2.3 地下水脆弱性

水资源是包括人类在内的一切动植物、微生物赖以生存所不可替代的资源，在当今经济、社会发展中具有举足轻重的地位。但是，由于不合理的开发利用、极端气候变化的影响等，水资源安全性在全球范围内受到威胁。近几十年水资源供需矛盾日益尖锐，许多国家、地区对水的需求已经超过水资源本身所能负荷的程度，由此诱发的部族、国家之间的冲突屡见不鲜，甚至升级为战争。水资源安全性问题引起国内外的普遍关注。

从广义上讲，地球上的水资源是指水圈内水量的总体；狭义而言，是指地表水(河流、湖泊或淡水湿地等的蓄水)和地下水(位于土壤缝隙与岩石中的淡水)构成的淡水资源。自从法国人马尔加(Margat)在1968年首次提出“地下水脆弱性”以后，水资源脆弱性多研究地下水问题[83]。所以，本节只就地下水脆弱性的研究进展进行梳理。

2.3.1 地下水脆弱性研究概述

法国水文地质学家马尔加(Margat)于1968年首次提出了Groundwater Vulnerability (地下水脆弱性，也有学者称之为“地下水环境脆弱性”[84])这一术语，并通过图件来描述地下水对污染的脆弱程度，以此来唤醒人类社会对地下水污染危害性的认识[85]。近年来，随着水问题的日益突出，地下水脆弱性成为水文地质领域的一个新兴热点与前沿问题。从时间维度划分，地下水脆弱性的研究，以1987年为界可以分为两个阶段[86][87][88]。

在1987年以前，学者们把脆弱性当作地下水系统的一种自然属性，多从水文地质本身的内部要素来定义地下水脆弱性[89]；而且认为脆弱性是一个相对概念[90]，即地下水脆弱性是“一个地区的地下水相对于另一个地区的地下水对污染物更脆弱”。

1987年，荷兰“土壤与地下水脆弱性”国际会议召开后，专家们开始将人类活动和污染物等水系统外部要素的影响考虑进来，研究取得了新突破。如福斯特(Foster)认为地下水污染是由含水层本身的脆弱性与人类活动产生的污染负荷造成的[91]。

1993年，美国国家研究院(US National Research Council，简称USNRC)给出了一个被誉为里程碑式的经典定义，成为学术界的主流观点[92]。20世纪90年代以后，地下水的特殊脆弱性成为研究的重点。

国外对地下水脆弱性评价中，普遍使用的主要工具是以DRASTIC模型、GOD模型、SINTACS模型等为代表的迭置指数法[93]，其中由美国环保署开发的侧重于评价地下水对污染脆弱程度的DRASTIC模型在美国、加拿大及南非、欧共体等国家普遍采用。随着GIS技术的完善与普及，研究对象地域空间的不断扩大，国外学者开始应用GIS技术结合污染过程模型评价地下水脆弱性，不仅使评价结果更加形象直观，而且更新周期大为缩短，时效性大为提高[94]。

国内关于地下水脆弱性的研究，始于20世纪90年代中期，一般是针对局部城市或水源地的本质脆弱性展开研究。一度曾以“地下水的易污染性”等代替地下水脆弱性，使用的工具主要是DRASTIC评价方法。如王维琦等(2013)[95]、孟宪萌等(2007)[96]、雷静等(2002)[97]分别运用DRASTIC方法对延吉市河谷地区、济宁市、唐山市平原区地下水的易污性/脆弱性进行的评价。由于GIS技术未能充分运用，许多尚处在脆弱性制图方面[92]。

2.3.2 地下水脆弱性的概念

如前所述，地下水脆弱性研究以1987年“土壤与地下水脆弱性”国际会议为分水岭，形成了两个阶段。

“在自然条件下污染物从地表渗透与扩散到地下水的可能性”，是马尔加(Marget)与阿尔比耐特(Albinet)(1970)最初关于地下水脆弱性的描述[98]，之后，威卢姆森(Villumsen)(1983)，弗拉纳(Vrana)(1984)，克劳科(Klauco)(1987)等学者给出了类似的界定[89]。这其实是将地下水脆弱性概括为一种受地下水系统内部要素影响的自然属性，认为天然地质环境对地下水可以起一定程度的保护作用[99]。

