唐克旺，唐 蘊，徐鵬云

（1.中國水利水電科學(xué)研究院水資源所，100038，北京；2.吉林省水文水資源局延邊分局，133000，延吉）

地下水脆弱性的概念自20世紀(jì)60年代末提出后，一直是國際上研究的熱點。1987年召開的“土壤與地下水脆弱性”國際會議，對地下水脆弱性的概念、評價方法及應(yīng)用等進(jìn)行廣泛的交流。目前，地下水脆弱性的概念基本采納了美國國家環(huán)境保護(hù)局（USEPA）和國際水文地質(zhì)學(xué)家協(xié)會（IAH）的概念，即“地下水脆弱性是地下水系統(tǒng)對人類和（或）自然的敏感性”。

評價方法上，目前主要包括指數(shù)法和層次分析法、統(tǒng)計法、基于過程的模擬法等。簡單適用的方法是指數(shù)法，如USEPA提出的DRASTIC評價方法應(yīng)用最廣。其他評價方法，如GOD法、AHP法、AVI法等應(yīng)用得相對較少。美國地質(zhì)調(diào)查局和歐盟一些國家基本采DRASTIC方法評價其地下水的脆弱性。

國內(nèi)對地下水脆弱性研究起步較晚，但進(jìn)展很快，積累了很多研究成果，對地下水脆弱性的概念、評價方法以及實例應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究。實際應(yīng)用方面，我國學(xué)者采用國際上的方法或經(jīng)適度改進(jìn)，在遼河平原、華北平原、松嫩平原以及太原、塔里木、山東、天津、重慶、湛江、石家莊和西南巖溶區(qū)等地進(jìn)行了實際的應(yīng)用，其中大多數(shù)論文依托國土資源部有關(guān)項目的成果，結(jié)合GIS等先進(jìn)技術(shù)，在地下水脆弱性方面做出了有益的嘗試，DRASTIC方法作為推薦方法得到項目承擔(dān)單位的廣泛應(yīng)用。

一、概念與方法

地下水作為水資源的特殊組成部分，其脆弱性的評價對保護(hù)以及合理開發(fā)利用地下水資源具有很現(xiàn)實的意義。但是，目前從脆弱性概念、評價方法、實際推廣應(yīng)用等方面，研究成果與地下水保護(hù)的實際應(yīng)用需要還有一定的差距，需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究和探索。

1.概念的界定

不同的地下水系統(tǒng)對外界影響的反應(yīng)是不同的，有的系統(tǒng)自我修復(fù)能力強(qiáng)，受影響后能快速恢復(fù)，而有的系統(tǒng)一旦破壞則不可逆，難以修復(fù)。因此，地下水脆弱性評價應(yīng)從概念上提高和拓展其適用性。目前，大多數(shù)脆弱性評價主要針對地下水系統(tǒng)對外來污染物的敏感性或易污性，且具體針對面源污染問題，范圍較狹隘，對地下水過度開采的響應(yīng)以及自我修復(fù)能力缺乏研究。

從概念上，USEPA和IAH的概念，即“地下水脆弱性是地下水系統(tǒng)對人類和（或）自然的敏感性”較適合于中國。同時，應(yīng)適度拓展，即地下水脆弱性應(yīng)是“地下水系統(tǒng)對外界（包括人類活動和自然過程）變化的敏感性和自我修復(fù)能力”。這個定義包括三方面含義：一是水質(zhì)和水量兼顧，不僅評價地下水對人類污染行為的敏感性，也要評價地下水對開發(fā)利用的敏感性；二是自然和人類活動兼顧，目前的脆弱性重點針對人類活動的影響，有關(guān)地震、持續(xù)干旱等自然過程對地下水系統(tǒng)的影響考慮較少；三是反應(yīng)的敏感性和自我修復(fù)能力的兼顧，尤其是地下水開采方面，巖溶地下水系統(tǒng)超采后恢復(fù)起來也較容易（巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害除外），而深層承壓水一旦超采并引發(fā)沉降后再難恢復(fù)。

