基于博弈論綜合權(quán)重法的場(chǎng)地地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉婧怡，王 炎，湯家道，羅勁松，王鵬程，羅朝暉*

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430078；2.云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司，云南 昆明 650102)

固廢堆放場(chǎng)地對(duì)地下水環(huán)境的污染和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)日益受到重視[1-4]，對(duì)現(xiàn)有固廢堆放場(chǎng)地的地下水環(huán)境污染進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指導(dǎo)污染場(chǎng)地開(kāi)展針對(duì)性治理、達(dá)到控制污染且減少過(guò)度治理的基礎(chǔ)[5-10]。

近年來(lái)，我國(guó)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的概念越來(lái)越受到重視[11]，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用上也取得了較大的進(jìn)展[12-14]。地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)屬于多層次、多目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題[1]，影響因子眾多，目前尚未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。而構(gòu)建合適的地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，關(guān)鍵在于影響因子的選取以及指標(biāo)權(quán)重的確定[9]。指標(biāo)權(quán)重的確定方法主要分為主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法以及主客觀綜合賦權(quán)法3種[15]。其中，主觀賦權(quán)法是利用專(zhuān)家或個(gè)人的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)采取綜合咨詢(xún)?cè)u(píng)分的定性方法來(lái)確定指標(biāo)的主觀權(quán)重，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的專(zhuān)家評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了綜合，主要方法有層次分析(AHP)法、專(zhuān)家調(diào)查(Delphi)法等；客觀賦權(quán)法是根據(jù)各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系或各指標(biāo)值的變異程度來(lái)確定指標(biāo)的客觀權(quán)重，它是由調(diào)查所得的數(shù)據(jù)決定，不需要征求專(zhuān)家的意見(jiàn)，主要方法有熵權(quán)法、主成分分析法、因子分析法、變異系數(shù)法等；主客觀綜合賦權(quán)法則是運(yùn)用一定的計(jì)算方法，將指標(biāo)的主觀權(quán)重與客觀權(quán)重進(jìn)行融合，可以綜合多種指標(biāo)權(quán)重確定方法的優(yōu)點(diǎn)。

目前許多學(xué)者對(duì)污染場(chǎng)地地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，如黃振芳等[16]基于主客觀權(quán)重的多層多目標(biāo)可變優(yōu)選模型構(gòu)建了流域地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，采用熵權(quán)法確定指標(biāo)的主觀權(quán)重，二元對(duì)比法確定指標(biāo)的主觀權(quán)重，利用博弈論集結(jié)模型推導(dǎo)計(jì)算了指標(biāo)的綜合權(quán)重，并以海河流域地下水環(huán)境污染為例進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；張博等[17]以矩形場(chǎng)地地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為例，在采用蒙特卡羅法基礎(chǔ)上建立了場(chǎng)地地下水流模型與溶質(zhì)運(yùn)移模型，分別計(jì)算了污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化情況，并統(tǒng)計(jì)了大量隨機(jī)模擬中污染事故發(fā)生的頻率；張伯強(qiáng)等[18]以江蘇省某危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)為研究案例，利用迭置指數(shù)法構(gòu)建了地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系；馬海珍等[13]基于梯形模糊數(shù)理論構(gòu)建了地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)模型；韓旭等[19]選用層次分析法、熵權(quán)法、層次分析-熵權(quán)法(采用“加法”集成法)對(duì)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)地地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)際情況進(jìn)行擬合驗(yàn)證，結(jié)果表明層次分析-熵權(quán)法是更適合用于確定危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法[19]。現(xiàn)階段的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究多將研究區(qū)視為一個(gè)整體進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，而對(duì)于研究區(qū)內(nèi)部區(qū)別化研究有所欠缺，這是因?yàn)楹芏嘌芯繄?chǎng)地內(nèi)部條件并不完全相同，采用同樣數(shù)據(jù)概化明顯是不合理的。本文所構(gòu)建的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型則是側(cè)重于區(qū)分場(chǎng)地內(nèi)部條件差異性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，而相較于單一指標(biāo)權(quán)重確定方法，博弈論綜合權(quán)重法既保證了指標(biāo)權(quán)重的客觀性，又保證了指標(biāo)權(quán)重的準(zhǔn)確性，其結(jié)果可以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。因此，相較于將研究區(qū)看作一個(gè)整體的評(píng)價(jià)模型來(lái)說(shuō)，基于博弈論綜合權(quán)重法所構(gòu)建的地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型可以更準(zhǔn)確地評(píng)判場(chǎng)地內(nèi)地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)高度非均質(zhì)研究場(chǎng)地內(nèi)部條件進(jìn)行分區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是很有意義的，這種場(chǎng)地內(nèi)部的差異化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可為后期場(chǎng)地修復(fù)范圍及修復(fù)方法的確定提供理論技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)環(huán)境背景條件

