劉 猛，張學軍，胡 軍

(1.安徽省水利水資源重點實驗室，安徽 蚌埠 233000;2.安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠233000;3.中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司，安徽 蚌埠 233000)

1968年，Margat首次提出“地下水脆弱性”這一專業(yè)術語[2]，用于表征地下水系統(tǒng)容易遭受污染的可能性。其后幾十年，地下水脆弱性研究在地下水科學領域得到了廣泛關注，經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，目前已經(jīng)形成了相對成熟的理論體系和研究方法。

地下水是寶貴的資源，一旦遭到污染再度凈化要比地表水困難得多，因此，防治地下水污染必須“以防為主”，首先應該確定地下水易受污染的區(qū)域，這可以通過地下水脆弱性評價來實現(xiàn)。地下水脆弱性評價是地下水污染防治工作的基礎，其成果可為自然環(huán)境、社會經(jīng)濟等方面提供管理決策依據(jù)[3]。

DRASTIC評價方法是目前世界范圍內(nèi)應用最廣泛的地下水脆弱性評價方法之一。DRASTIC法由美國環(huán)境保護局于1987年提出的，主要用于評價地下水的固有脆弱性。該方法在美國各地的地下水脆弱性評價工作中取得了良好的效果，并被加拿大、歐盟等多個國家和地區(qū)相繼采用。我國在20世紀90年代引進該方法，并在多個省市地區(qū)得到應用[4]。本次皖北平原區(qū)淺層地下水脆弱性評價以 DRASTIC指標體系為基礎，結(jié)合皖北平原區(qū)的實際情況，構(gòu)建地下水脆弱性評價指標體系，利用ArcGIS軟件的空間分析功能評價淺層地下水脆弱性，并繪制地下水脆弱性分布圖。

1 研究區(qū)概況

安徽省皖北平原位于黃淮海平原的南部，大部分位于淮河以北，面積約3.7萬 km2。除東北邊緣及局部分布有低山殘丘外，絕大多數(shù)地區(qū)屬于沖洪積平原，地勢平坦開闊，由西北向東南傾斜，坡度較緩，海拔高度在20～40 m。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，多年平均降水量700～900 mm。

由于皖北平原地表水資源相對匱乏且大多存在污染問題，地下水是該區(qū)重要的供水水源，經(jīng)統(tǒng)計，2010年皖北平原地下水開采總量為29.32億 m3，占全省地下水供水量的87%。皖北平原地下水資源的合理開發(fā)利用和保護，對于保障該地區(qū)人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)健康發(fā)展意義重大，目前，皖北平原地下水水質(zhì)狀況不容樂觀，除了大面積存在的原生鐵、錳、氟等污染物超標外，在多個城市及廠礦周邊還監(jiān)測到人為污染，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，地下水面臨著污染加劇的威脅。因此，開展皖北平原區(qū)淺層地下水脆弱性評價可為該地區(qū)的地下水資源保護和管理提供科學依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 利用DRASTIC法評價皖北平原區(qū)淺層地下水脆弱性

2.1 DRASTIC評價指標體系的建立

DRASTIC指標體系有一組共7項與地下水脆弱性相關的參數(shù)，這些參數(shù)分別為:地下水埋深、含水層的凈補給、含水層的巖性、土壤類型、地形、包氣帶介質(zhì)影響及含水層水力傳導系數(shù)。DRASTIC評價模型如下式。

式中:DRASTIC為脆弱性綜合指數(shù);Ti為第i個評價指標取值;wi為第i個評價指標的相對權(quán)重。

首先，根據(jù)每個評價指標的變化范圍(或?qū)傩?劃分為若干范圍(或類別)，每個范圍(或類別)給予一定的評分值構(gòu)成評分體系;然后，根據(jù)每個評價指標對地下水脆弱性影響的相對重要程度，賦予其合理的權(quán)重值;最后，各指標評分加權(quán)求和得到地下水脆弱性綜合指數(shù)。綜合指數(shù)值越大，對應區(qū)域地下水脆弱性就越高，該區(qū)域的地下水相對就越容易被污染;反之，地下水相對不易被污染[5]。

在實際操作中發(fā)現(xiàn)，皖北平原地勢較平坦，使用“地形坡度”這一參數(shù)并不能很好地反映區(qū)域上地下水補給對脆弱性分布的影響，而地貌形態(tài)對地下水的補給、徑流和排泄都起著非常重要的控制作用，以“地貌類型”取代“地形坡度”作為評價指標的效果更好[6]。

