王曉丹

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

1 研究區(qū)概況

肅州區(qū)位于河西走廊中西部，地處北祁連褶皺帶、酒泉盆地和阿拉善臺(tái)隆三大構(gòu)造區(qū)域交匯部位，是酒泉市政府所在地、全市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。東與高臺(tái)縣及肅南縣接壤，南倚祁連山與肅南縣交界，西與嘉峪關(guān)市毗鄰，北抵金塔夾山與金塔縣相連。東西長(zhǎng)104 km，南北寬84 km，總面積3 353 km2。其地理位置：東經(jīng)98°19′33″～99°18′05″，北緯39°09′02″～39°59′09″。

研究區(qū)屬溫帶干旱氣候區(qū)，其主要特點(diǎn)是溫差大，雨量小，蒸發(fā)強(qiáng)烈，濕度小，日照時(shí)間長(zhǎng)。多年平均氣溫7.3℃，極端最高氣溫38.4℃，極端最低氣溫-31.6℃。肅州區(qū)多年平均降水量為96 mm，年均降水量由南向北逐漸減少，南部祁連山山前地帶，年降水量在120 mm左右，至市區(qū)一帶年降水量達(dá)到80 mm，北部到金塔一帶，降水量降至為60 mm左右。多年平均蒸發(fā)量為2 148.8 mm，全年中蒸發(fā)量以1月份最小，最大為6月份，蒸發(fā)量為降水量的23倍。

區(qū)內(nèi)河流主要有北大河和洪水壩河，均發(fā)源于南部祁連山，屬黑河流域。北大河發(fā)源于祁連山陶勒掌，自冰溝口出山后向東北經(jīng)龍王廟進(jìn)入研究區(qū)，多年平均徑流量6.49億 m3，年內(nèi)流量主要集中6-9月，約占全年流量的55.7%。洪水壩河發(fā)源于祁連山的龍孔大坂一帶，于新地壩出山后，河水大都被引走灌溉，河床常年處于干枯狀態(tài)，只有夏季雨洪時(shí)偶有暫時(shí)性洪流通過(guò)。多年平均年徑流量為2.624×108m3，年內(nèi)流量分配主要集中在6-9月，約占總量的89.5%。

2 水文地質(zhì)條件

肅州區(qū)地下水類(lèi)型較為單一，為大厚度孔隙潛水。區(qū)內(nèi)120～200 m以淺潛水含水層，巖性為第四系中、上更新統(tǒng)洪積卵石、礫石，呈灰褐色，成分較復(fù)雜，以變質(zhì)巖為主，磨圓度較好，呈渾圓或亞圓形。含水層巖性變化規(guī)律是：在水平方向上，由西南向東北，含水層巖性由含漂礫卵石、礫卵石遞變?yōu)槁训[石、砂礫石，顆粒粒徑由大變小，各級(jí)粒徑顆粒的含量也隨之變化；在垂直方向上，含水層顆粒粒徑隨深度增加而變小，分選性由差變好，密實(shí)程度則隨深度增加而增加。120～200 m以淺潛水含水層，厚度55.40～106.32 m。

含水層中的地下水主要來(lái)源于出山河(洪)水入滲、渠系和田間灌溉水入滲、山區(qū)(基巖裂隙水和溝谷潛流)側(cè)向徑流補(bǔ)給及降凝水入滲等，但主要是出山河(洪)水及引灌渠系、田間河水的垂向入滲補(bǔ)給。河流或渠系在洪積扇帶是以垂直滲入的形式補(bǔ)給地下水的，在河床附近形成河水—入滲水—地下水三者并不連續(xù)的浸潤(rùn)面，并使河床下的地下水水位抬升形成水丘，而河流則呈“懸掛式”。

天然條件下，地下水通過(guò)兩種途徑排泄，一是泉水溢出，二是潛水蒸發(fā)蒸騰。泉水溢出帶主要分布于北大河—洪水壩河洪積扇群帶前緣地帶。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著井灌規(guī)模的逐步擴(kuò)大，人為的機(jī)井開(kāi)采也成為地下水的主要排泄方式之一。