某渣場(chǎng)位于云南省某地，該渣場(chǎng)建于1958年，2002年停止使用，主要堆存種類(lèi)有熔煉渣、脫硫石膏以及生活垃圾，渣場(chǎng)面積為181 716.70 m2，堆存量約為300萬(wàn)m3，折合重量為622.8萬(wàn)t，其中熔煉渣為364.8萬(wàn)t、脫硫石膏為133萬(wàn)t、生活及建筑垃圾為125萬(wàn)t。該渣場(chǎng)停用后，建設(shè)單位對(duì)渣場(chǎng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的閉庫(kù)，對(duì)堆體局部進(jìn)行了覆土綠化，修建了渣場(chǎng)內(nèi)雨水截排設(shè)施，并修補(bǔ)了部分擋墻。

1. 1 場(chǎng)地自然地理?xiàng)l件

研究區(qū)屬低緯高原山地季風(fēng)氣候，四季溫暖如春，全年溫差較小。該渣場(chǎng)所屬地區(qū)水體屬螳螂川水系，最終匯入金沙江，區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，無(wú)穩(wěn)定地表徑流。

1. 2 場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件

1.2.1 區(qū)域地層

1.2.2 場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)

根據(jù)前后期共122個(gè)鉆孔的信息，可以得出該場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)從新到老可劃分為6層(見(jiàn)圖2)：①渣體(Qml)；②第四系坡洪積物(Qdl+pl)；③第四系殘坡積物(Qel+dl)；④第四系殘積物(Qel)；⑤二疊系中統(tǒng)峨眉山組(P2e)玄武巖強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化層；⑥二疊系下統(tǒng)棲霞-茅口組(P1q+m)灰?guī)r。

該場(chǎng)地渣體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出中間厚、四周薄的特征，按種類(lèi)不同，熔煉渣是渣體的主體，場(chǎng)地內(nèi)均有分布；生活垃圾主要堆存在渣場(chǎng)西北部，堆存較為集中且較為連續(xù)；脫硫石膏渣則零星分布于渣場(chǎng)北部，經(jīng)過(guò)多次堆存較為分散。該場(chǎng)地渣體厚度分布，見(jiàn)圖3。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)概圖

該場(chǎng)地內(nèi)地層②～④層及二疊系峨嵋山組玄武巖強(qiáng)風(fēng)化層在結(jié)構(gòu)上均表現(xiàn)為含黏粒土層，在此暫不區(qū)分，統(tǒng)稱(chēng)為黏土層，與灰?guī)r含水層區(qū)分。場(chǎng)地黏土層厚度分布如圖4所示。整體來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)黏性土層的厚度西北薄而東南厚，黏土層較薄的區(qū)域可能是污染物運(yùn)移而導(dǎo)致渣場(chǎng)內(nèi)地下水環(huán)境污染的主要途徑。根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)鉆孔土樣檢測(cè)結(jié)果顯示，污染物在黏土層內(nèi)運(yùn)移的深度極為有限，大部分區(qū)域不超過(guò)5 m，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)黏土層對(duì)于污染物的垂向運(yùn)移有良好的阻滯作用。研究區(qū)內(nèi)黏性土層的滲透系數(shù)，則由北向南呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)。

