再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究

楊昱，廉新穎，馬志飛，安達(dá)，姜永海，袁志業(yè)，席北斗

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院水環(huán)境系統(tǒng)工程研究室，北京 100012

再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究

楊昱，廉新穎，馬志飛，安達(dá)，姜永海，袁志業(yè)，席北斗*

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院水環(huán)境系統(tǒng)工程研究室，北京 100012

再生水回灌是水資源管理的一條有效途徑, 也是污水再生利用的重要發(fā)展方向。然而，當(dāng)再生水以農(nóng)灌、土壤含水層處理(SAT)、河湖入滲和井灌等方式進(jìn)行地下水回灌時(shí)，不可避免的會(huì)在回補(bǔ)地下水的過(guò)程中造成對(duì)地下水環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)不同回灌方式建立適用于我國(guó)的再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)體系至關(guān)重要。借鑒國(guó)內(nèi)外地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，綜合分析再生水回灌對(duì)地下水產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用層析分析法，從回灌水特征污染物特性、回灌區(qū)地下水固有脆弱性以及回灌工程布設(shè)方式3個(gè)方面，針對(duì)地表灌溉、河湖入滲和井灌3種回灌方式，建立了包含污染物濃度水平、分配系數(shù)、溶解度、半衰期、半致死劑量、地下水埋深、降雨入滲補(bǔ)給量、地形坡度、土壤介質(zhì)、包氣帶介質(zhì)、含水層介質(zhì)、含水層厚度、回灌強(qiáng)度、回灌周期、回灌水停留時(shí)間以及取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離16個(gè)指標(biāo)在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合地下水使用功能，以20個(gè)典型再生水回灌場(chǎng)地調(diào)研結(jié)果和160種再生水回灌地下水污染風(fēng)險(xiǎn)因子物化特性為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)水平的劃分，基于聚類分析法，采用各指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相乘的風(fēng)險(xiǎn)表征方法計(jì)算總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，構(gòu)建了再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法。該方法有效的避免了指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的主觀性，并且能夠直觀的找出導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。結(jié)果表明：利用建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法可將我國(guó)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為3級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)值＜5為一級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)值在5～15之間為二級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)值＞15為三級(jí)。在某再生水回灌場(chǎng)地的應(yīng)用表明，該回灌區(qū)地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí)，同時(shí)得出回灌水特征污染物特性指標(biāo)是造成該回灌區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。

再生水；回灌；地下水；指標(biāo)體系；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

隨著人口的增長(zhǎng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，尤其是以地下水作為供水水源的北方城市，長(zhǎng)期超采地下水，形成大面積地下水降落漏斗（何星海和馬世豪，2004）。再生水回灌因其能夠緩解地下水位下降、防止地面沉降和海水入侵、改善城市生態(tài)環(huán)境等綜合效益，被視為是水資源管理的一條有效途徑，也是污水再生利用的重要發(fā)展方向（皮運(yùn)正和云桂春，2002；陳衛(wèi)平等，2012；皮運(yùn)正等，2002）。然而，當(dāng)再生水以農(nóng)灌、土壤含水層處理（SAT）、河湖入滲和井灌等方式進(jìn)行地下水回灌時(shí)，不可避免的會(huì)在回補(bǔ)地下水的過(guò)程中造成對(duì)地下水環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)（趙慶良等，2007；薛爽等，2007；楊軍等，2011）。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法大致分為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、過(guò)程模擬法和統(tǒng)計(jì)分析法。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是通過(guò)構(gòu)建表征風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)體系，按照特定的評(píng)分原則得到評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（任常興和吳宗之，2006；Singh等，2009；Elisa等，2014；Angelika等，2014；Metcalf和Wallace，2013；Colombo等，2011）。如加拿大國(guó)家污染場(chǎng)地分級(jí)系統(tǒng)（NCSCS），該系統(tǒng)考慮污染物特征、污染物遷移能力和暴露途徑3個(gè)方面，建立全面系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)特定的風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算方法對(duì)污染場(chǎng)地地下水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)（Canadian Council of Ministers of the Environment, 2008）。這種方法雖然操作簡(jiǎn)單，但在風(fēng)險(xiǎn)值的獲取過(guò)程中主觀性較強(qiáng)。過(guò)程模擬是在掌握?qǐng)龅鼗拘畔⒌幕A(chǔ)上，利用成熟的污染物遷移模型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)污染物運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行模擬并對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)（Victor等，2014；Maria等，2014；Slack等，2007；Singh等，2010）。RBCA和3MRA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型是目前利用過(guò)程模擬法來(lái)評(píng)價(jià)污染場(chǎng)地地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的典型模型（US Environmental Protection Agency, 1999）。該方法科學(xué)、客觀，但是其計(jì)算過(guò)程繁瑣并且需要獲取大量模型參數(shù)（David等，2013）。統(tǒng)計(jì)分析法主要是利用聚類分析法這一特定的數(shù)值分析方法，把數(shù)據(jù)分成若干個(gè)類別，使得類別內(nèi)部的差異盡可能的小，類別間的差異盡量的大（任智剛等，2006）。聚類分析廣泛的應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作中（牛偉等，2008；Elangasinghe等，2014；Malley等，2014；Alex等，2014）。雖然該方法同樣需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但其操作較過(guò)程模擬法簡(jiǎn)便，同時(shí)由于運(yùn)用了科學(xué)的數(shù)值分析方法，從而降低了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀性。

