基于GIS葉爾羌河流域地下水防污性能評(píng)價(jià)

馮加遠(yuǎn)，劉博榕

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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基于GIS葉爾羌河流域地下水防污性能評(píng)價(jià)

馮加遠(yuǎn)，劉博榕

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]地下水防污性能反映地下水系統(tǒng)天然防護(hù)能力，可以為土地利用規(guī)劃、地下水防治區(qū)劃、地下水污染風(fēng)險(xiǎn)等提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)合葉爾羌河流域的水文地質(zhì)條件，對(duì)DRASTIC評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了改善，建立了符合葉爾羌河流域的DRASTIC價(jià)模型。該模型由地下水埋深、渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)、含水層巖性、地下水富水性、包氣帶介質(zhì)等5個(gè)因子組成，應(yīng)用GIS技術(shù)各因子加權(quán)疊加的綜合指數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分，得到葉爾羌河流域地下水防污性能評(píng)價(jià)圖。該模型的評(píng)價(jià)結(jié)果客觀科學(xué)，能有效的為地下水保護(hù)、治理及資源管理部門服務(wù)。

[關(guān)鍵詞]地下水防污性能；DRASTIC評(píng)價(jià)模型；評(píng)價(jià)方法；GIS技術(shù)

葉爾羌河流域位于祖國(guó)西部邊陲的新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣，地跨喀什、和田、克孜勒蘇柯爾克孜自治州及阿克蘇等四個(gè)地區(qū)九個(gè)縣，是新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)最大的灌區(qū)。一個(gè)區(qū)域的防污性能的好差與區(qū)域的地形、氣候、上覆土層和巖層性質(zhì)、含水層性質(zhì)等有著密切相關(guān)的聯(lián)系。本文根據(jù)葉爾羌河流域的特殊的地理位置和水文特征，對(duì)DRASTIC評(píng)價(jià)方法進(jìn)行改造，選取適合葉爾羌河流域的的評(píng)價(jià)因子，建立相應(yīng)的評(píng)分和權(quán)重體系，建立適合該地區(qū)實(shí)際狀況的評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合GIS方法對(duì)該地區(qū)淺層地下水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[1,2,3]。

1水文地質(zhì)概況

葉爾羌流域的南部高山區(qū)為終年積雪的昆侖山，大量的冰雪融水為廣大的北部平原提供了充沛的地表水、地下水水源。流域內(nèi)發(fā)育了貫穿全區(qū)的長(zhǎng)1 179 km的葉爾羌河，及終結(jié)于平原上部的提孜那甫河、烏魯克河、柯克亞河，構(gòu)成了流域的主要河流網(wǎng)，平均每年為平原區(qū)輸送豐富的地表水資源?？v橫交錯(cuò)的灌溉系統(tǒng)為平原區(qū)地下水的轉(zhuǎn)化提供了充分有力的保證。

南部高中山區(qū)的基巖構(gòu)造裂隙水，含水層主要由元古界、古生界和中生界的變質(zhì)巖、石灰?guī)r、砂巖及砂礫巖所組成，該區(qū)地層經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其節(jié)理裂隙發(fā)育，基巖裸露，大氣降水和地表水直接沿裂隙下滲轉(zhuǎn)化為地下水。

南部的低山丘陵是由一系列近東西向背斜組成，含水層主要為弱透水的第三紀(jì)砂泥巖與下更新統(tǒng)礫巖，地下水除接受微弱的大氣降水與地表水入滲外主要接受來(lái)自高中山區(qū)地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，賦存于裂隙、孔隙之中，形成碎屑巖裂隙孔隙水。

葉爾羌河沖積平原堆積的巨厚的第四紀(jì)松散層為平原區(qū)地下水賦存和運(yùn)移提供了良好的空間。受構(gòu)造、地形控制，洪積扇前緣地下水以泉群的形式溢出地表，廣大的平原區(qū)受干旱氣候所至地下水以蒸騰、蒸發(fā)的形式進(jìn)行排泄。

2葉爾羌河流域地下水防污性能評(píng)價(jià)