2.評價方法

評價地下水系統(tǒng)的脆弱性，首先應(yīng)明確評價的內(nèi)容，并選擇適宜的指標(biāo)體系和方法進(jìn)行評價。按照前面的定義，地下水脆弱性包括水質(zhì)和水量方面的脆弱性。這兩方面的評價應(yīng)分別進(jìn)行，因為不僅服務(wù)對象是不同的（水質(zhì)的脆弱性服務(wù)于地下水水質(zhì)保護(hù)，評價的是地下水的防污能力；水量脆弱性服務(wù)于地下水開采管理，評價的是地下水的調(diào)蓄及可更新能力），而且指標(biāo)和方法也有差異。例如，深層承壓水對水質(zhì)的敏感性低，但對開采的敏感性卻很高；包氣帶巖土顆粒越小，對水質(zhì)的敏感性越低，但水量超采后敏感性越高。因此，水質(zhì)和水量應(yīng)分別制定指標(biāo)體系評價。

（1）污染方面的脆弱性評價指標(biāo)體系

世界較通用的是DRASTIC方法，1985年由USEPA提出，選擇的7個因子分別為含水層埋深（D）、含水層凈補給量（R）、含水層介質(zhì)類型（A）、土壤介質(zhì)類型（S）、地形坡度（T）、包氣帶巖性（I）和含水層滲透系數(shù)（C）。上述7個因子構(gòu)成了DRASTIC方法的評價因子體系。根據(jù)每個因子的變化范圍或其內(nèi)在屬性進(jìn)行評分（1～10分），再根據(jù)每個因子對地下水脆弱性影響的重要程度給予權(quán)值（1為影響最弱，5為影響最強(qiáng)），各因子評分加權(quán)即是DRASTIC指數(shù)，如表 1。

盡管DRASTIC評價方法應(yīng)用廣泛，但本身也存在一定的問題。例如，指標(biāo)之間的重疊問題，具體評價因子評分值的適應(yīng)性問題等。

表1 DRASTIC指標(biāo)體系表

表2 修正的DRSTIP指標(biāo)體系表

DRASTIC中的7個指標(biāo)中，含水層的凈補給量與降水及地表水（包括灌溉水）入滲有關(guān)，但也受含水層埋深、土壤類型、地形、包氣帶巖性的影響。含水層介質(zhì)類型與滲透系數(shù)也有直接關(guān)系，例如，巖溶介質(zhì)類含水層、砂礫石型松散含水層的滲透系數(shù)大。因此，該指標(biāo)體系中指標(biāo)之間的重復(fù)是一個問題。為了克服指標(biāo)重復(fù)的缺點，建議修正DRASTIC方法為DRSTIP法，指標(biāo)調(diào)整如下：

地下水的補給水深包括單元內(nèi)的降水深、灌溉水量或地表水補給深度，單位為mm。滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲流速度即滲流在過水?dāng)嗝嫔系钠骄魉伲瑔挝粸閙/d。

地下水水質(zhì)脆弱性是用來評價地表污染物進(jìn)入含水層的難易程度的，因此主要應(yīng)考慮上述6項指標(biāo)。修正了3個指標(biāo)：一是含水層凈補給量變?yōu)榈叵滤难a給水深（mm），包括單元內(nèi)的降水深、灌溉水量或地表水補給深度（一般發(fā)生在洪水期）。該值與降雨入滲系數(shù)、灌溉水入滲系數(shù)可計算得到含水層的凈補給量；二是去掉介質(zhì)類型指標(biāo)；三是含水層的水力傳導(dǎo)系數(shù)改為滲透系數(shù)，不考慮含水層厚度對污染程度的影響，僅考慮地下水滲透系數(shù)所決定的可更新性及可恢復(fù)能力。

各評價因子的權(quán)重基本反映了其在防止地下水污染中所起的作用。例如，含水層埋深及包氣帶巖性是影響地下水易污性的最重要指標(biāo)，權(quán)重最大。不同地區(qū)水文地質(zhì)條件不同，因子權(quán)重應(yīng)該有一定的地區(qū)差異，以反映地區(qū)特點。比如，土壤作為地下水系統(tǒng)的最外層保護(hù)層，其介質(zhì)類型重要性不言而喻，需要對這方面進(jìn)一步研究，以科學(xué)確定因子權(quán)重。