3 地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法

DRASTIC模型是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法，它屬于地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法中迭置指數(shù)法中的系統(tǒng)參數(shù)法[1]，基本原理為通過(guò)對(duì)選取評(píng)價(jià)參數(shù)的分指數(shù)進(jìn)行迭加，形成一個(gè)反映脆弱程度的綜合指數(shù)，包括指標(biāo)、權(quán)重、值域和分級(jí)。國(guó)外地下水脆弱性的研究開(kāi)展較早[2-3]，DRASTIC模型在地下水脆弱性評(píng)價(jià)中應(yīng)用最為廣泛，由美國(guó)環(huán)保署于1987年提出[4-5]，后在美國(guó)、加拿大、南非及歐共體廣泛應(yīng)用在地下水脆弱性研究中。

DRASTIC模型選取了7個(gè)主要影響因素作為評(píng)價(jià)因子，包括地下水環(huán)境有關(guān)的4個(gè)：地下水埋深(D)、含水層厚度(A)、包氣帶介質(zhì)類(lèi)型(I)以及含水層滲透系數(shù)(C)；與氣候降雨有關(guān)的：垂向凈補(bǔ)給量(R)；與地表有關(guān)的：土壤介質(zhì)(S)和地形坡度(T)[6-13]。根據(jù)每個(gè)因子自然屬性對(duì)地下水脆弱性的影響，將每一個(gè)因子劃分為10個(gè)等級(jí)，再給每個(gè)因子進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分值范圍在1～10之間，評(píng)分值越大則該因子某種屬性對(duì)地下水脆弱性影響越大(表1)。按照某個(gè)單項(xiàng)因子對(duì)地下水脆弱性的影響，在1～5的范圍內(nèi)對(duì)該指標(biāo)賦予權(quán)重，權(quán)重值越大，影響最小的指標(biāo)賦予權(quán)重值1，而影響最大的指標(biāo)賦予權(quán)重值5，DRASTIC地下水脆弱性指數(shù)(DI)的由下式確定：

表1 DRASTIC各因子的類(lèi)別及其評(píng)分

DI=5D+4R+3A+2S+T+5I+3C

(1)

各參數(shù)的分級(jí)分析在GIS平臺(tái)上進(jìn)行，根據(jù)收集整理不同的數(shù)據(jù)參數(shù)后，按照研究區(qū)實(shí)際情況，在ArcGIS中生成可用于分析的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分類(lèi)分析[14-16]。最后，利用疊加的地下水脆弱性綜合指數(shù)分布圖，將脆弱性指數(shù)分成四個(gè)區(qū)間，得到研究區(qū)地下水脆弱性評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果。

4 地下水脆弱性評(píng)價(jià)

4.1 地下水埋深D

肅州區(qū)潛水埋藏特征主要受地形、地貌條件控制，潛水水位埋深呈現(xiàn)西南深、東北淺的變化規(guī)律。西南部潛水水位埋深>100m，至中部潛水埋深80～100 m，至北部第二水廠一帶則變淺為40～60 m。東北部清水河河谷地帶水位埋深最淺，約2～6 m(圖1)。

圖1 研究區(qū)地下水水位埋深分級(jí)圖 圖2 研究區(qū)凈補(bǔ)給量分級(jí)圖

4.2 凈補(bǔ)給量R

研究區(qū)垂向凈補(bǔ)給數(shù)據(jù)來(lái)源與區(qū)內(nèi)降水量乘以降水入滲系數(shù)，年均降水量自北向南逐漸增大，北部降水量最少為75 mm，南部降水量最大約240 mm。根據(jù)全區(qū)降水量分布DEM數(shù)據(jù)，乘以相應(yīng)的入滲系數(shù)，利用ArcGIS作圖，得到垂向凈補(bǔ)給量評(píng)分圖(圖2)。

4.3 含水層厚度A

研究區(qū)地下水類(lèi)型較為單一，為大厚度孔隙潛水，含水層厚度從南到北由于水位逐漸變淺，水位以下除粉砂質(zhì)粘土透鏡體外均為含水層，大部分地區(qū)潛水含水層厚度55～106 m(圖3)。

圖3 研究區(qū)含水層厚度分級(jí)圖 圖4 研究區(qū)土壤介質(zhì)分級(jí)圖

4.4 土壤介質(zhì)S

研究區(qū)西部和南部為礫石戈壁，土壤介質(zhì)主要包括礫石、中砂及粗砂，東北部為酒泉綠洲，向東黃泥堡一帶至下河清以東為耕地及荒地，土壤介質(zhì)主要為壤土(圖4)。

4.5 地形坡度T

研究區(qū)屬于河西走廊中部地帶，整個(gè)地形南高北低，總地勢(shì)是由南西向北東傾斜，西高東低，南高北低，南部山區(qū)海拔在2 200 m，北部海拔在1 600 m，平均海拔在2 000 m(圖5)。

