貴州省開陽縣光生壩地下河系統(tǒng)地下水脆弱性評價

焦恒，王若帆，江峰，易瑞

貴州省開陽縣光生壩地下河系統(tǒng)地下水脆弱性評價

焦恒，王若帆，江峰，易瑞

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000）

本文結(jié)合開陽縣地下水系統(tǒng)情況，以地下河為單元，采用層次分析法，取固有脆弱性以巖石地層（R）、含水介質(zhì)類型（W）、巖溶類型（K）、巖溶發(fā)育程度（D）、地形地貌（T）、土層厚度（S）、植被覆蓋率（V）因子進行分值量化;在固有脆弱性評價的基礎(chǔ)上增加人為工程活動程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）作為評價因子，對該區(qū)地下水的固有脆弱性和特殊脆弱性進行了綜合評價。評價結(jié)果為該區(qū)域地下水開發(fā)利用和保護提供有價值的參考依據(jù)。

地下水脆弱性；層次分析法；評價因子；開陽縣

開陽縣位于黔中腹地，總面積2026km2。具有“喀斯特生態(tài)世界公園”的美譽，是全國首個循環(huán)經(jīng)濟磷煤化工生態(tài)工業(yè)示范基地縣和貴州省經(jīng)濟強縣。2019年開陽縣政府堅持生態(tài)優(yōu)先，努力實現(xiàn)百姓富、生態(tài)美的統(tǒng)一目標。

表1 各評價因子評分表

近年來地下水問題嚴重制約該區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，開展地下水脆弱性評價，進行地下水脆弱性分區(qū)，可供決策管理者制訂地下水管理戰(zhàn)略參考。

1 研究區(qū)的地質(zhì)背景

光生壩地下河系統(tǒng)（王若帆等，2020）位于貴州省開陽縣，地下河系統(tǒng)西側(cè)、南側(cè)及北側(cè)均以地表分水嶺為界，南東側(cè)以寒武系第二統(tǒng)金頂山組（∈2）頂界為界，北東側(cè)以地表分水嶺為界，構(gòu)成相對獨立地下河系統(tǒng)（圖1）。

地質(zhì)構(gòu)造主要為近南北向石頭寨斷層及受構(gòu)造作用發(fā)育的橫張、縱張裂隙發(fā)育。

碳酸鹽巖含水巖組包括：Pt33b∈1、∈23、∈2、∈3、∈3、∈3-4O1、P2。其中：Pt33b∈1、∈3、∈3、∈3-4O1巖性以白云巖為主，含水介質(zhì)發(fā)育溶孔、溶隙，含水較均勻，富水性中等；∈23、∈2、P2巖性以石灰?guī)r為主，含水介質(zhì)發(fā)育裂隙、溶洞、管道為主，含水極不均勻，富水性強?；鶐r裂隙含水巖組包括：∈1-2、∈21、∈22、∈2、P2，含水介質(zhì)以風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙為主，含水較均勻，富水性弱－貧乏，分布在補給區(qū)。

系統(tǒng)內(nèi)總體地勢南西高北東低，地貌類型為峰叢溝谷，地形起伏大，相對高差100～300m，溝谷多呈南西-北東展布。該系統(tǒng)為裸露型開放式地下河系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)地下水主要接受南西、西側(cè)一帶大氣降水匯流成地表溪溝注入伏流入口（K245、K246）、落水洞（K233、K236）補給地下水，受地形展布方向及近南北向橫張節(jié)理控制，地下水總體由西向東沿地下河管道徑流，受北西-南東向溝谷切割于光生壩（S1192）一帶以地下河出口的形式出露于地表。

圖1 光生壩地下河系統(tǒng)水文地質(zhì)略圖

1.地下河管道及出口（左：編號，右上：流量L/s：右下：高程m）；2.受污染的地下河管道及出口；3.下降泉；4.表層巖溶泉；5.地下水開采井；6.熱響應(yīng)試驗孔；7.伏流入口；8.有水落水洞；9.落水洞；10.巖溶洼地；11.污水處理廠；12.斷層；13.地質(zhì)界線及地層代號；14.富水塊段及編號；15.地下水流向

2 研究區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)條件

2.1 地球化學(xué)背景

地下水主要賦存于Pt33b∈1、∈23、∈2、∈3、∈3、∈3-4O1、P2地層中，巖性以灰?guī)r（CaCO3）、白云巖（MgCO3）為主，SiO2、Al2O3等成分含量極少；地下水化學(xué)組份在圖內(nèi)相對單一，陽離子以Ca2+、Mg2+，陰離子以HCO3-為主；其他重金屬元素及有毒、有害組分含量極少（吉勤克補子和李強，2020）。

2.2 環(huán)境地質(zhì)背景

調(diào)查發(fā)現(xiàn)南西側(cè)開陽縣城城區(qū)生活污水通過排污管道送至H139號及H144號污水處理廠處理后排放。訪問H139號污水處理廠處理能力有限，暴雨季節(jié)，雨、污水混合通過K245、K246號伏流入口污染該區(qū)地下水。