圖2 某場(chǎng)地渣體地層結(jié)構(gòu)剖面圖

圖3 某場(chǎng)地渣體厚度分布圖

圖4 某場(chǎng)地黏土層厚度分布圖

1.2.3 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

根據(jù)野外調(diào)查及資料分析，場(chǎng)地內(nèi)地下水主要分為松散巖類(lèi)孔隙水、玄武巖類(lèi)風(fēng)化裂隙水和碳酸鹽巖類(lèi)巖溶水三大類(lèi)。研究區(qū)內(nèi)風(fēng)化裂隙水由于賦存條件有限，影響較小?？紫端馁x存受地形和第四系坡洪積物的影響，分布存在不連續(xù)性，主要賦存在渣場(chǎng)東南部沖溝中下緣坡洪積物相對(duì)弱含水層中。場(chǎng)地內(nèi)低滲透性的殘坡積物、殘積物等屬于相對(duì)隔水層，降水入滲進(jìn)入渣體后可從底部滲透性相對(duì)稍高的巖土體下滲，并在滲透性相對(duì)較低的相對(duì)隔水層上部形成局部飽和，從而形成一定量的孔隙水。野外試驗(yàn)及鉆孔揭露結(jié)果表明，大氣降雨入滲補(bǔ)給是研究區(qū)內(nèi)孔隙水的唯一補(bǔ)給來(lái)源，且僅在強(qiáng)降雨條件下才能接受補(bǔ)給。巖溶含水層為研究區(qū)內(nèi)主要含水層，規(guī)模大、埋深大，巖溶水與上部孔隙水基本沒(méi)有水力聯(lián)系，場(chǎng)地下部的巖溶水受周邊地下水開(kāi)采和高度非均質(zhì)性的巖溶發(fā)育特點(diǎn)的影響，地下水水位和水位動(dòng)態(tài)變幅存在很大差異，總體巖溶水水位高程在1 905～1 960 m之間。研究區(qū)內(nèi)巖溶水主要接受由北向南的區(qū)域巖溶水側(cè)向徑流補(bǔ)給，大氣降雨入滲渣體后，場(chǎng)地因第四系黏性土層的不均勻性，局部存在比較薄弱的黏性土層和灰?guī)r裸露區(qū)，可能存在部分降雨入滲后補(bǔ)給巖溶含水層。

綜上，由于研究區(qū)內(nèi)含水層具有高度非均質(zhì)性，所以不能簡(jiǎn)單地用一個(gè)數(shù)值代表整個(gè)研究場(chǎng)地，應(yīng)該對(duì)場(chǎng)地內(nèi)部進(jìn)行差異化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2 研究方法

本文針對(duì)以往渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法的不足以及場(chǎng)地內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果可視化的欠缺，參考其他污染場(chǎng)地地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，并采用熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀權(quán)重，采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀權(quán)重，基于博弈論綜合權(quán)重法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重，進(jìn)而針對(duì)具有高度非均質(zhì)性的污染場(chǎng)地，構(gòu)建基于博弈論綜合權(quán)重法的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，在此基礎(chǔ)上，將評(píng)價(jià)結(jié)果與ArcGIS空間分析技術(shù)相結(jié)合，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分區(qū)和可視化分析。具體步驟如下：①評(píng)價(jià)指標(biāo)選??；②評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定；③評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)；④風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算及分級(jí)。

2. 1 理論方法模型

2.1.1 層次分析法

層次分析法適用于多準(zhǔn)則和多目標(biāo)的復(fù)雜問(wèn)題決策分析，其核心是將決策者經(jīng)驗(yàn)判斷進(jìn)行量化，從而能以定量形式的方法來(lái)為決策者提供決策依據(jù)。該方法首先將各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行兩兩比較確定判斷矩陣；然后運(yùn)用行和將其歸一化得到各評(píng)價(jià)因子權(quán)重，以及判斷矩陣的特征向量和最大特征值；最后利用下面公式對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

(1)

CR=CI/RI

(2)

上式中：λmax為最大特征根;n為研究變量的個(gè)數(shù);RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)計(jì)算所得的CR<0.10時(shí)，表明通過(guò)了一致性檢驗(yàn)；反之，則沒(méi)有通過(guò)一致性檢驗(yàn)，需要進(jìn)行修改，直到通過(guò)一致性檢驗(yàn)為止。

2.1.2 熵權(quán)法

熵權(quán)法是依據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)所包含信息量的多少，來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀權(quán)重的方法[20]，具有絕對(duì)的客觀性。該方法首先針對(duì)n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象和m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣Y=(yij)m×n，并依據(jù)下面公式對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(3)

(4)

根據(jù)以下公式計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重wj，即第j個(gè)評(píng)價(jià)樣本的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重zij為

(5)

信息熵ej為

(6)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重wj為

(7)

2.1.3 博弈論綜合權(quán)重法

(8)

