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毕业论文:沈北新区地下水脆弱性评价和健康风险评价

发布时间:2018-04-25 19:18 论文编辑:lgg 所属栏目:毕业论文 关键词: 毕业论文脆弱性评价

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第 1 章 绪论
 
1.1 研究目的及意义
地下水是宝贵的自然资源之一,相对地表水存储容量较大且对于污染物具有低敏感性等特点,使其对地球上生命的生存发挥着至关重要的作用,因而成为全球最重要、有价值和可再生资源[1]。目前,地下水资源被广泛应用于生活饮用,工业生产,农业灌溉和水产养殖等方面,但是工业化进程加快和人口的剧增,各种类型污水的肆意排泄处理导致地下水受到严重污染。一旦饮用受到污染的水体可能会引发黄疸,霍乱,腹泻和痢疾等疾病甚至夺去人的生命[2]。由于地下水含水层介质的差异性和埋藏分布的复杂性以及监控水域的空间变异性和数据的约束性使得地下水的治理变得往往是不切实际。因此,对于地下水资源规划和管理变得至关重要。2000 年,欧盟水框架指令(WFD)设定水资源欧洲共同体综合管理框架,目标旨在维护水域存在的“高地位”,防止水体状况持续恶化,至少到 2015 年所有水域处于“良好状态”。中国虽然对于水资源防控开展的较晚,但是也不甘示弱,分别于2004 和 2010 年先后发布《中国城市环境地质调查与评价》、《全国地下水污染防治规划》[3]和《土壤污染防治行动计划》[4]的相关规范。事实证明,开展地下水脆弱性评价以构建含水层脆弱性图不但可以划定脆弱性区域,探明研究区对于污染的敏感性和承受能力,还可以作为有效的决策支持工具,以明确指导地下水质量评估和管理工作[5]。
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1.2 地下水脆弱性
地下水脆弱性认为是一个地区的地质背景的函数,因为控制了时间量,认为地下水的停留时间从雨水降落到渗入土壤最后到达地下水位,并到达现在的位置。在任何位置,含水层内的地下水或井中地下水都容易受到人类活动的污染。这个概念自 20世纪 60 年代以来就存在了,但是含水层脆弱性没有一个标准的定义。最常见的定义来自 Vrba 和 Zaporotec[6],他们将含水层脆弱性定义为含水层系统的内在特性的,作为对人类和自然活动敏感度的函数。地下水脆弱性也被定义为污染物自地表到达地下水中的趋势和可能性[7]。事实上,Marjat 于 1968 年就对地下水脆弱性”(Groundwatervulnerability)的概念进行了一个论述[8]。但是,随着人们对自然领域的不断扩展以及社会功能体制改革的认识加深,各领域专家从多方面多角度的对地下水脆弱性的内涵进行延伸探讨。早期的“地下水脆弱性”主要是从含水层、包气带这类基于地质、水文地质条件等自然属性出发,也被定义为地下水固有脆弱性。1974年,Olmer和Rezac[9-10]将地下水脆弱性定义为地下水可能受到危害的程度。1987 年,地下水脆弱性有了新的定义[11-12],认为地下水污染受到含水层和人类活动双重作用,认为是地下水对特定污染物或多组污染物的脆弱性,通常农药、放射性物质、重金属如砷和其他有机、无机等挥发性污染物通常被用作目标,影响因素如下表 1.1 所示。
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第 2 章 研究区概况
 
2.1 自然地理概况
研究区位于沈阳市沈北新区的前进农场。前进农场位于沈北新区北部,这里交通便利,地理位置优越,距沈阳主城区约 25 公里。本区属于北温带大陆性季风型气候区。研究区平均气温 23.7℃。多年平均降雨量约 697mm,近 10 年平均降雨量高达 744mm,降雨多集中在在 5-8 月,对地下水起到主要补给作用。多年平均蒸发量 1330mm,近 10 年平均蒸发量 1500mm。研究区内水系发育一般,仅辽河支流新开河由南向西北流经研究区。新开河为季节性河流,丰水期接受降水补给水量较丰富,每年 7~9 月雨水充足,补给地下水;11 月至来年 4 月雨水逐渐减少或干涸。
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2.2 区域地质概况
 