圖5 研究區(qū)地形坡度分級(jí)圖 圖6 研究區(qū)包氣帶介質(zhì)分級(jí)圖

4.6 包氣帶影響I

研究區(qū)內(nèi)包氣帶介質(zhì)主要包括砂礫卵石、粗砂、中砂、細(xì)砂及粉細(xì)砂。其中西南角的文殊山附近以及南部金佛寺至屯升鄉(xiāng)一帶包氣帶介質(zhì)主要為卵礫石，西南部西峰鄉(xiāng)至東洞鄉(xiāng)一帶包氣帶介質(zhì)主要為砂礫石，泉湖鄉(xiāng)至中寨一帶及調(diào)查區(qū)東北部包氣帶介質(zhì)主要為粗砂，清水河河谷地帶包氣帶介質(zhì)主要為細(xì)砂、中砂，河谷最東處部分為粉細(xì)砂(圖6)。

4.7 水力傳導(dǎo)系數(shù)C

研究區(qū)北大河銀達(dá)、三墩等鄉(xiāng)鎮(zhèn)段的河谷地帶滲透系數(shù)最大，滲透系數(shù)在12～20 m/d之間，研究區(qū)西南部的西峰鄉(xiāng)至豐樂(lè)鄉(xiāng)、屯升鄉(xiāng)等區(qū)域，滲透系數(shù)相對(duì)較大，滲透系數(shù)在5～12 m/d之間，研究區(qū)東北部的三墩鎮(zhèn)和黃泥鄉(xiāng)滲透系數(shù)相對(duì)較小，都小于5 m/d(圖7)。

圖7 研究區(qū)水力傳導(dǎo)系數(shù)分級(jí)圖 圖8 研究區(qū)地下水脆弱性分級(jí)圖

5 脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法與各指標(biāo)分析結(jié)果，結(jié)合DRASTIC脆弱性劃分原則，將脆弱性分5級(jí)：DI≤70，脆弱性很好；70150，脆弱性很差。經(jīng)過(guò)ArcGIS疊加分析，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果按照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)(圖8)。

較低脆弱性主要分布在西南部的西峰鄉(xiāng)、東洞鄉(xiāng)、下河清鄉(xiāng)一帶的緩傾斜沖洪積平原，及北部山區(qū)，脆弱性綜合指數(shù)在76～100之間，面積為2 067.6 km2，分區(qū)面積百分比為62.21%。中等脆弱性主要分布在北大河之河漫灘及其兩側(cè)的堆積階地及東北部的沖湖積細(xì)土平原區(qū)，面積982.7 km2，分區(qū)面積百分比為29.57%。較高脆弱性主要分布在北部山前陡傾斜平原及北大河河谷的部分地段，面積為272.1 km2，分區(qū)面積百分比為8.19%。高脆弱性分布面積極小，北部山前傾斜平原零星區(qū)域可見(jiàn)，僅約1.2 km2，分區(qū)面積百分比為0.03%。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)在系統(tǒng)分析研究區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，按照研究區(qū)實(shí)際情況，利用ArcGIS對(duì)各因子的評(píng)分圖進(jìn)行加權(quán)疊加分析，應(yīng)用DRASTIC評(píng)價(jià)模型對(duì)工作區(qū)進(jìn)行地下水脆弱性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研究區(qū)西南部的西峰鄉(xiāng)、東洞鄉(xiāng)、下河清鄉(xiāng)一帶及北部山區(qū)地下水脆弱性較低，面積百分比為62.21%；北大河之河漫灘及其兩側(cè)的堆積階地及東北部的沖湖積細(xì)土平原區(qū)地下水脆弱性中等，面積百分比為29.57%；北部山前陡傾斜平原及北大河河谷的部分地段地下水脆弱性較高，面積百分比為8.19%；北部山前都傾斜平原零星區(qū)域地下水脆弱性高，面積百分比為0.03%。

(2)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于制定研究區(qū)國(guó)土空間規(guī)劃、地下水資源保護(hù)規(guī)劃、地下水開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃、地下水污染防治規(guī)劃，合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源、水源地的選擇與保護(hù)、土地資源等工作具有一定的指導(dǎo)意義。根據(jù)地下水脆弱性分區(qū)結(jié)果，加強(qiáng)廢物的安全排放與處置工作，防治北大河和洪水壩河內(nèi)污水排放。