根據(jù)矩陣的微分性質(zhì)，得出式(8)的最優(yōu)解需滿(mǎn)足以下條件：

(9)

根據(jù)式(9)求解，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理：

(10)

求得評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重為

(11)

2. 2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

渣場(chǎng)對(duì)地下水造成環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程主要是渣體滲濾液的產(chǎn)生以及污染物經(jīng)過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水，對(duì)這個(gè)過(guò)程造成影響的因素較多且十分復(fù)雜[18]。借鑒國(guó)內(nèi)外對(duì)固廢填埋場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估現(xiàn)狀，本文結(jié)合場(chǎng)地條件并根據(jù)污染物對(duì)地下水造成影響的過(guò)程，將該場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)因素大致分為三類(lèi)：一是渣體自身特征風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，主要受到渣體自身特征的影響；二是地下水自身脆弱性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，表征污染物經(jīng)過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[22]；三是其他特殊風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。關(guān)于場(chǎng)地水文地質(zhì)條件的差異性研究已有很多，本文主要著重于場(chǎng)地內(nèi)部地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的差異性，有針對(duì)性地選取場(chǎng)地內(nèi)部渣體存在差異性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.1 渣體自身特征風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

渣體自身特征風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)本文主要考慮對(duì)渣體滲濾液造成影響的因素，一是影響渣體滲濾液污染物的因素，主要包括渣體復(fù)雜程度和渣體浸出污染物濃度；二是影響渣體滲濾液產(chǎn)生量的因素，根據(jù)前期場(chǎng)地試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)以及相關(guān)研究表明，渣體滲濾液產(chǎn)生的量主要受到降雨、渣體厚度、渣體結(jié)構(gòu)和渣體初始含水量的影響，其中渣體填埋年限、渣體浸出污染物濃度和渣體初始含水率等因素由于在場(chǎng)地內(nèi)差異性不大，所以不予考慮。

(1) 渣體復(fù)雜程度。一般來(lái)說(shuō)，堆積的渣體越復(fù)雜，所產(chǎn)生的滲濾液中污染物種類(lèi)越復(fù)雜，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越高。本文所選取的案例中場(chǎng)地主要堆存的是熔煉渣，在多次堆存過(guò)程中夾雜部分脫硫石膏渣和生活垃圾，熔煉渣存在于場(chǎng)地全部區(qū)域，脫硫石膏渣和生活垃圾主要集中在場(chǎng)地北部。

(2) 渣體厚度。渣體厚度越大，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低。這是因?yàn)樵w厚度越大，來(lái)自降水入滲的水分運(yùn)移至底部的時(shí)間越長(zhǎng)，在渣體達(dá)到一定厚度之后，水分下滲的速度低于蒸發(fā)速度無(wú)法產(chǎn)生滲濾液。根據(jù)前期場(chǎng)地調(diào)研和試驗(yàn)以及HYDRUS模型模擬結(jié)果可知，本場(chǎng)地內(nèi)渣體厚度達(dá)到8.8 m時(shí)，渣體底部不會(huì)產(chǎn)生滲濾液。

(3) 渣體結(jié)構(gòu)。渣體的滲濾液產(chǎn)生量受到渣體結(jié)構(gòu)的影響。在渣體上層與下層存在結(jié)構(gòu)差異的情況下，當(dāng)渣體上層滲透系數(shù)大于渣體下層滲透系數(shù)時(shí)，滲濾液的產(chǎn)生量相較于其他情況會(huì)減少。根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果可知，不同渣體結(jié)構(gòu)滲濾液產(chǎn)生量的差異表現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)無(wú)變化>渣體下層滲透系數(shù)高于渣體上層滲透系數(shù)>渣體下層滲透系數(shù)低于渣體上層渣體滲透系數(shù)。簡(jiǎn)而言之，在渣體結(jié)構(gòu)存在差異的情況下，渣體下層滲透系數(shù)越低，越不容易產(chǎn)生滲濾液，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低。

2.2.2 地下水自身脆弱性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

地下水自身脆弱性指數(shù)本文主要參考DRATIC模型中的參數(shù)因子，并在DRASTIC模型基礎(chǔ)上對(duì)于參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了一定的增減與調(diào)整，使其能夠更好地反映場(chǎng)地地下水自身脆弱性風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。其中，由于該場(chǎng)地占地面積較小，地下水凈補(bǔ)給量在場(chǎng)地內(nèi)的差異性不予考慮。

