胡 超，楊 儀，周紅衛(wèi)，郭 華，姜玉肖*

（1．江蘇省地質(zhì)環(huán)境勘查院，江蘇 南京 211100； 2．中科鼎實環(huán)境工程有限公司，北京 100086）

0 引言

中國地質(zhì)調(diào)查局在2006 年出版的《地下水脆弱性評價技術(shù)要求》中將地下水脆弱性定義為“地下水系統(tǒng)對人類和（或） 自然的敏感性”［1］。地下水脆弱性評價目前主要使用的是迭置指數(shù)法，其中最典型的是Aller等［2］于1987 年提出的DRASTIC 方法，DRASTIC 方法是一種參數(shù)－ 加權(quán)評價體系，其通過計算七項水文地質(zhì)參數(shù)評價指標(biāo)評分的加權(quán)值來定量評價地下水的脆弱性。該方法的最大優(yōu)點是能夠較客觀的評估不同地區(qū)的地下水環(huán)境脆弱性，且獲得的成果易于為決策者利用［3］。然而，DRASTIC 方法在參數(shù)獲取方面仍然存在著一定的局限性［4－5］。針對這一問題，模型反演法能夠以整個研究區(qū)為計算對象，避免人為劃定區(qū)域?qū)?shù)計算結(jié)果的影響。因此，本文以某地下水備用水源地為例，將DRASTIC 方法與地下水?dāng)?shù)值模擬方法相結(jié)合，通過計算地下水脆弱性指數(shù)來對水源地取水含水層的地下水脆弱性進(jìn)行評價。通過本文的研究，可以為某地下水備用水源地今后的規(guī)劃利用提供一定的參考依據(jù)。

1 研究方法

式（1） 為DRASTIC 方法中地下水脆弱性指數(shù)的計算公式：

其中，D，R，A，S，T，I，C分別為地下水埋深、含水層接受的凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)類型、上層土壤介質(zhì)類型、地形坡度、包氣帶介質(zhì)類型和滲透系數(shù)所對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)；λD，λR，λA，λS，λT，λI和λC分別為各參數(shù)相對應(yīng)的權(quán)重因子。地下水脆弱性指數(shù)和權(quán)重因子的具體取值方法見文獻(xiàn)［2］。

針對某地下水水源地，式（1） 中的地下水埋深、含水層介質(zhì)類型、上層土壤介質(zhì)類型、地形坡度和包氣帶介質(zhì)類型根據(jù)實地勘察結(jié)果得到，含水層接受的凈補(bǔ)給量和滲透系數(shù)根據(jù)地下水運動控制方程進(jìn)行計算。在已知地下水水位數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以建立數(shù)值模型并運用有限差分法進(jìn)行離散化，然后迭代求解相應(yīng)的離散方程，即可得到相應(yīng)的解。

2 實例應(yīng)用

2．1 地下水水源地概況

某地下水備用水源地位于南京市棲霞區(qū)，面積約43．4 km2。根據(jù)資料收集和實地調(diào)查的結(jié)果，水源地的多年平均降水量為1 095． 0 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 121 mm。水源地附近有4 條主要斷層，其中2 條斷層使灰?guī)r含水層與水源地外部的砂頁巖隔水層相接觸，為隔水?dāng)鄬?。研究區(qū)內(nèi)上層土壤介質(zhì)主要為砂質(zhì)亞黏土，包氣帶介質(zhì)主要為黏土。含水層的主要類型為松散巖類孔隙含水層和碳酸鹽巖類溶蝕裂隙含水層，其中碳酸鹽巖類溶蝕裂隙含水層的巖性主要為周沖村組角礫狀灰?guī)r和青龍組灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，具有承壓性，為某地下水備用水源地的目標(biāo)取水層。