2.2.1 地质构造
研究区为华北断坳下辽河断陷,下元古界地层构成本区最老的基底,中生代受大陆缘活动带影响,地表活动增强,形成火山喷出岩,新生代第三纪为隆起区,本区与辽河断凹同为上地幔隆起。本区新构造运动处于下辽河平原下降区和辽东山地上升区的接界地带。早更新世以前,西拉木伦河是松花江的支流,辽河仅是一条在下辽河平原的中、新生代盆地内发育的向心河流。在中更新世的晚期,辽东山地逐渐上升,辽河向源侵蚀,袭夺沟通了东西辽河和西拉木伦河,形成了现金的辽河流域和松辽分水岭。这一新构造运动的特点决定了本工作区内,自上更新世以后才有连续系统的松散沉积物。
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第 3 章 区域地下水污染特征......23
3.1 室外实验............23
3.1.1 高程测绘...............23
3.1.2 野外钻孔...............26
3.1.3 微水试验(Slug Test).....29
3.1.4 地下水位监测.......32
3.2 地下水样品采集及测试..............33
3.3 场地污染特征....35
3.4 本章小结............43
第 4 章 地下水脆弱性评价..........45
4.1 模型介绍及指标选取.....45
4.1.1 模型指标介绍.......45
4.1.2 模型指标选取.......47
4.2 指标分区及等级划分.....47
4.3 指标权重 ........... 52
4.4 本章小结 ........... 54
第 5 章 地下水健康风险评估..... 55
5.1 评价方法 ........... 55
5.2 评价过程 ........... 56
5.3 风险表征 ........... 61
5.4 本章小结 ........... 65
 
第 5 章 地下水健康风险评估
 
为了对研究区浅层地下水作为饮用水水源或者可接触性的环境因子的人类健康风险提供实际评价,本章采用 NAS 四步法进行危害识别、剂量效应分析、暴露评估及风险表征为框架的健康风险评估[83],对研究区儿童和成人的致癌性和非致癌性进行风险表征,为研究区地下水利用提供理论基础[84]。
 
5.1 评价方法
1983年,美国建立NAS步法用于评估人体健康。这一概念的提出,受到各国专家的关注。为此,澳大利亚/英国等国家都构建了适合本国实际的健康风险评估体系[83]。中国对于健康风险评价起步较晚,目前尚未建立健全地下水污染健康风险评估机制[85]。基于研究区已得到的数据,将采用传统的美国NAS法进行区域健康风险评估,如图5.1。根据研究区调查结果图 3.15-3.19 可知,砷数值 13.97μg/L,超过了《生活饮用水卫生标准》的 4-5 倍,存在潜在危害,因此砷成为研究区关切污染物;铁数值 4.21mg/L,超过饮用水标准的 14 倍,锰数值 1.47mg/L,超过标准 23 倍,铁锰均存在潜在危害,因此将铁锰列为研究区关切污染物;氨氮数值 1.74mg/L,超过标准 5.4 倍,因此确定研究区关切污染物。
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结论
 
本文在收集资料、野外调查、取样分析、室内实验的基础上,全面地分析了沈阳沈北新区地下水的污染状况,并以此为基础进行了地下水脆弱性评价和健康风险评价,主要得到以下结论:
1、通过在沈北新区前进农场多次采集地下水样品进行室内实验分析,结果表明铁、锰、砷、多环芳烃、氨氮为污染的重要元素。
2、利用 Mapgis 对污染物进行空间分析,从空间分布可以看出,铁、锰、砷、主要在西北区域含量较高,主要是与农药有关联;氨氮主要存在于研究区中部,主要与周围生活污水排放及农药化肥的入渗有关;多环芳烃分布范围较广,含量较高区域主要集中在研究区中部,主要与农田秸秆燃烧以及垃圾焚烧有关。
3、基于 DRASTIC 模型,根据沈北新区前进农场特征地质条件,对前进农场进行脆弱性评价。其中,研究区西南部新开河系一带水位埋深较浅,含水层结构单一,渗透性强,利于污染物的扩散,对外界污染的敏感性强;研究区敏感度自西南到东北部呈逐级降低的趋势。
4、通过前期地下水水质和水量的长期监测,利用 NAS 法进行健康风险评价:研究区非致癌风险指数>1,表明前进农场地下水不经处理饮用会对人类身体形成潜在危害,危害物质是锰铁离子和氨氮;根据 EPA 标准值前进农场所有水样致癌风险均超标,超标离子为砷离子。
5、沈北新区地下水中的 Fe、Mn 严重超标,砷和与多环芳烃检出率超过饮用水标准,存在潜在风险的;建议该地区加强水资源管理,减少污染,针对特征污染物进行修复。