昆明盆地淺層地下水脆弱性評價

李　蕓，楊秋萍，肖振國

(云南省水文水資源局，云南 昆明 650106)

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昆明盆地淺層地下水脆弱性評價

李蕓，楊秋萍，肖振國

(云南省水文水資源局，云南 昆明 650106)

[摘要]昆明盆地作為云南省經(jīng)濟發(fā)展的重要區(qū)域，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日趨加劇，合理開發(fā)利用和保護地下水成了重要的的問題。采用DRASTIC模型和GIS空間分析技術(shù)，對昆明盆地進行地下水孔隙水、裂隙水和巖溶水脆弱性級別評價，并分析分布情況，為地下水資源的科學(xué)管理提供技術(shù)支撐。

[關(guān)鍵詞]水資源； 脆弱性評價；地下水；DRASTIC模型；昆明盆地

地下水脆弱性反映地下水系統(tǒng)遭受污染的潛在可能性，是國內(nèi)外研究熱點。在國外，美國、前蘇聯(lián)、德國、意大利、法國、捷克、瑞典、保加利亞等許多國家和地區(qū)都開展了廣泛深入的地下水脆弱性研究工作；國內(nèi)地下水脆弱性研究雖起步較晚，上世紀90年代后，才逐步開展此項研究，但北京、廣東、貴州、陜西、重慶和寧夏等省份對轄區(qū)內(nèi)部分區(qū)域地下水脆弱性進行了深入細致的研究。通過地下水脆弱性調(diào)查評價，可評價地下水潛在的易污染性，圈定不同地區(qū)地下水的脆弱程度，以警示人們在開采利用地下水資源的同時，采取有效的防護措施。

云南是一個水資源相對較為豐沛的省份，目前大部分行業(yè)用水主要是地表水，開發(fā)地下水的區(qū)域主要集中在一些經(jīng)濟社會發(fā)展較快的盆地。省會昆明所在的昆明盆地由于經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，加之連年出現(xiàn)的干旱，致使水資源供需矛盾日益加劇，地下水作為一種儲備資源，對于緩解日趨緊張的供需矛盾和維護生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展具有重要的作用。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)狀況以及地下水存儲、運移和排泄的特點，評價分析昆明盆地淺層地下水脆弱性，對該地區(qū)地下水資源的合理開發(fā)、有效保護、高效利用和科學(xué)管理有著重要的現(xiàn)實意義。

1評價區(qū)概況

昆明盆地南北向綿長70 km，東西寬15～20 km，面積1 555 km2。四周群山環(huán)抱，滇池(湖盆)位于盆地西側(cè)，滇池東北及東側(cè)水系發(fā)育,計有20余條河流流入湖盆。 多年平均降水量1 002 mm。冬春兩季(11月至翌年4月)干旱少雨，降水量占全年的10%～17%；夏秋季節(jié)(5月至10)降水量占全年的86%～90%； 多年平均蒸發(fā)量1 900～2 100 mm，蒸發(fā)量大于降水量，山區(qū)蒸發(fā)量隨高程增加而減少。

昆明盆地中的地質(zhì)構(gòu)造大部分隱伏于盆地松散巖之下，以經(jīng)向構(gòu)造為骨干，緯向構(gòu)造次之，北東、北西向構(gòu)造也有發(fā)育。盆地內(nèi)地下水分布嚴格受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地貌條件控制，全區(qū)形成一個以滇池為地表水與地下水最低排泄基準的斷陷盆地。

據(jù)調(diào)查資料，盆地內(nèi)共出露有19個含水層組，劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水3大類、5個亞類。依地下水補、徑、排關(guān)系和富集情況，圈定了5個水文地質(zhì)單元和19個富水塊段。