(1) 黏土層厚度。一般來(lái)說(shuō)，黏土層的厚度越大，污染物向下運(yùn)移的速度越慢，污染物遷移的量越少，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低。黏土層厚度主要決定了污染物到達(dá)含水層的運(yùn)移時(shí)間及其與周?chē)橘|(zhì)接觸的時(shí)間，低滲透性的黏性土不僅能夠很大程度上限制污染物進(jìn)一步向下遷移，而且還有可能發(fā)生中和、過(guò)濾、揮發(fā)、彌散、生物降解等化學(xué)反應(yīng)，這一系列反應(yīng)對(duì)污染物的向下運(yùn)移有很好的減弱作用。

(2) 黏土層滲透系數(shù)。主要起決定性作用的隔水層是黏性土層，所以選用黏性土的滲透系數(shù)作為評(píng)價(jià)因子。黏土層滲透系數(shù)表征的是地表積水(或是降水或降雨積水)可以進(jìn)入包氣帶的比例大小，也是反映出地表污染物隨入滲水量可能進(jìn)入包氣帶量大小的參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，黏土層滲透系數(shù)越小，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低。

(3) 地形坡度。地形坡度是指地表的坡度或者坡度變化，地形坡度變化會(huì)使得降雨在地表產(chǎn)匯流的條件也發(fā)生改變。一般情況下，地形坡度越大，雨水越容易形成地表坡面流，在地表停留的時(shí)間越短，入滲的地下水量越小，水分下滲攜帶的污染物越少，表現(xiàn)出的地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低；反之，地形坡度越小，大氣降雨在地表停留的時(shí)間越長(zhǎng)，持續(xù)入滲的地下水量越大，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越高。

(4) 地下水埋深。地下水埋深是指含水層上部到地表的垂直距離，它表征的是地上的污染物遷移進(jìn)入地下水的距離。一般來(lái)說(shuō)，地下水埋深越大，地下水越不容易受到污染，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)也就越低。

(5) 含水層介質(zhì)類(lèi)型。含水層介質(zhì)類(lèi)型影響著地下水滲流[23]，不同類(lèi)型的含水層介質(zhì)具有不同的滲透系數(shù)，即透水性不同。含水層介質(zhì)的滲透性越低，越不容易受到污染，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低；反之，含水層介質(zhì)的滲透性越高，即含水層介質(zhì)的顆粒越粗或存在溶洞或裂隙發(fā)育，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越高。

2.2.3 其他特殊風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

除了上述提到的影響因子以外，還有一部分外界影響因子也會(huì)影響到渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，如植被(修復(fù))覆蓋率、覆土厚度、防護(hù)措施和降雨量等。其中，降雨量由于場(chǎng)地內(nèi)差異性不大，所以不予考慮。

(1) 植被覆蓋率。植被覆蓋率越大，地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越低。此外，土壤中的有機(jī)質(zhì)可以在一定程度上影響污染物的運(yùn)移，尤其是生活垃圾滲濾液所造成的地下水污染。

(2) 覆土厚度。渣體表面存在一定量的人工覆土，可以抑制渣場(chǎng)粉塵飛揚(yáng)、臭味和滲濾液產(chǎn)生。已有試驗(yàn)研究表明，覆蓋土壤的厚度直接影響地表徑流和入滲量。這是因?yàn)楦餐翆幽苡行p少降雨入滲量，使降雨一部分轉(zhuǎn)換為地表徑流；同時(shí)，覆土層也會(huì)對(duì)渣體包氣帶的蒸發(fā)作用產(chǎn)生明顯的影響，覆蓋的雜填土厚度越大，整個(gè)渣體的實(shí)際蒸發(fā)量越小，而且覆土層會(huì)明顯抑制下部熔煉渣的蒸發(fā)排泄。

(3) 防護(hù)措施。針對(duì)渣場(chǎng)污染現(xiàn)狀所采取的一系列防護(hù)措施可以有效地降低地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)防護(hù)措施的防護(hù)效果大致分為三類(lèi)：?jiǎn)我缓?jiǎn)單的防護(hù)措施，如簡(jiǎn)單覆蓋等；單一復(fù)雜的防護(hù)措施，如底部翻堆防滲、抽出處理等；綜合防護(hù)措施，即綜合多種防護(hù)措施。