由于區(qū)域地下水文地質(zhì)的差異，在評(píng)價(jià)研究區(qū)域并不能照搬DRAMTIC評(píng)價(jià)模型將，要根據(jù)區(qū)域的具體情況，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有成功的案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合葉爾羌河流域的水文地質(zhì)特性，選取符合葉爾羌河流域的地下水防污性能DRAMTIC評(píng)價(jià)模型因子[4]。

2.1評(píng)價(jià)因子的選取

DRASTIC模型7個(gè)評(píng)價(jià)因子分別為：地下水埋深、凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)、土壤類型、地形坡度、包氣帶介質(zhì)以及含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)。由于葉爾羌河流域具有特殊水文地質(zhì)及自然地理?xiàng)l件以及實(shí)測(cè)資料獲得的難易程度與準(zhǔn)確度，共選擇5個(gè)影響地下水防污性能的因子：地下水埋深、渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)、含水層介質(zhì)、含水層富水性、包氣帶介質(zhì)。

地下水位埋深是對(duì)地下水防污性能影響程度最大的因子之一。由于地下水位埋深決定著污染物到達(dá)含水層之前傳輸媒介材料的深度，以及有助于確定與周圍介質(zhì)接觸的時(shí)間，并且提供了污染物與大氣中的氧接觸致使其氧化的最大機(jī)會(huì)[5]。

凈補(bǔ)給量為單位面積內(nèi)通過(guò)地表下滲到達(dá)地下水水位的水量。補(bǔ)給水是污染物向地下水運(yùn)移的主要載體，一方面控制著污染物的傳輸，同時(shí)對(duì)污染物有著有著稀釋的作用，但這個(gè)量很難準(zhǔn)確獲得。葉爾羌河流域地下水的凈補(bǔ)給主要來(lái)源于渠系入滲補(bǔ)給量。因此，選取渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)來(lái)代替凈補(bǔ)量這一因子對(duì)葉爾羌河流域地下水防污性能評(píng)價(jià)中的影響。

包氣帶是指潛水位以上的非飽水帶，它應(yīng)該包括土壤層。由此可見，DRASTIC模型中的土壤類型和包氣帶介質(zhì)這兩個(gè)因子描述的內(nèi)容很相近，應(yīng)該把這兩個(gè)因子合并成一個(gè)用于評(píng)價(jià)葉爾羌河流域淺層地下水天然防污性能才比較合理。

含水層介質(zhì)和含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)這兩個(gè)因子是重復(fù)因子，主要影響污染物在含水層遷移的難易程度，但含水層介質(zhì)的資料獲取易于含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)，所以，選取含水層介質(zhì)作為防污性能評(píng)價(jià)因子。

另外考慮到調(diào)查區(qū)內(nèi)含水層富水程度能更好的反映地下水的資源特性，即：葉爾羌河流域的地下水富水地段都是居民聚集地區(qū)，防污性能的好差影響當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩?，居民聚集地區(qū)的防污性能的評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。因此，選取含水層的富水性作為地下水污染防污性能的評(píng)價(jià)因子。

2.2評(píng)價(jià)因子評(píng)分與權(quán)重體系

本文就已選擇的5個(gè)評(píng)價(jià)因子的各個(gè)要素進(jìn)行賦值，賦值越大，地下水防污性能越差。每個(gè)要素賦值范圍1～10之間，根據(jù)野外實(shí)際調(diào)查和以前的資料，并結(jié)合美國(guó)環(huán)保總署規(guī)定了每個(gè)要素的賦值標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)給每個(gè)要素分配一個(gè)權(quán)重值，其范圍為1～5，權(quán)重值的大小反映了該要素對(duì)地下水防污性能的貢獻(xiàn)程度，權(quán)重越大，表示該指標(biāo)對(duì)地下水污染的相對(duì)影響越大。建立本模型的評(píng)分體系(表1)與權(quán)重體系(表2)。

2.3地下水防污性能綜合指數(shù)計(jì)算方法

利用GIS技術(shù)的空間分析功能對(duì)各評(píng)價(jià)因子評(píng)分及權(quán)重體系進(jìn)行圖層間的疊加合并分析，不同水文特征的地區(qū)，防污性能綜合指數(shù)也不同，表明防污性能的不同，根據(jù)防污性能綜合指數(shù)完成地下水防污性能分區(qū)[6]。