2．2 地下水?dāng)?shù)值模型

根據(jù)備用水源地的水文地質(zhì)條件，建立三維、非均質(zhì)、各向異性、穩(wěn)定流地下水?dāng)?shù)值模型。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，水源地西部和北部的斷層為隔水?dāng)鄬?，因此在模型中將這兩個斷層概化為隔水邊界，其余邊界概化為流量邊界。模型的頂部邊界主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給和蒸發(fā)蒸騰排泄，因此將其概化為流量邊界；含水層底板的巖性主要為粉砂巖，為相對隔水層，因此將模型的底部邊界概化為隔水邊界。模型垂向上剖分為2 層，平面上每個單元格大小148 m×115 m，共剖分5 050 個大小相同的單元格。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)觀測井的地下水水位，在模型中對滲透系數(shù)進(jìn)行反演。研究區(qū)范圍內(nèi)含水層滲透系數(shù)介于12．4 m/d ～41．5 m/d 之間，水源地西部和中部附近含水層的滲透系數(shù)較大，介于31．4 m/d ～41．5 m/d 之間，其他區(qū)域含水層的滲透系數(shù)介于12． 4 m/d ～31． 4 m/d之間。

2．3 地下水脆弱性評價

根據(jù)對水源地的水文地質(zhì)調(diào)查，水源地取水含水層為碳酸鹽巖類溶蝕裂隙含水層，含水層介質(zhì)為巖溶灰?guī)r，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為9 ～10，本文取為10。水源地區(qū)域內(nèi)上層土壤介質(zhì)主要為砂質(zhì)亞黏土，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為6，包氣帶介質(zhì)主要為黏土，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為1 ～2，本文取為1．5。通過模型反演得到的水源地凈補(bǔ)給量為3．71 ×10－3m/a，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為1。圖1 為水源地內(nèi)含水層頂板埋深和坡度及其對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)，從圖1（a） ，圖1（b） 中可以看出，碳酸鹽巖類溶蝕裂隙含水層頂板埋深介于10．8 m ～105．3 m 之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)介于1 ～5 之間，水源地中部和西部部分地區(qū)埋深較深，介于30．5 m ～105．3 m 之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為1，東部地區(qū)埋深較淺，介于10．8 m ～30．5 m 之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)介于2 ～5 之間。從圖1（c） ，圖1（d） 中可以看出，水源地范圍內(nèi)的坡度介于0．05% ～8．03%之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)介于9 ～10 之間，水源地中部零星分布著低山丘陵，坡度介于2．00% ～8． 03% 之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為9，其余大部分地區(qū)坡度介于0．05% ～2．00%之間，對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)為10。

圖1 含水層頂板埋深、地面坡度及其對應(yīng)的地下水脆弱性指數(shù)

圖2 為計算得到的某地下水備用水源地的地下水脆弱性分區(qū)圖，從圖2 中可以看出，碳酸鹽巖類溶蝕裂隙含水層的地下水脆弱性指數(shù)介于75． 5 ～106．3 之間。地下水脆弱性最大的區(qū)域位于水源地東部和西南部，脆弱性指數(shù)介于90． 5 ～106． 3 之間，面積占水源地面積的3．3%，原因主要與含水層頂板埋深較淺有關(guān)； 地下水脆弱性較大的地區(qū)位于水源地中部和西部，脆弱性指數(shù)介于85．5 ～90．5 之間，占水源地面積的54．2%，主要受較大的滲透系數(shù)的影響； 其余地區(qū)的地下水脆弱性指數(shù)介于75． 5 ～85． 5 之間，占水源地面積的42．5%，主要分布在三條近南北向斷層中間的區(qū)域。

圖2 某地下水備用水源地的地下水脆弱性

3 結(jié)語

本文將地下水?dāng)?shù)值模擬方法與DRASTIC 方法相結(jié)合，通過地下水?dāng)?shù)值模型對凈補(bǔ)給量和滲透系數(shù)進(jìn)行了反演，并以空間分布場的方式來描述含水層埋深、坡度和滲透系數(shù)，避免了人為劃定區(qū)域和使用公式計算參數(shù)造成的誤差。本文通過對某備用水源地的取水含水層地下水脆弱性的計算，可以定量地對比分析含水層的易污染性，并為今后備用水源地范圍內(nèi)可能對地下水產(chǎn)生影響的工程建設(shè)提供一定的參考作用。