本章主要是针对农田污水灌溉与农业施肥料等面状污染源、污水沟渠等线状排放、污水或垃圾处置等点源等对地下水可能造成的污染风险进行评价。这里以北京地下水污染风险评价为例来说明问题。
一、研究区基本情况
北京位于华北平原的西北隅，地理坐标为北纬39°28″～41°05″，东经115°21″～117°30″，属温带大陆性季风气候。
北京是我们伟大祖国的首都，是全国的政治中心和文化中心，是世界著名的古都和现代国际城市。北京的建设要弘扬民族优秀文化，进一步发展文化、教育、科技、体育事业，建设社会主义精神文明，保护古都传统特色，创建社会主义中国首都的独特风貌。
北京是一个拥有1600多万人口的大都市，经济和生产力都十分发达。地下水是其重要的供水水源，总可开采量达26.7亿方/年。
开展北京地下水污染风险经济学评价，对该市宝贵的地下水资源保护具有特别重要实际的意义，评价方法对其他地区地下水污染风险评价也具有重要的指导意义。
二、地下水污染的风险识别
1.北京水文地质条件使地下水污染成为可能
1.1 平原区水文地质条件(彩图8)［116、133～140］
北京平原地区主要由永定河、潮白河、拒马河、沙河、错河、温榆河、泃河等河流冲积洪积作用形成的这一广大平原地区，因其沉积物松散、多孔隙、厚度大，成为地下水蓄存的天然仓储，在长期的地质作用及水文、气象因素的影响下，储存了丰富的地下水，成为北京地区的重要供水来源，北京各地因地下水补给、径流、排泄条件的差异变化及含水层岩性，埋藏深度的不同，其水文地质条件有较大的差别，由山前至平原大致可分为
(1)山前地带:即山区至平原的转折地带。地形坡度较大，在3%～5%以上，宽度1至数千米不等。含水层主要由坡、洪积作用形成的粘土碎石层组成，透水性差异变化大，地下水位埋深大，一般大于10m。水位变化幅度一般在5m以上，有的地区可达10～20m。地下水接受基岩裂隙和来自山区的供水以及本区降水入渗的补给，主要补给带是山区沟谷出口的山前洪积地带，是平原区地下水主要补给区之一。
(2)山前冲、洪积扇顶部地区:大致位于大石河苏村以北，昆明湖、莲花池以西，昌平马池口、羊坊、北安河以西，顺义牛栏山以北，平谷以东的平原地区。含水层主要由各河流作用形成的、厚度不等的砂砾卵石组成，导水性良好、渗透系数一般都在:0.116cm/s以上。地下水主要接受地表径流及本区降水补给，山区地表径流的15%～20%，本区降水的40%～60%的水量在这一地区入渗，是平原区地下水的主要补给区。
此区由山前至平原，含水层导水性渐差，地下水位埋藏深度渐浅，水位变化幅度和地下水水力坡降渐小，水矿化度渐增为其明显特征。河流出口的山前地带，含水层渗透系数一般可达0.35～0.58cm/s。地下水位埋深大于20m，南口北流村地区甚至可达60～70m以上，水位变化幅度大于3m，水力坡降在2‰～3‰以上;到冲、洪积扇地下水溢出带附近，含水层渐由多层砂砾石组成，渗透系数减至0.116～0.232cm/s以下，地下水位埋深、变化幅度渐减至1m左右，水力坡降递减至1‰。
此区的地下水主要消耗于侧向径流和人为开采，因地下水位埋深较大，潜水面蒸发占据很次要的地位。地下水位的升降变化直接反映了地下水补给与消耗量的变化，具有明显的相似性。
(3)冲、洪积扇地下水溢出带:位于冲、洪积扇顶部的边缘地带，是位置不很固定随地下水位升降变化而变化的变动带。丰水年及地下水补给期，水位升高，溢出带上限向地下水流上方推移;枯水年及地下水消耗期，地下水位下降，溢出带上限则向地下水流下方后撤;在地下水形成过量开采的永定河冲、洪积扇地区，则因地下水位的区域下降而消失。
此带的宽度有限，一般仅几千米，大者不大于10km。含水层在此带以下，即由一层渐变为多层，渗透性变差。地下水位埋深和变化幅度不大，一般都小于1m，有的地区甚至常年积水。主要接受上游地下水径流及本区降水入渗的补给，而很快消耗于潜水溢流及潜水面蒸发，不能大量形成对地下水的有效补给，是平原区地下水的主排泄区。地下水的开采主要是靠增加这一地区的有效补给减少其溢出量和潜水面蒸发量来获取。