1987年后，界定地下水脆弱性时，人类活动、污染源等外部要素也被纳入研究视野。索托米克瓦(Sotornikova)和弗尔巴(Vrba)(1987)认为水文地质系统脆弱性是系统应对来自系统外部(人类和自然)冲击的能力，而这种冲击会在时间和空间维度上影响系统状态和特征[89]。帕姆奎斯特(Palmquist)(1991)将地下水脆弱性定义为人类活动或污染源作用于地下水而使其遭受污染危险的可能性，而相对于其他因素而言，人类活动对地下水脆弱性起着主要作用[100]。

美国国家研究院(USNRC)(1993)的定义是公认的经典定义[101]，“地下水脆弱性是地下水系统对人类和(或)自然的敏感性，是污染物到达含水层上部某一位置的趋势和可能性”；地下水脆弱性分为本质脆弱性(Intrinsic Vulnerability)和特殊脆弱性(Special Vulnerability)，前者即在天然状态下不考虑人类活动和污染，而只考虑水文地质内部因素的脆弱性，后者即地下水对某一特定污染源或人类活动的脆弱性。随后的地下水脆弱性研究基本都采用这一界定和分类。

2.3.3 地下水脆弱性的内涵

美国国家研究院(USNRC)关于地下水脆弱性的界定及其分类得到了国内外众多学者、机构的认可，对地下水脆弱性的界定虽然或许有所不同，但是其内涵并无实质的区别[86],[87]，争议性比其他领域的脆弱性研究明显要小。

国际水文地质协会(International Association of Hydrogeologists, IAH)在1994年曾提出，地下水脆弱性取决于系统对人类活动和自然干扰的敏感性[102]。戈克(Gogu)等(2000)认为脆弱性就是地下水系统对人类和(或)自然的有效敏感性[103]。

国内学者在研究地下水脆弱性时也给出一些有代表性的提法。付素蓉等(2000)认为，地下水脆弱性是地下水对有碍于其使用价值的人为活动的敏感性，即抵御人为污染的能力，由水文地质、污染物排放条件等因素决定[104]。姜桂华(2002)认为[105]，地下水脆弱性就是地下水系统在自然条件或(和)人为活动的影响下产生潜在不良后果的可能性(倾向性)。陈攀等(2007)将地下水资源脆弱性概括为[106]，特定地域天然或人为的地下水资源系统在服务于生态经济系统的生产、生活、生态功能过程中，或者在抵御污染、自然灾害等不良后果出现过程中所表现出来的适应性或敏感性。夏军等(2012)在分析概括水资源(包括地下水)系统脆弱性时指出，水资源脆弱性是由其内部结构和特征所决定的内在属性，包括水资源系统对外来影响的敏感性和适应性，其中敏感性指水资源系统遭受破坏后系统所产生的变化，适应性包括水资源系统对外部驱动的适应能力和系统遭受破坏后的恢复能力；脆弱性的影响因素来自自然环境和社会经济，各种影响因素对不同尺度、空间分布的水资源系统的脆弱性影响程度不同[107],[108]。谢轶等(2012)认为[109]，地下水脆弱性是综合反映了系统对人类活动和(或)自然冲击(特别是污染物)所产生不利影响的敏感程度和应变能力，是一个不可衡量的相对属性值。

由此可以发现，地下水脆弱性被视为地下水系统的一种属性，而对这种属性的研究同样也已经突破了地下水系统本身，来自系统外部的人类活动和污染源等被纳入到研究范畴内。地下水脆弱性和敏感性、适应能力以及恢复能力等有着密切的联系，暴露性基本未被考虑。