第5章 地下水脆弱性评价模型

5.1 DRASTIC模型

由美国环境保护署于1985年正式提出的DRASTIC模型是国内应用最为广泛、公认度较高的地下水脆弱性评价方法。1991年DRASTIC法被引入欧共体国家，成为了欧洲国家地下水防污性能评级的统一标准。DRASTIC模型在美国许多地区进行了应用，日本、突尼斯、印度、以色列、欧盟、新西兰、韩国和南非等也曾利用该模型进行了地下水脆弱性评价。目前，该模型在世界范围内被广泛应用，该模型多用于评价孔隙介质中地下水的脆弱性，但也有在裂隙介质中应用的实例。

5.1.1 DRASTIC模型评价指标

该模型选取以下7个评价指标：地下水埋深D(Depth of Water Table)，净补给量R(Net Recharge)，含水层介质A(Aquifer Media)，土壤介质S(Soil Media)，地形坡度T(Topography)，包气带影响I(Impact of the Vadose)，水力传导系数C(Hydraulic Conductivity of the Aquifer)。按每个评价指标的英文大写字头，命名为DRASTIC 模型。

5.1.2 各评价指标分别描述

1.地下水埋深D

地下水埋深是指地表至潜水位的深度或地表至承压含水层顶部(即隔水层顶板底部)的深度，它是一个很重要的评价指标，因为它决定了污染物到达含水层前要迁移的深度，它有助于确定污染物与周围介质接触的时间。一般来说，地下水埋深越大，污染物迁移的时间越长，污染物衰减的机会越多。此外，地下水埋深越大，污染物受空气中氧的氧化机会也越多。

如果是潜水含水层，由地下水位确定含水层埋深；如果是承压含水层，则取承压含水层顶板为含水层埋深。

2.净补给量R

补给水使污染物垂直迁移至潜水并在含水层中水平迁移，并控制着污染物在包气带和含水层中的弥散和稀释。在潜水含水层地区，垂直补给快，比承压含水层易受污染；在承压含水层地区，由于隔水层渗透性差，污染物迁移滞后，对承压含水层的污染起到一定的保护作用。承压含水层在向上补给潜水含水层地区时受污染的机会极少。补给水是淋滤、传输固体和液体污染物的主要载体，入渗水越多，由补给水带给潜水含水层的污染物越多。补给水量足够大而引起污染物稀释时，污染可能性不再增加而是降低，但在净补给量的评分上并没有反映稀释因素。此外，净补给量中包括灌溉补给。

净补给量主要来源于降雨量，可用降雨量减去地表径流量和蒸散量来估算净补给量，或者用降水入渗系数计算。

3.含水层介质A

含水层介质既控制污染物渗流途径和渗流长度，也控制污染物衰减作用(像吸附、各种反应和弥散等)可利用的时间及污染物与含水层介质接触的有效面积。污染物渗透途径和渗流长度强烈受含水层介质性质的影响。一般来说，含水层中介质颗粒越大、裂隙或溶隙越多，渗透性越好，污染物的衰减能力越低，使防污性能越差。

根据《地下水脆弱性评价技术要求》，将含水层介质分为10类，见表5-1。

4.土壤介质S

土壤介质是指包气带顶部具有生物活动特征的部分，它明显影响渗入地下的补给量，所以也明显影响污染物垂直进入包气带的能力。在土壤带很厚的地方，入渗、生物降解、吸附和挥发等污染物衰减作用十分明显。一般来说，土壤防污性能明显受土壤中的黏土类型、黏土胀缩性和颗粒大小的影响，黏土胀缩性小、颗粒小的，防污性能好。此外，有机质也可能是一个重要因素。

根据《地下水脆弱性评价技术要求》，所指土壤层通常为距地表平均厚度 2m 或小于 2m 的地表风化层。土壤介质分为10类，见表5-2。

对于当某一区域的土壤介质由两种类型的土壤组成时，可选择最不利的介质类型确定级别。例如，某一区域的土壤有砂和黏土两种介质存在时，可选择砂作为相应的土壤介质。当有三种介质存在时，可选择中间的介质确定级别。例如，有砂、砾和黏土存在时，可选择砂作为相应的土壤介质。

5.地形坡度T

地形坡度有助于控制污染物是产生地表径流还是渗入地下，在施用杀虫剂和除草剂而使污染物易于积累的地区，地形坡度因素特别重要。

6.包气带影响I

包气带指的是潜水位以上非饱水带，这个严格的定义可用于所有的潜水含水层。但在评价承压含水层时，包气带影响既包括以上所述的包气带，也包括承压含水层以上的饱水带。承压水的隔水层是包气带中最重要的影响最大的介质。包气带介质的类型决定着土壤层以下、水位以上地段内污染物衰减的性质。生物降解、中和、机械过滤、化学反应、挥发和弥散是包气带内可能发生的所有作用，生物降解和挥发通常随深度而降低。介质类型控制着渗透途径和渗流长度，并影响污染物衰减和与介质接触时间。

包气带是指潜水水位以上或承压含水层顶板以上土壤层以下的非饱和区或非连续饱和区，分为10种类型，见表5-3。

在选择包气带介质时，必须选择对脆弱性有显著影响的介质层。对有多层介质存在时，各层介质的相对厚度及各层介质对脆弱性的影响大小是应考虑的因素。例如：灰岩含水层上覆盖一层较厚的砂砾层，并且等水位线在灰岩的上部，此时应选砂砾层作为包气带的介质；但当砂砾层较薄且等水位线在灰岩内部较深的部位时，应选灰岩作为包气带的介质；如果当灰岩含水层上覆盖一层黏土和一层等厚度或厚度较大的砂砾层时，应选黏土作为包气带介质；当对承压含水层进行级别选择时，应选承压层作为包气带介质，而不用考虑其上的覆盖层。

对于固结岩石介质，还应考虑裂隙、层理和岩溶的发育程度。例如：对于溶洞非常发育的灰岩包气带介质，可选择岩溶灰岩作为渗流区介质；当灰岩中岩溶发育不好或溶洞的连通性不好时，渗流区介质应选为岩溶灰岩；但应当根据溶洞的数量和连通情况，级别稍微低一些；假设灰岩为非岩溶灰岩而且是具有较小裂隙的白云岩，可选灰岩作为渗流区介质；对于非固结岩石介质，可根据介质中粒径大小、分选性和细颗粒材料的含量对级别进行适当调整。

7.水力传导系数C

在一定的水力梯度下，水力传导系数控制着地下水的流速，同时也控制着污染物离开污染源场地的速度。水力传导系数受含水层中的粒间孔隙、裂隙、层间裂隙等所产生的空隙的数量和连通性控制。水力传导系数越高，防污性能越差，因为污染物能快速离开污染源场地进入含水层的位置。

影响水力传导系数大小的因素很多，主要取决于含水层中介质颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等，通常可通过试验方法或经验估算法来确定，单位统一为m/d。

基于DRASTIC的模糊评价模型的7项评价指标的级别与其对应的标准特征值列于表5-4中。