該研究在綜合了風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和聚類分析法的基礎(chǔ)上，在保持風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程易操作的前提下，基于大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用聚類分析這一科學(xué)的數(shù)值分析方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別及其相應(yīng)限值進(jìn)行劃定，建立了適用于我國(guó)的再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)體系，對(duì)地表灌溉、河湖入滲和井灌3種回灌方式地下水污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，為我國(guó)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供理論依據(jù)。

1　再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

對(duì)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，首先應(yīng)建立其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。遵循科學(xué)性、相對(duì)獨(dú)立性以及定量化的原則，分析影響再生水回灌對(duì)地下水造成污染風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，該研究確定再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括回灌水特征污染物特性、回灌區(qū)地下水固有脆弱性和回灌工程布設(shè)方式3個(gè)方面。

再生水回灌所要達(dá)到的目的隨著地下水使用功能的不同而不同，其回灌水水質(zhì)及回灌過(guò)程中造成地下水污染風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)控制水平也有所不同，該研究針對(duì)河湖入滲，地表回灌及井灌三種不同回灌方式，分別建立我國(guó)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

2　再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)體系構(gòu)建

該研究借鑒風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的思想，利用聚類分析的方法確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)界限，結(jié)合建立的再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了我國(guó)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法。

2.1地下水污染風(fēng)險(xiǎn)初篩

對(duì)再生水回灌區(qū)回灌水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，參照GB/T 19772—2005《城市污水再生利用地下水回灌水質(zhì)》(中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2005)中對(duì)與地表回灌和井灌用水各項(xiàng)指標(biāo)的限定，若水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)相應(yīng)限值，則將污染風(fēng)險(xiǎn)劃分為一級(jí)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管；如果水質(zhì)指標(biāo)未超過(guò)相應(yīng)限值，則對(duì)回灌區(qū)地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，按照地下水使用功能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別進(jìn)行判定：

表1　再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1　The risk assessment index system for the reclaimed water injection

當(dāng)?shù)叵滤鳛轱嬘盟磿r(shí)，判斷地下水特征污染物中是否超過(guò)GB 14848—1993《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部，1993)中III類水標(biāo)準(zhǔn)，若超標(biāo)，則直接將其地下水污染風(fēng)險(xiǎn)劃分為一級(jí)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管；

當(dāng)?shù)叵滤鳛檗r(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水時(shí)，判斷地下水特征污染物中是否超過(guò)GB 14848—1993《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中IV類水標(biāo)準(zhǔn)，若超標(biāo)，則直接將其地下水污染風(fēng)險(xiǎn)劃分為一級(jí)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管；

如果上述判斷均不符合，則進(jìn)行下一步評(píng)價(jià)程序。

2.2再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

在進(jìn)行了再生水回灌區(qū)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)初篩的基礎(chǔ)上，通過(guò)基礎(chǔ)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的方式對(duì)回灌區(qū)的基礎(chǔ)資料進(jìn)行收集整理，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化。回灌水特征污染物特性指標(biāo)包括污染物質(zhì)量濃度/(mg·L-1)，分配系數(shù)/(lg Koc)，溶解度/(mg·L-1，20 ℃)，半衰期/h和半致死劑量(LD50)/(mg·kg-1)；回灌區(qū)地下水固有脆弱性指標(biāo)包括地下水埋深/m，降雨入滲補(bǔ)給量/mm，含水層介質(zhì)，土壤介質(zhì)，地形坡度/%，包氣帶介質(zhì)，含水層厚度/m和是否直接從回灌層取水；回灌工程布設(shè)方式包括回灌強(qiáng)度/(104t·d-1)，回灌周期/(次·月-1)，回灌水停留時(shí)間/月和取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離/m。