(4)冲、洪积平原地区:即房山东南、海淀北部、昌平马池口、羊坊以东、平谷西部及朝阳、顺义、通州、大兴广大平原地区。这一地区含水层由浅部潜水层及深部多层承压水组成。浅部潜水层，在古河道带含水层主要为砂层;非古河道带，主要为黏性土层、或黏性土与下部第一层砂砾石层组成统一含水层，透水性较差。地下水主要接受大气降水，灌溉回渗水的入渗补给，以垂直循环为主，水平径流条件差，地下水主要消耗于人为开采、潜水面蒸发，和向深部承压水层的越流入渗。深部承压水层、多由数层厚度不等的砂、砂砾石组成。渗透系数一般介于0.0232～0.116cm/s之间，靠近冲、洪积扇顶部地区，可大于0.116cm/s，而在大兴、通州南部及延庆中部则可小于0.0232cm/s。在非开采区，有比潜水位较高的压力水头，有的甚至可高出地表，主要接受冲、洪积扇顶部侧向径流的补给，局部构造部位，受基岩水顶托的补给，水位变动很小，年变化幅度一般不超过2m。在开采区、除上述补给外，还受上部水层越流入渗的补给、随着开采强度的增大，承压水位下降逐渐低于潜水位，导致潜水越流补给，水位变化幅度亦随之增大，一般都比潜水位变化幅度大，在透水性差的地区，水位年变幅甚至可10m以上。
1.2 平原区环境水文地质概况［116、133～149］
如前所述，北京的自然地理、地质、水文地质条件:山区、山前与平原各地的岩石、构造与地下水动力条件的不同;包气带岩性变化及其厚度的分布特征;化学组分与总盐量的分布差异等，奠定了北京天然的地下水化学环境，成为人类活动影响下地下水污染的基础。
北京山区岩溶裂隙水、风化裂隙水、孔隙水，由于地下水径流排泄条件好，交替强烈，水质优良。
在平原区的顶部，多为潜水，含水层单一，水力坡度大，径流通畅，水交替强烈，水质良好，但是由于该区是单一的砂卵砾石，颗粒粗，有的甚至裸露或覆盖层很薄，透水性强，防护性差，使地下水易于遭受人为污染。
在冲洪积平原的中下部，含水层由单层变多层，颗粒变细，富水性变弱，上面为潜水，下面为多层承压水层。潜水含水层由于颗粒细、水力坡度小、渗透性能差，水平径流迟滞，以垂直补给、排泄为主。该地带承压水层次多，比潜水水质要好，地表覆盖层较厚，对深层承压水有一定的保护作用。
本区各河流沿岸，大石河，温榆河沿岸上段，昌平北部，密云、怀柔、顺义的东部，延庆北部等地，表层黏性土厚度小于2m，岩性为黏砂、砂黏夹卵砾石或砂类土直接裸露地表，地下水自然防护条件差;清河镇－海淀－金鼎街－衙门口－南苑、大兴104农场－西梨园、礼贤－安定、通州史村－关隆庄、通州北运河与潮白河沿岸、顺义区汉石桥－北务、密云韩各庄、杨宋各庄、怀柔城关－西三村等表层黏性土厚度2～5m，地下水自然防护条件差。北京东郊、通州东部、大兴东南部、房山长阳、怀柔水库南部到顺义东部、平谷南部等表层黏性土厚度为5～10m，地下水自然防护条件好。北京东南郊、昌平西南部、房山东部、东南部，大兴北部、通州南部、顺义西部与平谷相邻的地带等黏性土厚度大于10m，地下水自然防护条件好。
2.地面存在大量污染源
在北京平原地区大量耕地施用化肥、农药，并大面积进行污水灌溉;大量生活与生产用污水以沟渠排放或零星点状排放;同时，调查表明(北京垃圾地调项目)，区内存在近200个简易或随意垃圾场，7个垃圾卫生填埋场。这些都构成了北京平原区地下水污染源，对总允许开采量为26.7亿方的地下水质量形成了威胁。
3.取水井或构成地表污染源与地下水的连通通道
实地调查发现，北京平原区(包括防护能力很好的A区在内)大量的采水井，已经成为污水、垃圾等污染源进入地下水含水层的通道，并造成地下水居住的污染。
综上所述，北京平原区地下水污染风险主要因为地面存在大量污染源，而水文地质与环境地质条件、人工开采井等容易让污染物进入地下水而造成污染。
三、地下水污染的概率评估
地下水污染的概率评估方法，本例采用第八章第二节介绍的方法。即先进行区内地下水污染防护能力分区，然后根据污染防护性能计算地下水污染概率。
1.地下水防护性能分区
1.1 分区参数的确定
垃圾场对地质环境的污染物主要体现在地下水上，而对地下水起决定性防护作用的就是有效阻隔层足额厚度Hz。因此，我们以有效阻隔层足额厚度Hz作为垃圾处置场地质环境分区的主要因素。
1.2 分区参数标准的确定
垃圾渗滤液中的污染成分是十分复杂的，概括起来分有机污染物和无机污染物两类。根据现有国内外对垃圾场渗滤液中污染物的生物化学性质、污染物在地层中迁移转化、黏性土对垃圾污染物的净化和阻隔能力的研究结果［108、117、213］，确定地质环境条件分区参数标准确定见表9－1－1:
依据表9－1－1中的标准，我们把北京市平原区未来垃圾处置规划区分为地质条件理想的地区、地质条件较好的地区、地质条件基本合格的地区和不宜填埋垃圾的地区四类。
表9－1－1 地质环境条件分区参数标准［116］
1.3 地质环境条件分区结果
根据北京市平原区大量的地质、水文地质、工程地质等方面的钻孔资料及我们调查数据，应用上述分区标准，对北京市平原区进行分区，得到如彩图9所示的分区结果。
2.地下水污染概率计算