根據(jù)上述非均質(zhì)渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)所涵蓋的內(nèi)容，構(gòu)建了渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖5所示。

2. 3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

首先，采用層次分析法計(jì)算了評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重，即將各評(píng)價(jià)指標(biāo)兩兩比較確定判斷矩陣(見(jiàn)表1)，并利用公式(1)、(2)計(jì)算得到CR=0.04<0.10，其結(jié)果通過(guò)了一致性檢驗(yàn)。

圖5 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次分析法判斷矩陣

由表1可知，評(píng)價(jià)指標(biāo)中最重要的是黏土層厚度，其次是黏土層滲透系數(shù)和防護(hù)措施。這是因?yàn)轲ね翆邮亲钪匾奶烊坏叵滤雷o(hù)層，它使地下水具有了一定的防污能力，而人工防護(hù)措施也十分重要。

然后，采用熵權(quán)法利用公式(3)～(7)計(jì)算了評(píng)價(jià)指標(biāo)客觀權(quán)重；最后，采用博弈論綜合權(quán)重法利用公式(8)～(11)計(jì)算了評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知：評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重與層次分析法計(jì)算得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀權(quán)重大致一致，可見(jiàn)結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)主觀與客觀權(quán)重后提高了渣體厚度、覆土厚度等場(chǎng)地內(nèi)差異較大評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，從而提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和可靠性。

2. 4 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)

根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)所采集的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)以及各指標(biāo)范圍，如地形坡度、地下水埋深、覆土厚度和植被覆蓋率是綜合考慮場(chǎng)地內(nèi)的指標(biāo)范圍進(jìn)行分析，并結(jié)合室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了量化分級(jí)。例如：渣體自身風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是依據(jù)渣體滲濾液影響因素的Hydrus模擬結(jié)果進(jìn)行分級(jí)(基于研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)勘察和野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果)，構(gòu)建渣體包氣帶水文地質(zhì)概念模型，并結(jié)合HYDRUS軟件分析不同條件下渣體包氣帶的水分變化。研究結(jié)果表明：厚層渣體包氣帶水分運(yùn)移深度有限，正常降雨條件下該渣體產(chǎn)生滲濾液的厚度閾值為8.8 m；暴雨條件下熔煉渣相較于石膏渣和生活垃圾更易產(chǎn)生滲濾液；渣體包氣帶越厚、渣體初始含水量越低、渣體物質(zhì)組成及其結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、覆土層越厚的條件下，渣體越難以產(chǎn)生滲濾液)；黏土層厚度及其滲透系數(shù)則是參照?qǐng)龅貎?nèi)調(diào)查結(jié)果，結(jié)合項(xiàng)目配套的室內(nèi)污染物黏土層穿透試驗(yàn)并參考CXTFIT 2.1模擬結(jié)果進(jìn)行分級(jí)(根據(jù)模擬研究區(qū)場(chǎng)地條件的土柱試驗(yàn)結(jié)果，使用CXTFIT 2.1軟件進(jìn)行模擬，得出試驗(yàn)結(jié)論：以50年作為模擬時(shí)間，砷污染物無(wú)法穿透5 m的黏土層，黏土?xí)⑸槲皆谕寥乐?，無(wú)法繼續(xù)向更深層進(jìn)行污染，這與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果相符)。無(wú)法由試驗(yàn)得出結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)則參考其他渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究案例，如含水層介質(zhì)類(lèi)型和防護(hù)措施是參考的同為云貴高原的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究案例[24]。本次將渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)等級(jí)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分值見(jiàn)表3和表4。其中，評(píng)價(jià)指標(biāo)所取分值越高，表明發(fā)生地下水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)越大。

表2 某渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果

表3 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分值

2. 5 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

本次研究中評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：①前期所進(jìn)行的多次場(chǎng)地調(diào)查所得出的結(jié)果及監(jiān)測(cè)資料；②研究區(qū)相關(guān)水文地質(zhì)資料等;③渣場(chǎng)歷史管理記錄。根據(jù)上述建立的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的取值范圍應(yīng)在1～10之間，場(chǎng)地內(nèi)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果多取值于中間分段，故將中間分段的取值結(jié)果等間距地劃分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表5。