2.3再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表征

根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料，利用聚類分析法對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合每個(gè)指標(biāo)的數(shù)值與風(fēng)險(xiǎn)值之間的關(guān)系，對(duì)其造成的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出相應(yīng)限值。在此基礎(chǔ)上利用風(fēng)險(xiǎn)值相乘的方法對(duì)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.3.1污染物特性

對(duì)回灌區(qū)地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)地下水使用功能，按照表2對(duì)由污染物濃度水平造成的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)代表高風(fēng)險(xiǎn)，二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)代表中等風(fēng)險(xiǎn)，三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)代表低風(fēng)險(xiǎn)。

表2　污染物濃度水平評(píng)價(jià)Table 2　The evaluation of the pollutant concentration level

其中F為回灌區(qū)地下水水質(zhì)綜合評(píng)分值，其計(jì)算方法參見(jiàn)GB 14848—1993《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部，1993)。

采用EPI suite對(duì)課題組結(jié)合GB/T 19772—2005《城市污水再生利用地下水回灌水質(zhì)》(中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2005) 標(biāo)準(zhǔn)中涉及的污染物類型以及20個(gè)典型再生水回灌場(chǎng)地中再生水與回灌區(qū)地下水水質(zhì)全分析數(shù)據(jù)篩選出的160種再生水回灌地下水污染風(fēng)險(xiǎn)因子的分配系數(shù)、溶解度、半衰期和半致死劑量進(jìn)行數(shù)據(jù)收集（表3），采用聚類分析法，并結(jié)合各指標(biāo)與地下水污染風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。

將污染物特性風(fēng)險(xiǎn)表示為：Ra=R(污染物濃度水平)×R(分配系數(shù))×R(溶解度)×R(半衰期)×R(半致死劑量)，第n級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)Rn=n(n=1～3)，這種風(fēng)險(xiǎn)表征方法既可以避免指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的主觀性，又可以通過(guò)計(jì)算過(guò)程得到影響風(fēng)險(xiǎn)值的關(guān)鍵因素。將所有可能的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行聚類，得到污染物特性風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果，見(jiàn)表5。

2.3.2回灌區(qū)地層脆弱性

參照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署提出的DRASTIC模型（Neshat等，2014；Leone等，2009；Atiqur，2008）對(duì)回灌區(qū)地層脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，各種回灌方式對(duì)應(yīng)的指標(biāo)詳見(jiàn)表1，各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)分范圍，見(jiàn)表6。

該研究針對(duì)不同回灌方式所涉及的每個(gè)參數(shù)給定了相對(duì)權(quán)重值，對(duì)地下水污染最具影響的參數(shù)權(quán)重為5，影響程度最小的參數(shù)的權(quán)重為1。地表回灌、河湖入滲以及井灌所對(duì)應(yīng)的回灌區(qū)地層脆弱性計(jì)算公式如下：

地表回灌：回灌區(qū)地層脆弱性= 5×D + 4×R + 3×A + 2×S+1×T + 5×I+ 3×H

河湖入滲：回灌區(qū)地層脆弱性= 5×D + 4×R + 3×A + 1×T + 5×I+ 3×H

井灌：回灌區(qū)地層脆弱性= 3×A + 3×H+5×L式中：D為地下水埋深，m；R為降雨入滲補(bǔ)給量，mm；T為地形（河道）坡度，%；S為土壤介質(zhì)；I為包氣帶介質(zhì)；A為含水層介質(zhì)；H為含水層厚度，m；L為取水的含水層。

根據(jù)課題組前期研究成果，基于地表灌溉、河湖入滲及井灌考慮的地層脆弱性指標(biāo)有所區(qū)別，同時(shí)考慮回灌區(qū)地下水具有不同的使用功能，回灌區(qū)地層脆弱性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，見(jiàn)表7。

2.3.3回灌工程布置

回灌工程布設(shè)方式主要包括回灌強(qiáng)度、回灌周期、回灌水停留時(shí)間以及取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離。該研究結(jié)合不同回灌場(chǎng)地調(diào)研結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，見(jiàn)表8。

將回灌工程布置造成的風(fēng)險(xiǎn)表示為：Rc=R（回灌強(qiáng)度）×R（回灌周期）×R（回灌水停留時(shí)間）×R（取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離），第n級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)Rn=n（n=1～3），將所有可能的風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行聚類，得到回灌工程布置風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果，見(jiàn)表9。

