区域地下水污染综合评价研究现状与建议

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.1.29

地学前缘 ›› 2022, Vol. 29 ›› Issue (3): 51-63.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.29

区域地下水污染综合评价研究现状与建议

何宝南¹(), 何江涛¹^,^*(), 孙继朝², 王俊杰³, 文冬光⁴, 荆继红², 彭聪¹, 张昌延¹

1.中国地质大学(北京) 水资源与环境工程北京市重点实验室, 北京 100083
2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北石家庄 050061
3.水利部发展研究中心, 北京100038
4.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心, 河北保定071051

收稿日期:2021-10-08 修回日期:2022-02-10 出版日期:2022-05-25 发布日期:2022-04-28
通讯作者: 何江涛
作者简介:何宝南(1992—),男,讲师,硕士生导师, 主要从事污染水文地质学研究工作。E-mail: bnhe@cugb.edu.cn
基金资助:
中国地质科学院水文地质环境地质研究所委托项目“基于背景值地下水分类指标综合评估”(33412021032)

Comprehensive evaluation of regional groundwater pollution: Research status and suggestions

HE Baonan¹(), HE Jiangtao¹^,^*(), SUN Jichao², WANG Junjie³, WEN Dongguang⁴, JIN Jihong², PENG Cong¹, ZHANG Changyan¹

1. Beijing Key Laboratory of Water Resources and Environmental Engineering, School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 10083, China
2. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang 050061, China
3. Development Research Center of the Ministry of Water Resources, Beijing 100038, China
4. Hydrogeology and Environmental Geological Survey Center of China Geological Survey, Baoding 071051, China

Received:2021-10-08 Revised:2022-02-10 Online:2022-05-25 Published:2022-04-28
Contact: HE Jiangtao

摘要/Abstract

摘要：

区域地下水污染综合评价研究是一项总结区域地下水水质特征、评估地下水水质和污染状况、分析其驱动机制、研判其演化趋势的重要基础性工作,也是地下水污染防控以及水质改善的重要依据。受水文地质领域一些传统概念、观念以及技术方法的限制,在水质综合评价、污染评价、天然劣质水与污染的区分、人类活动影响等方面存在诸多问题和挑战,认知的科学性和可靠性不断受到质疑,给政府管理部门的应用和决策带来困惑。本研究通过梳理分析近年来区域地下水污染综合评价的研究现状,回顾总结了在水质综合评价、背景值、污染评价、劣质水和劣变水评估以及人类活动识别等方面存在的问题,提出了几点认识和建议:(1)“指标分类评价-组合表达”的水质及污染综合评价思路,可为解决现阶段水质及污染综合评估容易造成歧义和误导的问题提供新的方向;(2)视背景值的建立不仅能够解决传统概念背景值无法获取的问题,还能有效进行污染判定、劣质水和劣变水评估以及人类活动识别,是一项亟待全面开展的基础性工作;(3)劣质水和劣变水概念及评价思路的提出,对区分天然劣质水和污染水具有借鉴意义,在科学回答这两类水对我国地下水水质的影响、帮助决策者理解水质不安全成因等方面有重要意义,但是方法学方面需要进一步探讨;(4)对人类活动影响的识别和量化,进一步推动了对输入型污染、诱导型水质恶化以及水化学场变化所引起的各种水质问题的认识,进而对判断水质演化趋势、污染防控、分类解决水质问题具有重要的意义。

关键词: 地下水, 水质评价, 污染评价, 视背景值, 劣质水, 人类活动

Abstract:

A comprehensive evaluation of regional groundwater pollution is essential for understanding the regional groundwater quality characteristics, pollution status and mechanism, and groundwater quality evolution. Such evaluation also serves as an important basis for groundwater pollution prevention and control and water quality improvement. However, due to inherent limitations of certain conventional concepts, opinions and research practices in the field of hydrogeology, there are many problems and challenges associated with groundwater quality and pollution evaluation, such as the lacks of clear distinction between natural poor quality water and polluted water and impact assessment of human activities. Therefore, the reliability of the evaluation results is often questioned, which causes confusion among government agencies over pollution control application and decision making. To improve this situation, this study sought to assess the current status of comprehensive evaluation of regional groundwater pollution based on the evaluation results of recent years, review the problems associated with the groundwater quality evaluation, background value, pollution evaluation, and distinction between poor water quality and water quality degradation, identify the anthropogenic pollution activities, and ultimately make some suggestions. The resulting suggestions include: (1) Establish an evaluation framework with the “indicator classification evaluation-combination expression” approach to minimize ambiguity and misleadings in the evaluation results. (2) Establish apparent background value to facilitate the assessment of pollution status, differentiation between poor water quality and water quality deterioration, and identification of impactful anthropogenic activities. (3) Clarify the distinction between poor quality water and quality degraded water in order to effectively distinguish between natural poor quality water and polluted water, elucidate the impact of these water types on the groundwater quality, and help decision-makers understand the causes of unsafe water. (4) Identify and quantify anthropogenic pollution activities to help understand water pollution caused by imported pollution, induced water quality deterioration and change of water hydrochemical property, and highlight the trends of groundwater quality evolution to develop better pollution prevention and control methods.