地下水防污性能綜合指數(shù)是選取的5個(gè)評(píng)價(jià)因子賦值的加權(quán)乘積和，由下式計(jì)算：

DRASTIC=DWDR+RWRR+MWMR+AWAR+TWTR

式中：下標(biāo)R代表各要素的賦值，下標(biāo)W代表各要素的權(quán)重值。

表1　DRASTIC模型評(píng)分體系

2.4地下水防污性能評(píng)價(jià)結(jié)果

應(yīng)用上述建立的DRAMTIC評(píng)價(jià)模型，計(jì)算的防污性能綜合指數(shù)最小值為74，最大值為164，為方便分級(jí)，將理論值進(jìn)行折算，折算系數(shù)=1/1.64，即折算后的指數(shù)范圍為45.73～100，根據(jù)折算后的防污性能指數(shù)大小由高到低，劃分為三個(gè)級(jí)別(表3)：防污性能差、防污性能較差、防污性能中等。

表2　DRASTI模型權(quán)重體系

表3　地下水防污性能分級(jí)

從葉爾羌河流域地下水防污性能分區(qū)圖上可以看出：葉爾羌河流域在莎車縣以北防污性能由葉爾羌河兩側(cè)至兩側(cè)沙漠區(qū)呈現(xiàn)逐漸變好的趨勢(shì)；莎車縣以南由丘陵區(qū)至平原區(qū)，防污性能逐漸變好，其變化特征與調(diào)查區(qū)內(nèi)地形地貌、地質(zhì)及水文地質(zhì)的變化情況一致。

防污性能差的區(qū)域：主要分布在莎車縣以北葉爾羌河兩側(cè)平原區(qū)和南部丘陵區(qū)，莎車縣以北平原區(qū)地下水位埋深較淺，基本都在10 m以內(nèi)，包氣帶巖性為中細(xì)砂，灌溉渠系密布，農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)；南部丘陵區(qū)地下水埋深基本都在20 m左右，包氣帶巖性為砂礫石，顆粒粗，天然防護(hù)能力差，地表水體及污染物的垂向滲透能力強(qiáng)，潛水含水層滲透系數(shù)大，污染物極易擴(kuò)散，地下水最容易被污染。

防污性能較差的區(qū)域：主要分布在莎車縣以北平原區(qū)與沙漠區(qū)的過(guò)渡地帶和莎車縣以南的大部分平原地區(qū)，這些區(qū)域地下水埋深較深，包氣帶為中細(xì)砂，灌溉渠系較少，富水性較差，防污性能較莎車縣以北平原區(qū)好。

防污性能中等區(qū)域：主要分布在澤普縣東部至葉城縣一帶小部分區(qū)域，這些區(qū)域包氣帶巖性為亞砂土，顆粒較細(xì)，天然防護(hù)能力較好，污染物垂向滲透能力差。

3結(jié)語(yǔ)

參照DRASTIC方法的思路，制定的研究區(qū)地下水防污性能評(píng)價(jià)方法經(jīng)檢驗(yàn)比較好地反映了葉爾羌河流域的實(shí)際情況?；贕IS技術(shù)得到的防污性能分區(qū)圖對(duì)該地區(qū)制定地下水污染防治措施具有現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。所以，還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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[2]姜桂華.地下水脆弱性研究進(jìn)展[J].世界地質(zhì).2002，21(1)：33-38.

[3]李輝，等.湛江市淺層地下水防污性能評(píng)價(jià)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào).2006，27(4)，98-100.

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[6]. 楊慶,欒茂田.地下水易污性評(píng)價(jià)方法- DRASTIC指標(biāo)體系[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).1999,(2):4-9.

[收稿日期]2015-09-28

[作者簡(jiǎn)介]馮加遠(yuǎn)(1989-)，男，山東臨沂人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文地質(zhì)和工程地質(zhì)。

[中圖分類號(hào)]X143

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0085-02