2.3.4再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)表征

將再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)表示為R總=Ra×Rb×Rc，式中，Ra、Rb、Rc分別代表污染物特性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、回灌區(qū)地層脆弱性指標(biāo)和回灌工程布置造成的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)2.3.4中R總計(jì)算公式得到R總所有可能得到的數(shù)值，利用聚類分析的方法對(duì)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)分進(jìn)行分析，從而對(duì)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行界定，結(jié)果見(jiàn)表10。

3　案例分析

該研究以某再生水地表回灌場(chǎng)地為例，利用建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法對(duì)其造成的地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1）地下水污染風(fēng)險(xiǎn)初篩。該回灌區(qū)再生水及地下水水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，再生水水質(zhì)符合GB/T 19772—2005對(duì)地表回灌用水各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值，同時(shí)該地區(qū)地下水主要為農(nóng)業(yè)用水，地下水水質(zhì)滿足GB 14848—1993中IV類水標(biāo)準(zhǔn)限值。因此不能將其直接歸為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

表3　風(fēng)險(xiǎn)因子物化特性數(shù)據(jù)Table 3　Data of the physical and chemical characteristics of the risk factors

續(xù)表3Continued 3

表4　風(fēng)險(xiǎn)因子物化特性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4　The evaluation of the physical and chemical characteristics of the risk factors

表5　污染物特性風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果Table 5　The risk ranking result of the pollutant characteristics

2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化。該回灌區(qū)地下水特征污染物為氨氮，濃度為0.025 mg·L-1，分配系數(shù)為0.23，溶解度為1.0×106mg·L-1，半衰期＞1000 h，半致死劑量＞5000 mg·kg-1。該回灌區(qū)地下水埋深為2 m，降雨入滲補(bǔ)給量為213.2 mm，土壤介質(zhì)為粘土質(zhì)亞粘土，包氣帶介質(zhì)為粉砂，含水層介質(zhì)為粉細(xì)砂，地形坡度為2%，含水層厚度為6 m，再生水利用方式為從回灌層下層取水用于農(nóng)業(yè)用水。再生水回灌強(qiáng)度為3×104t·d-1，回灌周期為1次·月-1，再生水停留時(shí)間為4個(gè)月，取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離為2500 m。

3）風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表征。回灌水特征污染物特性風(fēng)險(xiǎn)Ra：參照GB 14848—1993中對(duì)地下水水質(zhì)綜合評(píng)分值F的計(jì)算方法，得到F=4.27。由于該回灌區(qū)地下水主要用于農(nóng)業(yè)用水，因此，R(污染物濃度水平)=2；根據(jù)回灌區(qū)基礎(chǔ)資料，根據(jù)表4得到，R(分配系數(shù))=1，R(溶解度)=1，R(半衰期)=1，R(半致死劑量)=3。因此，Ra=R(污染物濃度水平)×R(分配系數(shù))×R(溶解度)×R(半衰期)×R(半致死劑量)=2×1×1×1×3=6，為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

回灌區(qū)地下水固有脆弱性風(fēng)險(xiǎn)Rb：根據(jù)回灌區(qū)基礎(chǔ)資料，按照地表回灌方式下回灌區(qū)地下水固有脆弱性計(jì)算公式得到，Rb=5×D+4×R+3×A+2×S+1×T+5×I+3×H=5×9+4×8+ 3×4+2×3+1×9+5×3+3×2=125，由表7判斷回灌區(qū)地下水固有脆弱性為二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

回灌工程布設(shè)方式風(fēng)險(xiǎn)Rc：根據(jù)回灌區(qū)回灌工程布設(shè)方式資料，Rc=R(回灌強(qiáng)度)×R(回灌周期)×R(回灌水停留時(shí)間)×R(取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離)=2×3×2×3=36，為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)R總：R總=Ra×Rb×Rc=1×2×3=6。

表6　回灌區(qū)地層脆弱性各指標(biāo)評(píng)分Table 6　The evaluation scores of the indicators of the groundwater vulnerability of the injection field

表7　回灌區(qū)地層脆弱性評(píng)分表Table 7 The evaluation scores of the inherent vulnerability of groundwater

表8　回灌工程布置級(jí)別劃分Table 8　The level of the recharge project layout

表9　回灌工程布置風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果Table 9　The risk ranking result of the recharge project layout

表10　再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 10　The result of the groundwater environment safety risk assessment of reclaimed water injection

