基于改進(jìn)DRASTIC方法的淮河流域平原區(qū)淺層地下水特殊脆弱性評價(jià)研究

喻光曄　阮曉紅　王　津

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基于改進(jìn)DRASTIC方法的淮河流域平原區(qū)淺層地下水特殊脆弱性評價(jià)研究

喻光曄阮曉紅王津

一、前言

淮河流域平原區(qū)地表水資源相對匱乏且大多存在污染問題，近年來流域內(nèi)平原淺層地下水開采利用率約為60%～70%。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水面臨著水質(zhì)污染的威脅。開展淮河流域平原區(qū)淺層地下水脆弱性評價(jià)可為該地區(qū)的地下水資源保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、地下水脆弱性評價(jià)研究概況

地下水脆弱性表示地下水系統(tǒng)容易遭受污染的可能性。國外于20世紀(jì)70年代開展了對地下水脆弱性評價(jià)的研究，80年代后許多國家和地區(qū)開展了廣泛深入的研究工作。地下水脆弱性評價(jià)方法主要有迭置指數(shù)法、過程數(shù)學(xué)模擬法、統(tǒng)計(jì)方法和模糊數(shù)學(xué)方法等。美國環(huán)境保護(hù)局1987年提出的DRASTIC模型應(yīng)用最為廣泛。1993年美國環(huán)保局（USEPA）和國際水文地質(zhì)協(xié)會(huì)（IAH）將地下水脆弱性分為本質(zhì)脆弱性與特殊脆弱性兩類：本質(zhì)脆弱性評價(jià)不考慮人類活動(dòng)和污染源而只是考慮水文地質(zhì)內(nèi)部因素的脆弱性；地下水特殊脆弱性，指地下水對某以特定類型污染源和污染群體或人類活動(dòng)的脆弱性。我國于20世紀(jì)90年代起逐步開展的DRASTIC方法評價(jià)地下水本質(zhì)脆弱性評價(jià)，其評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重如表1所示。

由于淮河流域平原區(qū)人口密集、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)劇烈、地下水開發(fā)利用程度高等特定，應(yīng)開展地下水的特殊脆弱性評價(jià)。本文在DRASTIC本質(zhì)脆弱性評價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合淮河流域平原區(qū)特點(diǎn)增、刪部分評價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法（AHP方法）確定指標(biāo)權(quán)重，建立了淮河流域平原區(qū)淺層地下水特殊脆弱性評價(jià)體系，并繪制淺層地下水特殊脆弱性分區(qū)圖。

圖1　AHP特殊脆弱性評價(jià)指標(biāo)層次示意圖

表1　DRASTIC本質(zhì)脆弱性評價(jià)方法指標(biāo)及權(quán)重表

表2　指標(biāo)層總層次權(quán)重排序表

三、特殊脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.評價(jià)指標(biāo)體系

（1）地下水埋深（Depth toWater）

地下水埋深反映了污染物從地表通過包氣帶到達(dá)地下水的距離，決定地表污染物到達(dá)含水層之前所經(jīng)歷的各種水文地球化學(xué)過程。地下水埋深越大，地下水脆弱性越低，反之則相反。

（2）凈補(bǔ)給量（Net Recharge）

凈補(bǔ)給量為特定時(shí)間內(nèi)單位面積上通過包氣帶進(jìn)入含水層到達(dá)地下水水位的水量，通常以年凈補(bǔ)給量表示。凈補(bǔ)給量越大，污染物進(jìn)入到地下水中的可能性越高，地下水脆弱性越高，反之則相反。

（3）含水層介質(zhì)（Aquifer Media）

含水層對地下水脆弱性影響的表征指標(biāo)包括巖性、厚度、滲透系數(shù)、富水性等，其中含水層富水性反映了地下水綜合含水量、給水能力強(qiáng)弱，富水性越強(qiáng)地下水脆弱性就越高，反之則相反。

（4）土壤介質(zhì)（Soil）

土壤介質(zhì)影響滲入地下水的補(bǔ)給量和污染物垂直進(jìn)入包氣帶的能力。土壤顆粒越小，粘土礦物含量越多，有機(jī)質(zhì)含量越高，地下水脆弱性越低，反之則相反。

（5）河網(wǎng)密度（Drainage Density）

單位流域面積上的河流總長度稱為河網(wǎng)密度。河網(wǎng)密度越大，地下水脆弱性越高，反之則相反。由于評價(jià)區(qū)域?yàn)槠皆瓍^(qū)，地形坡度（Topography）指標(biāo)反應(yīng)地形變化特點(diǎn)不顯著，故刪除地形坡度指標(biāo)，采用河網(wǎng)密度指標(biāo)表征。