（2）水量方面的脆弱性評價指標(biāo)體系

總體上說，地下水系統(tǒng)是水資源循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，其補給量、可開采量、靜儲量、單井或單位時間的出水量、生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)、環(huán)境地質(zhì)效應(yīng)等因素都影響到地下水的合理開發(fā)利用。為了評價地下水系統(tǒng)對人類開采的敏感性，本文提出了地下水系統(tǒng)水量脆弱性評價的初步指標(biāo)體系，見表3。該體系主要適用于淺層地下水評價。

地下水補給量指含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得的水量，單位為mm/a。含水層介質(zhì)類型包括孔隙度或裂隙率等因素，無量綱。含水層厚度對承壓含水層來說指隔水頂板到隔水底板之間的垂直距離，對潛水含水層來說指潛水面到隔水底板之間的垂直距離，單位都是m。

表3 地下水系統(tǒng)水量脆弱性評價指標(biāo)體系(RAT)

表4 地下水水量脆弱性評價因子賦分參考值

地下水補給量是決定地下水系統(tǒng)對開采敏感與否以及水量自我恢復(fù)的關(guān)鍵。補給量小的地區(qū)，地下水水位隨開采持續(xù)下降最終導(dǎo)致含水層枯竭。除補給量外，含水層介質(zhì)類型（無量綱）決定了單位體積含水層的儲水空間，包括孔隙度或裂隙率等因素，介質(zhì)類型決定了含水層的滲透性，是評價地下水更新能力的重要因素。含水層厚度和介質(zhì)類型一樣，影響地下水的凈儲量和對開采的調(diào)節(jié)能力。

表4列出初步擬定的四類水量脆弱性評價因子的指標(biāo)值 （或?qū)傩裕┘捌鋵?yīng)的評價分值，再按照表3的權(quán)重，計算得出分區(qū)地下水水量脆弱性指標(biāo)（RI）。

式中：RI為地下水水量脆弱性指數(shù)（無量綱）；R為地下水補給量分值；A為含水介質(zhì)類型分值；T為含水層厚度分值。

根據(jù)RI的數(shù)值區(qū)間，進(jìn)行水量的脆弱性分類，對于一個地區(qū)的若干評價單元，可進(jìn)行脆弱性指數(shù)的歸一化處理 （0～1）， 再劃分為高脆弱區(qū)（0.8～1）、較高脆弱區(qū)（0.6～0.8）、中脆弱區(qū)（0.3～0.6）、低脆弱區(qū)（0～0.3）。

對于深層承壓水來說，由于其補排條件較復(fù)雜，補給量受開采影響明顯，更新極其緩慢，而開采易引發(fā)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害等問題。因此，深層承壓水一般不宜作為日常大規(guī)模供水水源，可做臨時應(yīng)急供水水源。深層承壓水的水量脆弱性一般可按高等級劃分。

（3）脆弱性評價指標(biāo)體系討論

從水質(zhì)保護(hù)和水量開發(fā)兩方面的脆弱性比較可以看出，地下水水質(zhì)和水量的脆弱性是地下水系統(tǒng)完全不同的兩類屬性，例如我國華北平原太行山前帶包氣帶及含水層滲透性好、補給量大，水質(zhì)脆弱性相對較高，地表污染源很容易入滲進(jìn)入地下水，但這個地區(qū)水量脆弱性較低，單井開采量大、補給條件好、適于集中開采，又很少有地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題。因此，水質(zhì)和水量脆弱性的結(jié)合評價，有助于加強(qiáng)地下水保護(hù)和利用的統(tǒng)一管理。水量脆弱性較低的適宜開采區(qū)一般也是水質(zhì)脆弱性高、最需要嚴(yán)格保護(hù)的地區(qū)，如集中供水水源地等。對于水量脆弱性較高的地區(qū)或含水層（如深層承壓水），只適合分散式小型開采或臨時性應(yīng)急開采，水質(zhì)的脆弱性可能較低，但也要考慮農(nóng)村生活用水的安全性。