2地下水脆弱性評價

2.1地下水脆弱性的概念

“地下水脆弱性”一詞的英文表示是：Groundwater vulnerability 或Aquifer contamination potential 或Sensitivity of groundwater to contamination 。1968年，法國學(xué)者Margat在他的文章中首次提出這一術(shù)語。 “地下水脆弱性”是指由于自然條件變化或人類活動影響，地下水遭受破壞的趨向和可能性，它反映了地下水對自然和(或)人類活動影響的應(yīng)付能力，地下水脆弱性一般分為本質(zhì)脆弱性和特殊脆弱性。本質(zhì)脆弱性也稱為固有脆弱性，指在天然狀態(tài)下地下水對污染所表現(xiàn)的內(nèi)部固有的敏感屬性。特殊性脆弱性是指地下水對特定的污染物或人類活動所表現(xiàn)的敏感屬性。它與污染源和人類活動有關(guān)，是動態(tài)、可變和人為可控制的。本文對昆明盆地淺層地下水進行本質(zhì)脆弱性評價。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國越來越重視國土資源的作用，相應(yīng)地也越來越重視財政稅收預(yù)算管理工作的開展。要想提高政稅收預(yù)算管理的科學(xué)合理性，就必須仔細發(fā)現(xiàn)目前其工作中的問題，并對這些問題進行詳細的分析，提出切實可行的應(yīng)對策略，才能使得預(yù)算管理結(jié)構(gòu)更加合理、科學(xué)。

2.2評價方法及模型

昆明盆地淺層地下水脆弱性采用DRASTIC模型進行評價。DRASTIC模型是美國環(huán)境保護局(USEPA)和美國水井協(xié)會(NWWA)綜合了40多位地質(zhì)專家的經(jīng)驗，于1985年合作開發(fā)的。該方法采用7個影響和控制地下水運動的因素，包括地形坡度(T)、凈補給量(R)、土壤介質(zhì)(S)、地下水埋深(D)、包氣帶介質(zhì)(I)、含水層介質(zhì)(H)、含水層滲透系數(shù)(C)，來定量分析各單元的脆弱性高低。評價過程中，將不同的評價因子根據(jù)其值賦以評分，并賦以每個因子權(quán)重。權(quán)重的范圍在1～5之間：對地下水脆弱性最具影響的因子權(quán)重為5；影響最小的權(quán)重為1。采用下式計算地下水脆弱性指數(shù)：

DI=TW×TR+RW×RR+SW×SR+DW×DR+IW×IR+HW×HR+CW×CR

式中：下標(biāo)R因子評分，下標(biāo)W因子權(quán)重。

地形坡度(T)越大，污染物越易隨地表徑流遷移，地下水脆弱性越低，反之則相反。凈補給量(R)對地下水脆弱性具有雙重影響，補給水是淋濾、傳輸污染物的主要載體，入滲水越多，由補給水帶給潛水含水層的污染物越多，地下水脆弱性越高；同時，補給水量足夠大而引起污染物稀釋時，污染可能性降低，地下水脆弱性變低。土壤介質(zhì)(S)的顆粒越小，粘土礦物含量越多，有機質(zhì)含量越高，含水量越高，地下水脆弱性越低，反之則相反。地下水位埋深(D)越大，污染物與包氣帶介質(zhì)接觸的時間就越長，污染物經(jīng)歷的各種反應(yīng)(物理吸附、化學(xué)反應(yīng)、生物降解等)越充分，污染物衰減越顯著，地下水脆弱性越低，反之則相反。包氣帶介質(zhì)(I)粘性土層厚度越大，污染物到達含水層的時間越長，污染物接受稀釋、降解的機會就越大，地下水脆弱性越低，反之則相反。含水層滲透系數(shù)(C)越大，污染物在含水層內(nèi)的遷移速度越快，地下水脆弱性越高，反之則相反。

一旦確定了DRASTIC脆弱性指數(shù)(DI)，就可確定哪些區(qū)域的地下水相對易于污染。具有較高的脆弱性指標(biāo)的區(qū)域，則該區(qū)域的地下水就易于被污染。