3 地下水脆弱性評價

按中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布《地下水脆弱性評價技術(shù)要求》（GWI-D3），地下水脆弱性是指地下水系統(tǒng)對人類（或）自然的敏感性。一般分為固有脆弱性和特殊脆弱性（孫才志和潘俊，1999；孫才志和林山杉，2001；雷靜，2002；范琦等，2007；郭曉靜等，2010）。

固有脆弱性是指在天然狀態(tài)下含水層對污染所表現(xiàn)內(nèi)部固有的敏感性。不考慮污染源或污染物的性質(zhì)和類型，是靜態(tài)、不可變和人為不可控的。

表2 層次分析法（AHP）評價表

特殊脆弱性是指含水層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段，是動態(tài)、可變和人為可控制的。

3.1 評價方法

1）固有脆弱性根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)巖性分布情況及水文地質(zhì)特征對系統(tǒng)進行分區(qū)，以巖石地層（R）、含水介質(zhì)類型（W）、巖溶類型（K）、巖溶發(fā)育程度（D）、地形地貌（T）、土層厚度（S）、植被覆蓋率（V）進行分值量化。特殊脆弱性評價是在固有脆弱性評價的基礎(chǔ)上增加人為工程活動程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）作為評價因子（江峰等，2021）。

2）采用層次分析法（AHP）確定評價因子的權(quán)重。

3）建立符合工作區(qū)實際的地下水環(huán)境脆弱性模型。模型采用下式：

表3 固有脆弱性層次分析法（AHP）各評價因子權(quán)重分配表

表4 特殊脆弱性層次分析法（AHP）各評價因子權(quán)重分配表

評價因子RWKDTSVEPC 權(quán)重0.100.090.080.120.070.100.070.120.130.11

DI為脆弱性綜合指數(shù)；R、W、K等為上述評價因子；角標為各評價因子權(quán)重；角標為各評價因子量化分值。

3.2 評價因子量化

將巖石地層（R）、含水介質(zhì)類型（W）、巖溶類型（K）、巖溶發(fā)育程度（D）、地形地貌（T）、土層厚度（S）、植被覆蓋率（V）、人為工程活動程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）評價因子，按照[1,5]之間的整數(shù)取分值。詳見表1。

3.3 評價指標權(quán)重計算

本次評價采用層次分析法（AHP）來確定評價指標的權(quán)重（表2）。

先將矩陣A按列求和并進行歸一化處理，得到矩陣B；再將矩陣B按行求和得到矩陣V，將矩陣V進行歸一化處理得到矩陣W，矩陣W既為各影響因子權(quán)重，見表3、表4。

判斷矩陣的一致性檢驗：所謂一致性是指判斷思維的邏輯一致性。采用一致性比率（式2）進行驗證。

表5 地下水環(huán)境脆弱性等級劃分一覽表

表6 地下水特殊脆弱性等級劃分一覽表

CR為一致性比率；CI為一致性指標（采用式（3）計算）；RI為隨機一次性指標。

CI為一致性指標；λ為最大特征根的特征向量；為階數(shù)。

根據(jù)計算得：當(dāng)CR＜0.1時，A的不一致程度在容許范圍內(nèi)，稀釋可用A的特征向量作為權(quán)向量。

3.4 地下水環(huán)境脆弱性等級劃分

本次參照《地下水脆弱性評價技術(shù)要求》（GWI-D3）對地下水的脆弱性劃分結(jié)果結(jié)合工作區(qū)實際情況，將工作區(qū)地下水環(huán)境脆弱性劃分為五個等級，即：脆弱性很低（很難污染）、脆弱性較低（較難污染）、脆弱性較高低（較易污染）、脆弱性很高（很易污染）、脆弱性極高（極易污染），見表5、表6。

3.5 地下水固有脆弱性評價

1）系統(tǒng)內(nèi)亞區(qū)分區(qū)

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的巖性特征、水文地質(zhì)條件等，將光生壩地下河系統(tǒng)分為3個亞區(qū)，即：石灰?guī)r分布區(qū)（A1）、白云巖分布區(qū)（A2）、碎屑巖分布區(qū)（A3），分區(qū)依據(jù)見表7。

表7 光生壩地下河系統(tǒng)地下水環(huán)境脆弱性分區(qū)一覽表

2）脆弱性評價

按上述分區(qū)結(jié)果及評價方法，對各個分區(qū)評價因子賦分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表6進行評價，具體評價結(jié)果見表8、圖2。

圖2 光生壩地下河系統(tǒng)固有脆弱性評價分區(qū)圖

1.脆弱性極高(極易污染)；2.脆弱性很高(很易污染)；3.脆弱性較高(較易污染)；4.脆弱性很低(很難污染)；5.脆弱性分區(qū)界線及代碼；6.地下河管道及出口；7.受污染的地下河管道及出口；8.下降泉；9.表層巖溶泉；10.地下水開采井；11.伏流入口；12.落水洞；13.污水處理廠