二、地下水脆弱性的應(yīng)用

地下水脆弱性評價對于地下水的利用與保護(hù)具有一定的支持作用。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括地下水水質(zhì)防護(hù)區(qū)劃、地下水開采許可管理、地下水水源保護(hù)、地下水污染源治理以及超采治理方案等。

1.地下水水質(zhì)保護(hù)區(qū)劃

地下水水質(zhì)保護(hù)應(yīng)根據(jù)地下水的脆弱性進(jìn)行分區(qū)甄別對待，有嚴(yán)格保護(hù)區(qū)、重點保護(hù)區(qū)、一般保護(hù)區(qū)等。

嚴(yán)格保護(hù)區(qū)對應(yīng)地下水高脆弱區(qū)，屬于地下水水質(zhì)保護(hù)的紅區(qū)，禁止任何污染的進(jìn)入。應(yīng)嚴(yán)禁施用農(nóng)藥、化肥，禁止建設(shè)加油站、輸油管線、污水排放點和城市及醫(yī)療固體垃圾場，現(xiàn)有垃圾等污染源應(yīng)盡快治理和搬遷。

重點保護(hù)區(qū)對應(yīng)中脆弱區(qū)，應(yīng)禁止繼續(xù)建設(shè)新的可產(chǎn)生污染的項目?，F(xiàn)有的農(nóng)藥、化肥施用以及排污企業(yè)和垃圾場等，應(yīng)逐一進(jìn)行調(diào)查，評價其對地下水的影響，采取必要的措施進(jìn)行治理。

一般保護(hù)區(qū)不僅要注意污染控制，還要考慮地下水系統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。

2.地下水開采許可管理

地下水開采的管理主要是開采許可量。一個地區(qū)或地下水系統(tǒng)的地下水可開采量包括日?？沙掷m(xù)的開采量，也包括臨時應(yīng)急抗旱或事故污染時可啟用的備用開采量。地下水日?？沙掷m(xù)開采量應(yīng)控制在地下水的可開采量范圍內(nèi)，與地下水系統(tǒng)的補給量有緊密關(guān)系；而備用水源的臨時短期可開采量主要依據(jù)開采井的單井出水量和避免出現(xiàn)環(huán)境地質(zhì)問題及生態(tài)問題的水位限制。因此，地下水水量脆弱性低的地區(qū)，宜作為集中開發(fā)區(qū)或備用水源區(qū)進(jìn)行管理；而水量脆弱性高的地區(qū)則不宜大規(guī)模開采，僅適宜少量生活用水、工藝用水或臨時應(yīng)急開采。

由于地下水水量的脆弱性不僅與地下水循環(huán)特征有關(guān)，也要兼顧對生態(tài)系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害的影響，因此，應(yīng)設(shè)定分區(qū)水位標(biāo)準(zhǔn)，防止出現(xiàn)不可逆的生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境問題。

對于地下水系統(tǒng)人為開采的脆弱性（水量脆弱性），也可以利用一個區(qū)域的可開采量或可開采模數(shù)進(jìn)行分級分類評價。但目前的可開采量評價方法大多按照補給量進(jìn)行折算，未考慮含水層單井出水量、含水層調(diào)蓄能力等因素。因此，通過補給量、含水介質(zhì)類型、含水層厚度等進(jìn)行地下水對開采的脆弱性綜合評價是必要的。

三、結(jié)論與建議

我國應(yīng)積極推進(jìn)地下水脆弱性的評價工作。首先，結(jié)合我國國情和水情，提出簡單適用和相對成熟的地下水脆弱性評價標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，指導(dǎo)地下水脆弱性的評價工作。同時，選擇典型地下水系統(tǒng)，進(jìn)行地下水脆弱性評價和分區(qū)試點。結(jié)合最嚴(yán)格水資源管理制度的實施和地下水脆弱性管理方法，研究提出我國地下水水質(zhì)分區(qū)分類保護(hù)的新思路和新戰(zhàn)略，彌補我國地下水水質(zhì)安全保護(hù)方面的薄弱性。

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