4）再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。根據(jù)文中2.4研究結(jié)果，該回灌區(qū)地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí)，屬中等風(fēng)險(xiǎn)水平。從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中可以看出，造成該回灌區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要因素為回灌水特征污染物特性指標(biāo)，因此，降低該回灌區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵技術(shù)手段在于對(duì)回灌水中特征污染物的深度凈化。

4　結(jié)論

1）該研究采用層析分析法，從回灌水特征污染物特性、回灌區(qū)地下水固有脆弱性以及回灌工程布設(shè)方式3個(gè)方面，針對(duì)地表灌溉、河湖入滲和井灌3種回灌方式，建立了由污染物濃度水平、分配系數(shù)、溶解度、半衰期、半致死劑量、地下水埋深、降雨入滲補(bǔ)給量、地形坡度、土壤介質(zhì)、包氣帶介質(zhì)、含水層介質(zhì)、含水層厚度、回灌強(qiáng)度、回灌周期、回灌水停留時(shí)間以及取水點(diǎn)與回灌點(diǎn)水平距離16個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2）該研究基于聚類分析法，結(jié)合地下水使用功能，構(gòu)建了再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法，將我國(guó)再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)共劃分為3級(jí)，其風(fēng)險(xiǎn)值為一級(jí)＜5，二級(jí)5～15，三級(jí)＞15。

3）該研究建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法，能夠明確造成回灌區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，可在一定程度上為環(huán)境管理部門提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

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Risk Assessment Technology Method on Groundwater Environment Safety of Reclaimed Water Injection

YANG Yu, LIAN Xinying, MA Zhifei, AN Da, JIANG Yonghai, YUAN Zhiye, XI Beidou*

Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

Groundwater recharge using reclaimed wastewater is an important aspect of water resource management. Nevertheless, when reclaimed wastewater percolates to groundwater via agricultural irrigation, the soil aquifer treatment (SAT), infiltration of lakes and well irrigation, it will inevitably carry pollutants to groundwater which increases the risk of groundwater pollution. Therefore, it is vital to establish risk assessment guidelines for reclaimed wastewater recharge by various injection methods to protect groundwater quality in China. This study developed a risk assessment index system through comprehensive analysis of risk assessment methodology and the key processes of reclaimed water injection. The system was established based on three aspects including the characteristics of pollutants in recharge water, the inherent vulnerability of groundwater in the irrigation area, and the layout of the recharge engineering by applying analytic hierarchy process. The risk assessment index system consists of 16 indicators, including the pollutant concentration level, distribution coefficient, solubility, half-life, half lethal dose, groundwater table, rainfall infiltration recharge, the land surface slope, top soil medium, vadose medium, aquifer medium, thickness of aquifer, recharge intensity, recharge cycle, residence time of reclaimed wastewater, and horizontal distance between the water intake point and inject point. The system can be used to protect groundwater environment when reclaimed wastewater is injected through surface irrigation, infiltration of lakes, and well injection. Based on the survey on 20 typical reclaimed wastewater injection fields and the physical and chemical properties of 160 groundwater pollution risk factors, combined with the groundwater function, the level of risk for each indicator was ranked. The total risk index was calculated by multiplying the individual risk indicators, and the method of groundwater environment safety risk assessment was established by applying the clustering analysis. The method can effectively avoid the subjectivity of index weight calculation, and identify the main factors that lead to the risk. Our results showed that in China the risk of groundwater environment safety due to reclaimed water injection could be divided into 3 levels from high to low: the risk values of Level 1 were less than 5, of Level 2 were between 5 and 15, and of Level 3 were greater than 15. We applied this risk assessment system in a test reclaimed water injection field, and it showed that this operation had a potential risk of Level 2, and the characteristic of the pollutants in the reclaimed wastewater was the main factor that caused the relatively high groundwater environmental risk.

reclaimed water; recharge; groundwater; index system; risk assessment

X824

A

1674-5906（2014）11-1806-08

楊昱，廉新穎，馬志飛，安達(dá)，姜永海，袁志業(yè)，席北斗. 再生水回灌地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)方法研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(11): 1806-1813.

YANG Yu, LIAN Xinying, MA Zhifei, AN Da, JIANG Yonghai, YUAN Zhiye, XI Beidou. Risk Assessment Technology Method on Groundwater Environment Safety of Reclaimed Water Injection [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(11): 1806-1813.

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201209053）

楊昱（1983年生），女，助理研究員，碩士，主要從事地下水污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。E-mail: yangyugirl@126.com

*責(zé)任作者：席北斗（1969年生），男，研究員，博士，主要從事地下水污染控制技術(shù)與管理研究。E-mail: xibeidou@263.net

2014-08-24