2.2.1因子評分指標(biāo)等級劃分及賦值

各項因子的評分指標(biāo)等級劃分及賦值，主要是根據(jù)《區(qū)域淺層地下水脆弱性評價技術(shù)指南》中的相關(guān)規(guī)定，即查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻而定對每個評價指標(biāo)進行全面了解和研究而選定，詳見表1。

表1　淺層地下水脆弱性評價因子評分

2.2.2因子權(quán)重

評價因子權(quán)重取用方法同前述的因子評分指標(biāo)等級劃分及賦值，見表2。

表2　地下水脆弱性評價因子權(quán)重體系

表3　地下水脆弱性評價標(biāo)準

2.2.3評價標(biāo)準

根據(jù)各指標(biāo)的評分和權(quán)重值，可得地下水脆弱性綜合指數(shù)，按表3評價地下水脆弱性的級別。地下水脆弱性綜合指數(shù)越大，脆弱性級別越高，越容易受到污染。

2.2.4評價方法

具體評價時，采用收集評價因子相關(guān)資料、建立評價因子指標(biāo)體系并進行指標(biāo)等級劃分和賦值、確定權(quán)重、應(yīng)用ArcGIS軟件進行數(shù)據(jù)編輯和疊加運算、編制脆弱性評價圖等流程，按照前述評價標(biāo)準進行區(qū)域地下水脆弱性評價。由于各影響因子在昆明盆地內(nèi)是變化的，因此通過相關(guān)資料繪制各影響因子取值的分區(qū)圖，然后應(yīng)用ArcGIS軟件疊加運算區(qū)域地下水脆弱性綜合指數(shù)值(DI)，以評價各區(qū)域的地下水脆弱性。地形坡度(T)分區(qū)圖采用地形等高線繪制；凈補給量(R)分區(qū)圖通過收集區(qū)域水文地質(zhì)資料及降雨量資料，以多年平均降雨量為補給量繪制；土壤介質(zhì)(S)分區(qū)圖根據(jù)本項目鉆孔所取土樣，以及收集到的相關(guān)資料，統(tǒng)計土壤成分、結(jié)構(gòu)、有機質(zhì)含量、粘土礦物含量、透水性、解吸與吸附能力等繪制；地下水位(D)分區(qū)圖根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)鉆孔資料繪制；包氣帶介質(zhì)(I)分區(qū)圖根據(jù)區(qū)內(nèi)包氣帶介質(zhì)類型和水文地質(zhì)圖繪制；含水層介質(zhì)(H)分區(qū)圖根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)圖繪制；含水層滲透系數(shù)(C)分區(qū)圖根據(jù)鉆孔抽水試驗的資料，選擇典型鉆孔抽水試驗資料計算滲透系數(shù)繪制。

3評價結(jié)果

采用GIS空間分析技術(shù)，分析和繪制各評價因子分區(qū)圖(詳見圖1)，通過疊加運算，得昆明盆地淺層地下水脆弱性圖，詳見圖2。從圖2可看出：昆明盆地孔隙水脆弱性總體為中等-較高水平，較高水平位于昆明市主城區(qū)南市區(qū)，中等水平位于主城區(qū)東部和北部。裂隙水脆弱性總體為較低-中等-較高，較低區(qū)域分布在雙龍鄉(xiāng)南、黑林鋪部分地區(qū)及北東區(qū)域，中等和較高區(qū)域分布在昆明市北部的沙朗、茨壩和東部的雙龍、大板橋；影響因子主要是包氣帶介質(zhì)、裂隙發(fā)育程度等因子。巖溶水脆弱性總體為低-較低-較高，較高區(qū)域主要分布在昆明市主城區(qū)的東部大板橋、北部茨壩和西部沙朗及黑林鋪；影響因子主要是包氣帶巖性、包氣帶厚度。

