅占研究区的0.4%,面
    积为94.28km2,分布较零散。

    较高脆弱区占研究区的28.50%,面积为6688.04km2,主要集中分布在研 究区的
    西南部,地下水埋深(D)较浅,净补给量(D)大于178mm/a,地形坡度小于0.05(T),包气带介
    质(I)防护能力较差;该区地形平缓,包气带厚度较小且其防护能力较差,补给量较大,污染
    物易随大量降水入渗到地下水面,造成地下水污染。

    中等脆弱区占研究区的55.01%,面积为12910.56km2,主要集中在研究区的北部,
    地下水埋深较浅(D),净补给量(R)大于102mm/a,地形坡度(T)集中在0.05–0.10范围,包气
    带介质(I)具有一定的防护能力,水力传导系数(C)较大;该区包气带介质虽具有一定的防
    护能力,但厚度较薄,污染物随着大量降水途径包气带(未能充分发挥作用)到达地下水面,
    污染地下水,在含水层高水力传导系数下扩大污染范围。

    较低脆弱区和低脆弱区占研究区的16.09%,面积为3777.12km2,地下水埋深(D)
    相对较大,净补给量(R)小于102mm/a,土壤介质(S)主要为基岩,地形坡度(T)大于0.2,包气
    带介质(I)防护能力较强,水力传导系数(C)较??;该区地形较陡,污染物随较小降水下,不
    易通过基岩地表进入包气带,且包气带较厚、防护能力强,污染物不易经包气带进入到地下
    水面,进入到地下水中的污染物在含水层中低水力传导系数的作用下不易扩大污染范围。

    暴露响应系数确定

    在全面了解研究区域“风险源—受体—受体变化—生态终点”的暴露响应途径的
    基础上,通过分析,得到研究区风险源及相应的生态终点之间的接触暴露关系。

    风险表征

    通过相对风险模型计算公式计算,下辽河平原地区地下水相对风险评价结果。下
    辽河平原相对五级风险区主要分布在沈阳浑河区域和营口市辖区,总面积2286平方公里,
    占区域面积9.7%,该地区地下水资源价值较高,地下水开采程度高,地下水所占供水比例
    高,地下水资源?;そ羝刃越细?;该地区地下水防污性能指数高,部分中等,抵御污染的能
    力不高;地下水已面临不同程度的污染;区域化工企业发达,工业固体废物未得到有效综合
    利用或处置。该区地下水环境风险值最高,应做为地下水环境风险管控重点区域。

    相对四级风险区主要分布在辽中、新民和大石桥市,以及沈阳相对五级风险区周
    边一定范围的区域,该区风险程度较高,总面积为3859平方公里,占区域面积12.3%。该区
    化工企业分布较为密集;农业种植面积大,区域大量化肥和农药施用,部分地区长期利用污
    水灌溉;地下水防污性能指数较高;地下水水质有一定程度污染。

    相对三级风险分布在平原中部,沿辽河两岸分布,该区域河网密度大;农业种植面
    积大;地下水开发强度中等,地下水水质已III和IV为主;相对二级风险大部位于东南沿海、
    滨海区域,相对一级风险分布于西部山区,这两个区域化工企业较少分布;地下水防污性能
    指数低,防污能力较强;地下水开发强度较小,地下水供水能力还有较大余量;上述区域地
    下水相对风险较小。

    不确定风险分析

    由于这项研究是目前的区域地下水风险评价的第一次尝试,模型的输入和输出不
    容易验证。同时地下水系统本身具有各种不确定性,在风险小区的划分、风险源选取及表
    征、风险受体选择及等级赋值、生态终点的选择、暴露响应系数确定、评价方法的选择以及
    区域防污性能指数计算过程中,均存在不确定因素,不确定性贯穿整个地下水环境风险评
    价整个过程,进行不确定性分析是对地下水环境风险评价的必要步骤。对于本次研究,有两
    方面的不确定,各风险源赋值由于资料有限,存在一定范围的不确定;风险源对风险受体的
    影响程度,RRM模型及其假设存在一定不确定性。

    蒙特卡洛不确定性分析是通过模型输入参数的概率分布来预测模型输出结果的
    概率分布,同时根据不确定性指标来衡量输出结果,从而绘制变量不确定性的概率分布曲
    线,当该概率分布图横向跨度较大时表示该不确定性模型的置信区间较小,反之较大。本次
    研究运用Monte Carlo analysis using Crystal Ball 2000对不确定性模型的参数进行
    1000次随机抽样运算,并输出各个分区的源、受体、生态终点,推导出预测风险值,然后绘制
    模型输出结果的不确定性的概率分布图。

    为进行蒙特卡罗不确定性分析,在研究区17个区县的风险小区内各输出一组数
    值,共计17组。各风险源、防污系数的值,根据资料分析10%范围内变动,概率分布为正态分
    布,地下水水质和地下水可供开采量这两个风险受体,根据现场调查值,可能在一个等级范
    围内变动。通过2000软件在 2003软件中宏运用,我们进行了蒙特卡罗
    模拟1000次迭代,并绘制模型输出结果的不确定性的概率分布图。

    Monte Carlo模拟的分布表明,在7个相互独立的风险源的共同作用下,各个风险
    值变化幅度较大,总体上在0.1~0.36之间,其中新民风险值范围最大在0.26~0.58之间,
    风险值在0.46附近的概率比较大,大石桥的最小。总体上不确定性呈现正态分布,每个区域
    的风险预测分数在平均值波动,波动没有影响结论,不改变RRM预测结果。

    选定RRM风险值变化范围较大的新民分析各风险源、受体、防污性能变化的敏感性
    分析,Monte Carlo模拟的结果表明,不确定性分布所有来源广泛,防污性能贡献值占
    29.9%,地下水水质占19.2%,农业面积比占10.3%,生活污水排放强度占9.0%,地下水开
    采强度占8.4%,分析新民不确定值贡献排名跟相对风险源值排序相关。

    以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员
    来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也
    应视为本发明的?;し段?。

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    基于 GRRM 模型 行政区 地下 水环境 风险 评价 方法
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