綜上，本次評價以DRASTIC法的指標體系為基本框架，利用“地貌類型”代替“地形坡度”，其他評價指標不變，最終采用“地下水埋深”、“凈補給量”、“土壤介質(zhì)”、“含水層砂層厚度”、“包氣帶介質(zhì)”、“地貌類型”和“含水層滲透系數(shù)”7個指標作為研究區(qū)淺層地下水脆弱性的評價指標。

2.2 指標等級評分和權(quán)重

結(jié)合皖北平原區(qū)的實際情況，確定評價指標等級評分和權(quán)重取值，使之更有利于得出相對合理的地下水脆弱性成果，也更加具有可操作性。

首先，分別建立各評價指標的評分標準，各指標的評分值范圍都介于1～10分之間，評分值越大，淺層地下水脆弱性就越高。各指標等級評分標準見表1～表7。

表1 地下水埋深等級評分表

表2 地下水凈補給量等級評分表

表3 含水層厚度等級評分表

表4 土壤介質(zhì)類別評分表

表5 含水層滲透系數(shù)等級評分表

表6 包氣帶介質(zhì)等級評分表

表7 地貌類型等級評分表

評價指標的權(quán)重反映各個參數(shù)對地下水脆弱性貢獻的大小，權(quán)重越大，表明該參數(shù)對地下水脆弱性的相對影響越大。本次評價指標權(quán)重和等于20，各指標相對權(quán)重值見表8。

表8 評價指標權(quán)重體系

2.3 評價結(jié)果和脆弱性分布圖

根據(jù)以上所述，對每個評價指標進行評分，并利用 Arc-GIS軟件生成評分柵格圖，再利用ArcGIS的空間分析功能對這些指標評分柵格圖按各個指標的相對權(quán)重值進行圖層間的疊加分析，最終得到皖北平原區(qū)淺層地下水脆弱性綜合指數(shù)分布圖(也即脆弱性分布圖)，見圖1。

根據(jù)各指標的評分和權(quán)重值，可知地下水脆弱性綜合指數(shù)取值范圍為20～200，但考慮到地下水脆弱性是相對屬性，因此，本次評價根據(jù)皖北平原淺層地下水脆弱性綜合指數(shù)值劃分脆弱性級別，如表9所示。

表9 皖北平原淺層地下水脆弱性級別

根據(jù)評價結(jié)果，安徽省皖北平原淺層地下水DRASTIC指數(shù)范圍大致在94～154之間，總體脆弱性中等 ～較高。通過分析發(fā)現(xiàn)，脆弱性高地區(qū)主要是降水入滲條件比較好的東北部碳酸鹽巖裸露區(qū)，以及地下水埋深較淺的蚌埠市沿淮一帶;脆弱性中等～較高地區(qū)分布廣泛，主要是包氣帶入滲性能較強的河漫灘和河湖洼地，以及含水砂層較薄的河間泛濫坡平地;脆弱性較低～低區(qū)主要分布在含水砂層和粘土層相對較厚的西南部阜陽市一帶。

通過與已有的地下水污染調(diào)查成果進行檢驗，評價結(jié)果與大部分地區(qū)地下水污染分布規(guī)律吻合程度較好，評價為相對高或較高脆弱性的地區(qū)，正是目前監(jiān)測到地下水污染面積較大或污染較嚴重的地區(qū)，說明本次評價得到的淺層地下水脆弱性分布圖比較好地反映了皖北平原的實際狀況。

圖1 皖北平原區(qū)淺層地下水脆弱性分布圖

3 結(jié)語

利用DRASTIC指標體系評價了皖北平原淺層地下水脆弱性，經(jīng)檢驗該方法相對較好地符合了當?shù)氐木唧w狀況，選定的評價指標能較好地反映影響地下水水質(zhì)的主要因素，對皖北平原淺層地下水脆弱性評價的研究取得了初步成果。利用ArcGIS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)境保護及城市規(guī)劃等政策措施具有參考價值。

[2]楚文海，劉奇，李江，等.基于 GIS應用 DRASTIC模型評價貴陽市地下水污染風險[J].地下水.2007，29(1 總 124):88-90.

[3]付素蓉，王焰新，蔡鶴生，等.城市地下水污染敏感性分析[J].地球科學-中國地質(zhì)大學學報.2000，25(5):482-486.

[4]張麗君.地下水脆弱性和風險性評價研究進展綜述[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2006，6:113-119.

[5]雷靜，張思聰.唐山市平原區(qū)地下水脆弱性評價研究[J].環(huán)境科學學報.2003，23(1):94-99.

[6]陳偉.利用DRASTIC指標體系評價安徽省淮北平原淺層地下水脆弱性[J].安徽地質(zhì).2006，16(1):26-30.