Key words: groundwater, water quality evaluation, pollution assessment, apparent background value, poor quality water, human activity

中图分类号:

X523

何宝南, 何江涛, 孙继朝, 王俊杰, 文冬光, 荆继红, 彭聪, 张昌延. 区域地下水污染综合评价研究现状与建议[J]. 地学前缘, 2022, 29(3): 51-63.

HE Baonan, HE Jiangtao, SUN Jichao, WANG Junjie, WEN Dongguang, JIN Jihong, PENG Cong, ZHANG Changyan. Comprehensive evaluation of regional groundwater pollution: Research status and suggestions[J]. Earth Science Frontiers, 2022, 29(3): 51-63.

图/表 10

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地区	适用条件	方法	优势及局限性
国外研究	污染区	次序统计量回归模型法^[20]	对低于检出限的次要组分或微量组分的背景值能够有效识别,低于检出限的数据集大于80%后识别效果较差。
		概率图法^[21]	多峰式分布的数据可从累积频率曲线图中区分出多个数据集,背景值可能有一种或多种数据集,划分数据群存在一定主观因素。
		层次聚类分析法^[22]	注重对各亚类特征深入分析确定背景值,但在分析受多因素影响的地下水时也会因产生过多的子集,使得分析变得更加烦琐。
		预筛选法^[23]	适用于大量数据,统计方法可用的宏量组分;但所选指示指标与人为产生的物质浓度不一定完全相关,会导致一些必要数据被删除。
国内研究	非污染区	平均值法	方法简单,可基本反映背景情况。但没有区分样品浓度分布类型,仅用平均值作为背景值。此法适用于服从正态分布类型的因子。
	非污染区	趋势面分析法	可直观反映背景值及其分布情况,但趋势面多项式拟合过程中不可避免带有误差。
	污染区	比拟法	简单易行,但无法体现空间差异性,已不易找到未受人类活动影响的区域。
		剖面图法	通过水化学剖面图判断背景值范围,方法直观清晰,但需要布设穿过污染源的取样剖面,较费时。
		趋势面分析法	趋势面分析多项式拟合所提取的趋势项基本可作为背景看待,残差项指示污染区的存在,可直观反映背景空间分布特征,但拟合过程不可避免会产生误差。
		等值线法	可充分利用历史水质资料,但得出的背景值为一单值。
		数理统计法	可充分利用历史水质资料,根据不同的样品浓度分布类型分别计算地下水环境背景值,但需要系统全面的水质资料。
		历时曲线法	汇总分析区内长期的水质监测资料,通常取发生突变前的监测数据来确定研究区的背景值,可以识别部分偶然因素引起的水质变化。

地区	适用条件	方法	优势及局限性
国外研究	污染区	次序统计量回归模型法^[20]	对低于检出限的次要组分或微量组分的背景值能够有效识别,低于检出限的数据集大于80%后识别效果较差。
		概率图法^[21]	多峰式分布的数据可从累积频率曲线图中区分出多个数据集,背景值可能有一种或多种数据集,划分数据群存在一定主观因素。
		层次聚类分析法^[22]	注重对各亚类特征深入分析确定背景值,但在分析受多因素影响的地下水时也会因产生过多的子集,使得分析变得更加烦琐。
		预筛选法^[23]	适用于大量数据,统计方法可用的宏量组分;但所选指示指标与人为产生的物质浓度不一定完全相关,会导致一些必要数据被删除。
国内研究	非污染区	平均值法	方法简单,可基本反映背景情况。但没有区分样品浓度分布类型,仅用平均值作为背景值。此法适用于服从正态分布类型的因子。
	非污染区	趋势面分析法	可直观反映背景值及其分布情况,但趋势面多项式拟合过程中不可避免带有误差。
	污染区	比拟法	简单易行,但无法体现空间差异性,已不易找到未受人类活动影响的区域。
		剖面图法	通过水化学剖面图判断背景值范围,方法直观清晰,但需要布设穿过污染源的取样剖面,较费时。
		趋势面分析法	趋势面分析多项式拟合所提取的趋势项基本可作为背景看待,残差项指示污染区的存在,可直观反映背景空间分布特征,但拟合过程不可避免会产生误差。
		等值线法	可充分利用历史水质资料,但得出的背景值为一单值。
		数理统计法	可充分利用历史水质资料,根据不同的样品浓度分布类型分别计算地下水环境背景值,但需要系统全面的水质资料。
		历时曲线法	汇总分析区内长期的水质监测资料,通常取发生突变前的监测数据来确定研究区的背景值,可以识别部分偶然因素引起的水质变化。

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