圖1　昆明盆地淺層地下水脆弱性評價因子分區(qū)圖

昆明盆地表層第四系砂礫石含孔隙水，主要靠大氣降水和地表河流補給，昆明市主城區(qū)位于盆地中西部，該區(qū)域地形坡度較緩、地下水位埋深相對較淺，尤其是城區(qū)南部，降雨凈補給量僅為350～400 mm之間(其他區(qū)域在400～600 mm)，孔隙水脆弱性相對較高，這和評價結(jié)果相吻合。裂隙水脆弱性較低區(qū)域分布在盆地邊緣，該區(qū)域由于是盆地邊緣，粘性土層厚度相對較大，地下水脆弱性相對較低；較高區(qū)域分布在盆地中部(昆明市主城區(qū))。巖溶水脆弱性相對較高區(qū)域(昆明市主城區(qū)的東部大板橋、北部茨壩和西部沙朗及黑林鋪)包氣帶巖性為含粉粒和粘粒的砂礫石，粘性土層厚度相對較小，地下水脆弱性相對較高。總之，本次評價成果，昆明盆地孔隙水、裂隙水和巖溶水脆弱性相對較高區(qū)域大部分位于盆地中西部的昆明市主城區(qū)內(nèi)。

圖2　昆明盆地淺層地下水脆弱性圖

4結(jié)語

在昆明盆地，尤其是昆明市主城區(qū)，大部分區(qū)域的地下水屬于容易污染的脆弱性中等-較高區(qū)域，地下水抵御污染能力較弱，受人類活動干擾變化強力，市區(qū)南部基本上沒有防污能力，而且該區(qū)域內(nèi)一些人口稠密的地區(qū)和工業(yè)企業(yè)周邊，污染還會日益加重。在一些屬于脆弱性中等的區(qū)域，雖然對污染有一定的抵御能力，但如果不采取措施，經(jīng)過長期逐漸聚積的各種污染物延續(xù)性的積累危害，也將加劇地下水資源的保護難度。

因此，為確保昆明盆地地下含水層組不至于失去供水價值，必須盡快有效防止地下水污染。建議：一要對昆明市區(qū)的排污管網(wǎng)體系開展一次全面而深入的調(diào)查，對有破損和陳舊的設(shè)備設(shè)施立即修復(fù)和更換，新城建成區(qū)的排污管網(wǎng)建設(shè)要盡快與污水處理廠貫通，緩解城市污染對下游水環(huán)境的壓力。二要開展大比例尺地下水污染調(diào)查與評價，尤其是針對人口密集區(qū)、潛在污染源分布區(qū)和飲用水水源區(qū)等區(qū)域，摸清現(xiàn)有污染源分布、污染物排放量、污染途徑等，為地下水污染防治做好基礎(chǔ)工作。三要建立地下水飲用水水源風(fēng)險評估機制，對地下水飲用水水源保護區(qū)外，與水源共處同一水文地質(zhì)單元的工業(yè)污染源、垃圾填埋場及加油站等風(fēng)險源實施風(fēng)險等級管理，對有毒有害物質(zhì)進行嚴格管理與控制。四要加強地下水的監(jiān)測，尤其是工業(yè)企業(yè)等污染源分布較為密集的區(qū)域，應(yīng)引導(dǎo)企業(yè)加強污染防護，減少污染物外排進入地下水系統(tǒng)中。五要加強造林工程，加大植被覆蓋率，涵養(yǎng)和凈化水源。

參考文獻

[1]陳美貞,楊世瑜.麗江盆地城市地下水脆弱性評價[J].云南地質(zhì).2006,25(2)：256-266.

[2]中國人民解放軍00939部隊.1/20萬昆明幅區(qū)域水文地質(zhì)普查報告[R].1979.

[收稿日期]2015-03-14

[作者簡介]李蕓(1967-)，女，云南昆明人，高級工程師，主要從事水文水資源方面研究工作。

[中圖分類號]P641.2

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)01-0053-03