3.6 系統(tǒng)內(nèi)特殊脆弱性評價

1）系統(tǒng)內(nèi)分區(qū)

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的巖性特征、水文地質(zhì)條件等，將光生壩地下河系統(tǒng)分為3個亞區(qū)，在根據(jù)污染源分布情況進一步分亞區(qū)，分區(qū)依據(jù)見表9。

2）脆弱性評價

按上述分區(qū)結(jié)果及評價方法，對各個分區(qū)評價因子賦分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表7進行評價，具體評價結(jié)果見表10、圖3。

4 結(jié)論

根據(jù)開陽縣光生壩地下河系統(tǒng)情況，選擇10個指標因子，采用層次分析法對地下水脆弱性進行評價，地下水脆弱性分布圖較好反映了研究區(qū)實際情況，評價脆弱性為很高或極高的地區(qū)是污染相對嚴重地區(qū)。具有一定的相關(guān)性。

結(jié)果中，光生壩地下河系統(tǒng)劃分為3個亞區(qū)：石灰?guī)r分布區(qū)（A1）、白云巖分布區(qū)（A2）、碎屑巖分布區(qū)（A3），僅與巖性相關(guān)，未反映“地下河系統(tǒng)”徑流特征；未結(jié)合隨地下河流動污染物彌散擴散機理進行評價。是今后值得深入研究方面。

圖3 光生壩地下河系統(tǒng)特殊脆弱性評價分區(qū)圖

1.脆弱性極高(極易污染) 2.脆弱性很高(很易污染) 3.脆弱性較高(較易污染) 4.脆弱性很低(很難污染) 5.脆弱性分區(qū)界線及代碼 6.地下河管道及出口 7.受污染的地下河管道及出口 8.下降泉 9.表層巖溶泉 10.地下水開采井 11.伏流入口 12.落水洞 13.污水處理廠

表8 光生壩地下河系統(tǒng)地下水環(huán)境脆弱性評價分區(qū)一覽表

表9 光生壩地下河系統(tǒng)特殊脆弱性分區(qū)一覽表

表10 光生壩地下河系統(tǒng)特殊脆弱性評價分區(qū)一覽表

王若帆，趙翠，焦恒，江峰．2020．貴州省1：5萬水文地質(zhì)調(diào)查成果報告養(yǎng)龍司幅（G48E005020）、開陽縣幅（G48E006020）[R]．

吉勤克補子，李強．2020．貴州息烽溫泉水文地球化學(xué)特征及地質(zhì)成因研究[J]．四川地質(zhì)學(xué)報，40(3)：434-438.

孫才志，潘?。?999．地下水脆弱性的概念、評價方法與研究前景[J]．水科學(xué)進展， 10(4)： 444-449.

孫才志，林山杉．2001．地下水脆弱性概念的發(fā)展過程與評價現(xiàn)狀及研究前景[J] ．吉林地質(zhì)，19(1)：30-36.

雷靜．2002．地下水環(huán)境脆弱性的研究[D]．北京：清華大學(xué)．

范琦，王貴玲，藺文靜，陳浩．2007．地下水脆弱性評價方法的探討及實例[J]．水利學(xué)報， 38(5)：601-605.

郭曉靜，周金龍，靳孟貴，卜新峰． 2010．地下水脆弱性研究綜述[J]．地下水， 32(3)：1-5.

江峰，劉漢武， 吉勤克補子，王若帆，焦恒．2021．單因子水質(zhì)標識指數(shù)法在貴州省洋水河流域地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J]．四川地質(zhì)學(xué)報， 41(1)：151-153+176.

Groundwater Vulnerability Assessment of the Guangshengba Underground River System in Kaiyang, Guizhou

JIAO Heng WANG Ruo-fan JIANG Feng YI Rui

(The 114th Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

This paper evaluates comprehensively the inherent vulnerability and special vulnerability of groundwater of the Guangshengba underground river system in Kaiyang, Guizhou by means of analytic hierarchy process and evaluation factors such as lithostratigraphy (R), aqueous media type (W), karst type (K), degree of karstification development (D),topography and geomorphology (T), soil thickness (S) vegetation coverage (V),degree of engineering activity (E) , pollution source (P) and population density (C).

vulnerability of groundwater; analytic hierarchy process; evaluation factor; Kaiyang, Guizhou

2020-08-20

貴州省地勘基金項目“貴州省1：5萬水文地質(zhì)調(diào)查”（2019-1號）,貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地質(zhì)科研項目“黔中“三磷”分布區(qū)與地下水有關(guān)的地質(zhì)環(huán)境問題精準識別研究—以開陽縣洋水背斜分散排泄系統(tǒng)為例”黔地礦科合[2020]23號資助。

焦恒（1992—），男，湖北荊州人，工程師，從事水工環(huán)地質(zhì)研究工作

P641.8

A

1006-0995（2021）02-0283-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.020