（6）包氣帶介質(zhì)影響（Impact of the Vadose Zone）

包氣帶介質(zhì)的類型決定著土壤層和含水層之間介質(zhì)對污染物的削減特性。巖性顆粒越細(xì)、粘粒顆粒占比越高，其滲透性越差，吸附凈化能力越強(qiáng)，地下水脆弱性越低，反之則越高。

（7）含水層滲透系數(shù)（Aquifer Hydraulic Conductivity）

含水層滲透系數(shù)反映含水層介質(zhì)的滲透性和水力傳輸性能，在一定水力梯度下，滲透系數(shù)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。

（8）土地利用類型（Land Use）

農(nóng)業(yè)用地的地下水中氮磷污染物濃度高于其他區(qū)域，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖場分布區(qū)尤其明顯，平地水田與旱地水澆田的污染物淋溶流失特征各異。通過土地利用的狀況反映出地下水特殊脆弱性中污染負(fù)荷影響。

（9）地下水開采系數(shù)（Mining Coefficient）

開采系數(shù)越大，地表至含水層間的水動(dòng)力條件將發(fā)生改變。因此地下水開采系數(shù)指標(biāo)能反映出人類活動(dòng)對污染物遷移的驅(qū)動(dòng)影響。

2.指標(biāo)等級評分和權(quán)重

本文中采用結(jié)合模糊評價(jià)判斷矩陣的層次分析法確定特殊脆弱性評價(jià)指標(biāo)之間的相對重要性關(guān)系，關(guān)系圖見圖1。

依據(jù)層次分析法結(jié)合模糊評價(jià)判斷矩陣計(jì)算各指標(biāo)相對權(quán)重見表2。

分別建立各評價(jià)指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)范圍及評分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3　各評價(jià)指標(biāo)的范圍和評分表

表4　地下水特殊脆弱性分級及各等級占比表

四、評價(jià)結(jié)果

將淮北平原區(qū)劃分為2km×2km的單元，對單元上各評價(jià)因子賦值，按照各個(gè)因子的權(quán)重值進(jìn)行指標(biāo)層疊加分析，得到淺層地下水特殊脆弱性綜合分布圖。綜合脆弱性指數(shù)E計(jì)算公式如下

式中：E—特殊脆弱性綜合指數(shù)；

Pi—單元柵格單項(xiàng)指標(biāo)賦分；

Wi—對應(yīng)指標(biāo)權(quán)重。

通過疊加分析得到淺層地下水特殊脆弱性指數(shù)區(qū)間為61～152，用自然間斷分級法分為脆弱性低（61～92）、較低（93～102）、中等（103～110）、較高（111～129）、高（120～152）五級，具體分布如表4。評價(jià)結(jié)果顯示：

（1）淮河流域平原區(qū)特殊脆弱性的分布總體呈現(xiàn)北高南低，近河部分高，遠(yuǎn)河部分低，山丘區(qū)高，平原區(qū)低的趨勢，主要原因?yàn)檠睾庸炔糠謨粞a(bǔ)給量值較大、土壤及包氣帶介質(zhì)顆粒相對較粗，含水層富水性較好，導(dǎo)致總體特殊脆弱性較高。

（2）東部沖積區(qū)、沖積海積區(qū)以及沿高郵湖、洪澤湖周圍脆弱性較低區(qū)域主要土壤質(zhì)地粘重、包氣帶顆粒較細(xì)，存在部分低緩坡地，地下水埋深相對較深，總體脆弱性指數(shù)相對較低。沿海部分區(qū)域由于凈補(bǔ)給量較大造成脆弱性指數(shù)高。

五、結(jié)語

本文利用改進(jìn)的DRASTIC方法評價(jià)了淮河流域平原區(qū)淺層地下水特殊脆弱性，該方法相對較好地符合了研究區(qū)實(shí)際狀況，選定的評價(jià)指標(biāo)能較好地反映影響地下水水質(zhì)的主要因素。得到的淺層地下水脆弱性分布圖，對今后該地區(qū)制訂地下水資源管理、土地利用、環(huán)境保護(hù)及城市規(guī)劃等政策措施具有參考價(jià)值■

（作者單位：淮河水資源保護(hù)科學(xué)研究所233000南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院210000江蘇省太湖地區(qū)水利工程管理處215128）