表5 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

本文中渣體相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自歷次調(diào)查的100多個(gè)鉆孔；包氣帶(黏土層)數(shù)據(jù)主要來(lái)自場(chǎng)地8個(gè)鉆孔，分別控制了灰?guī)r+殘坡積/坡洪積區(qū)域、灰?guī)r+玄武巖風(fēng)化帶+殘坡積區(qū)域等所有場(chǎng)地典型地層分層結(jié)構(gòu)，并保證了全場(chǎng)區(qū)的控制性。其中，SK1和SK2鉆孔位于黏土層較薄的“灰?guī)r裸露區(qū)”，SK9鉆孔周?chē)》秶ね翆虞^松散，這些點(diǎn)代表了灰?guī)r+殘坡積區(qū)域；SK5和SK7鉆孔分別位于場(chǎng)地原始地貌的沖溝處，能夠很好地代表灰?guī)r+殘坡積/坡洪積區(qū)域；SK3和SK10鉆孔位于灰?guī)r+玄武巖風(fēng)化帶+殘坡積區(qū)域；SK8鉆孔代表了玄武巖風(fēng)化帶+殘坡積區(qū)域，且其周邊區(qū)域植被較豐富，也是研究區(qū)場(chǎng)地內(nèi)唯一植被覆蓋率較高的區(qū)域。

將所獲得的指標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)上述建立的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算，研究區(qū)8個(gè)鉆孔點(diǎn)位各評(píng)價(jià)指標(biāo)的情況，見(jiàn)表6，并將所獲得的計(jì)算結(jié)果在ArcGIS中使用IDW方法進(jìn)行空間插值，得到該渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)分區(qū)圖，見(jiàn)圖6。IDW方法是以插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)間的距離為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，由于場(chǎng)地條件具有一定的相似性與連續(xù)性，取樣點(diǎn)能夠很好地代表周邊的場(chǎng)地環(huán)境，與取樣點(diǎn)越近的區(qū)域，相似度越高，所以本文選取IDW方法進(jìn)行空間插值，其結(jié)果具有可靠性。

表6 某渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖6 某渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)分區(qū)圖

通過(guò)分析對(duì)圖6可知：污染物從場(chǎng)地北部進(jìn)入地下水的風(fēng)險(xiǎn)較大，場(chǎng)地南部也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)；場(chǎng)地內(nèi)北部區(qū)域地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)較南部高，這與黏土層滲透系數(shù)及黏土層厚度在場(chǎng)地內(nèi)的變化趨勢(shì)相一致；除黏土層厚度及黏土層滲透系數(shù)以外，防護(hù)措施也對(duì)渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)造成了較大的影響，場(chǎng)地內(nèi)整體防護(hù)措施都較弱，具有較大的提升空間。

將疊加權(quán)重計(jì)算后的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得出該場(chǎng)地每個(gè)鉆孔點(diǎn)位對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)貢獻(xiàn)最大的主要影響指標(biāo)，見(jiàn)表7。由于該場(chǎng)地不同鉆孔點(diǎn)位主要的風(fēng)險(xiǎn)影響指標(biāo)不同，故可根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理制定具有針對(duì)性的地下水環(huán)境污染管控修復(fù)方案。

表7 某渣場(chǎng)各鉆孔點(diǎn)位地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)主要影響指標(biāo)

3 結(jié)論與建議

(1) 本文采用博弈論綜合權(quán)重法確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重，該方法結(jié)合了主觀方法與客觀方法的特點(diǎn)，綜合考慮了指標(biāo)的主、客觀權(quán)重，可提升決策的科學(xué)性，對(duì)于同類(lèi)具有高度非均質(zhì)性特點(diǎn)的渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

(2) 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：研究區(qū)場(chǎng)地內(nèi)地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)具有差異性，污染物從渣場(chǎng)北部進(jìn)入地下水的風(fēng)險(xiǎn)較南部高，這與場(chǎng)地實(shí)地調(diào)查結(jié)果相一致，說(shuō)明評(píng)價(jià)結(jié)果可靠、指標(biāo)體系合理。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果可以針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)不同區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)以及主要的風(fēng)險(xiǎn)影響因子合理地制定場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管控修復(fù)方案，具有指導(dǎo)意義。

(3) 渣場(chǎng)地下水環(huán)境污染的過(guò)程是動(dòng)態(tài)且十分復(fù)雜的，后續(xù)需要更加完善全面的模型來(lái)對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。