根据上表9－1－1中的黏性土(含砂质粘土、粉质粘土、粘土、胶泥土)厚度(包括累计厚度)在区内的分布情况，利用式(8－2－11)进行污染危险概率计算，得到研究区地下水污染危险概率分布如彩图10所示。
四、地下水污染的风险评估
1.地下水污染造成的损失计算
地下水污染造成的危害包括地下水功能丧失、危害人类身心健康、影响植物生长、破坏生态环境等。理论上，在计算其风险时应包括所有这些危害，包括所有直接经济损失和间接经济损失;但由于实际上要量化计算所有的损失是不可能的。在本例中，由于资料数据的缺少，即使是计算地下水污染后功能价值的损失都困难。考虑到本例以评价地表所有面状、线状和点状污染源对地下水的污染风险为目的，地下水污染造成的损失，在更详细参数求不到的情况下，以地表污染源可能造成的单位面积(km2)地下水资源污染量来代表地下水污染损失。
对研究区水文地质资料和近期研究成果分析，包括对地下水含水层结构、性质、厚度及地下水位动态和地下水潜力调查结果等综合研究，概算出研究区每平方千米地下水储量的分布状况如彩图11所示。
2.地下水污染造成的风险评估
根据计算方法:风险=危险概率×损失，计算出评价区个小区内污染单位面积(km2)的地下水量，并以0～20万m3/km2、20万～100万m3/km2、100万～220万m3/km2、220万～400万m3/km2为界限，分4个等级，综合绘制成“北京地下水污染风险等级分布图”(彩图12)。彩图12即是评价区地下水污染风险评价结果图。
五、地下水污染的风险评判
(1)含水层上部隔水黏性土越厚，污染危险性概率越小;反之亦然。从评价区地下水污染危险性概率分布情况(彩图10)来看，评价区东边比西边污染可能性小，污染概率具体分布情况见彩图10。但地下水污染风险大小除污染危险性概率外，还受到地下水储量大小控制:地下水储量越大，风险越大;反之亦然。地下水储量具体分布情况见彩图11。
(2)风险评价结果表明，即使是含水层上部隔水黏性土很厚、防护性能很好的A1、A2、A3区(彩图9)，地下水也有被污染的可能，污染相对概率小于5%。风险一般为0～20万m3/km2(彩图12)。其污染风险主要来源于连通了地下水含水系统的人工开采井。
(3)B1、B2(彩图9)是污染防护性能仅次于A1、A2、A3区的区域(彩图9)，地下水污染的相对概率为5%～55%，大部分区域的地下水污染风险为20万～200万m3/km2(彩图12)。污染风险主要原因为含水系统上部黏性土比较薄及连通了地下水的人工开采井。
(4)污染风险最大的区域主要分布在清河、大红门、西红门一线以西，巨山村、高立庄一线以东，清河以南、大兴城以北(彩图12)，这一区域地下水污染的相对概率为55%～95%(彩图10)，地下水污染风险为220万～400万m3/km2(彩图12)。主要原因是本区域地下水之上的阻隔性黏性土薄，防护能力弱，且这一带为北京地下水主要水源地，地下水储量大而丰富，富水性高。
(5)在巨山村、高立庄一线以西，大宁水库、北庙连线以东等区域，地下水污染的相对概率为大于95%，地下水污染风险为100万～220万m3/km2(彩图12)。尽管污染概率比上述“3”所述区域大(大于95%)，但由于地下水储量比较小，风险比这一区域小(彩图12)。风险原因主要是本区域地下水之上的阻隔性黏性土薄，防护能力弱，且部分为地下水水源地。
(6)在评价区的最西部，尽管绝大部分基岩裸露，黏性土阻隔层极薄，地下水污染的相对概率大于95%(彩图12)，但由于本区地下水储量极小，因而风险和地下水储量大、黏性土阻隔层极厚的地区一样小，在1万～20万m3/km2之间(彩图10～彩图12)。
六、地下水污染的风险控制
北京是个水资源极度匮乏的城市，地下水是其主要供水水源，地下水进一步污染将导致水资源更加短缺，水资源的供需矛盾会更加尖锐。为使北京实现可持续发展，必须采取措施降低或控制其地下水水资源的污染。可选择的措施如下:
(1)按标准和规范建立垃圾卫生填埋场或焚烧场，将现在排放的城市垃圾进行填埋或焚烧等无害化处置;对堆放在风险大(大于20万m3/km2)地区的固体废物，尤其是风险大于100万m3/km2的区域的“三废”要坚决清除掉，将搬运到卫生填埋场进行处置。
(2)清理或治理现有(尤其是污染概率大于55%区域)排污河道或沟渠，并不向其中再排放污水;杜绝任何单位和个人乱排污水。从根本上去掉地下水污染源。
(3)停止在污染概率大于55%区域进行污水灌溉，并改变农田施用肥料。
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