濟寧地下水水質脆弱性研究

李吉學 孔 舒 宋秀真 李 偉

（山東省濟寧水文水資源勘測局 濟寧 272019）

地下水是水資源的重要組成部分，地下水一旦受到污染，其治理和恢復的難度和代價都很大。通過對地下水脆弱性分析，評價地下水潛在的易污染性，圈定脆弱的地下水分布范圍，明示地下水開發和保護要求，為地下水資源的可持續利用提供技術支撐。

1 地下水脆弱性研究方法概述

目前地下水脆弱性評價的主要方法有迭置和指數法，過程數學模擬法，統計方法與模糊數學法。國內外地下水脆弱性研究發展很快，大多數研究是針對地下水的本質脆弱性，所用的評價方法多為迭置和指數法，其中不少是應用DRASTIC方法進行評價或對DRASTIC方法進行若干改進。DRASTIC方法是美國環境保護局于1987年由Aller等提出的，它是采用7個影響和控制地下水流和污染質運移的參數構成該方法的脆弱性評價的因子體系，它們分別是：地下水埋深、含水層的凈補給、含水層的巖性、土壤類型、地形、包氣帶的影響及含水層滲透系數。

2 地下水脆弱性評價方法——DRAIQC模型的建立

2.1 建立DRAIQC模型

DRASTIC方法主要考慮了以下參數：地下水埋深、凈補給量、含水層介質、地形、包氣帶性質、含水層導水系數，并將以上參數分成幾個區間，每個區間都賦以一個分值，并且每個參數均賦以一個權值，權值反映了參數與地下水脆弱性之間的關系。DRASTIC系統是評價給定水文地質條件的特定區域地下水污染敏感性的有效工具。這一系統可以定量地分析，影響和控制污染物運動的主要水文地質因素。DRASTIC系統借助GIS可以綜合水文地理信息且使用方便，最后的DRASTIC指標分布圖也十分直觀清晰。

濟寧市地處平原區，地形平緩，按照DRASTIC方法的評分標準，整個研究區的地形參數評分均為10分，地形參數對該地區地下水水質脆弱性的判別已無實際意義，可以不考慮該項因子。在研究區范圍內土壤型和包氣帶介質的類型也比較統一，分布比較均衡，全區幾乎沒有差異。全區評分也只有4分和3分，對地下水水質脆弱性的判別也無實際意義，故本研究體系亦不考慮這兩項因子。濟寧市長期過量開采地下水，引起地下水水位持續下降，已經形成了較大規模的以城市為中心的水位降落漏斗。由于受地下水水動力場的影響，污染物在漏斗中心的富集狀況比較嚴重，說明地下水水質脆弱性相對較高。因此，對于濟寧市的地下水水質脆弱性的研究，本文增加了地下水開采強度和地下水水質現狀這兩個評價因子。由于針對地下水水質的優劣程度，一般可以采取相應的保護和治理對策。在脆弱性評價中加入這一因子有利于對應政策的制定，更具有實際意義。

基于以上分析，在DRASTIC模型的基礎上提出了一個適合濟寧市水文地質條件下的濟寧城市地下水水質脆弱評價模型——DRAIQC模型（見表1）。

2.2 GIS技術的應用

GIS技術可以對地理空間數據和信息實現輸入、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析等功能，已經廣泛地應用于各個領域。DRASTIC方法的普遍應用與地理信息系統（GIS）技術的迅速發展與該方法與GIS技術的簡單方便的耦合密不可分，為地下水脆弱性評價提供了有力的支持，極大地推動了地下水脆弱性研究的發展，并已廣泛應用于地下水脆弱性評價因子的提取和評價成果的制圖中。

表1 DRASTIC指標和DRAIQC指標及其權重

表2 綜合指數法脆弱性評價分級

3 DRAIQC模型的評價方法

本文結合水質評價中的綜合指數評價法，對傳統的ARSTIC方法中權重獲取的主觀因素加以改進，采用新的打分評價計算方法，得到最終的濟寧市地下水水質脆弱性評價結論。

首先進行上述各單項因子評價，劃分所屬的脆弱性類別，并對各類別按表2分別確定單項因子指數值Fi和綜合評判分值F。

綜合評判分值F的確定：

Fmax——評價因子評分值Fi的最大值；

Fi——各評價因子評分值

n——項數。

最終的計算結果，根據表2劃定所屬類別，決定脆弱性等級。

4 濟寧市研究區地下水水質脆弱評價

4.1 評價因子確定

本研究依據濟寧市城區地下水埋深、含水層凈補給量、含水層巖性、含水層的滲透系數、地下水開采強度和地下水水質現狀，在評價過程中對每個指標劃分等級，并賦予相應的值。每個評價因子一般劃分為10個等級，分別建立各評價因子的評分標準，各因子的評分范圍都介于1～10分，根據其最大與最小值的范圍，按照大致平均分級的理念設定其評分，評分越大，脆弱性越大，評分值越大，影響越大，各個評價因子的評分體系見表3。

表3 各評價因子評分表

4.2 計算步驟

DRASTIC結合GIS進行區域地下水污染脆弱性評價，可分為以下步驟：（1）資料的收集和處理：需要收集的資料包括地下水測井的抽水觀測資料和水文地質報告、水資源報告（降水、徑流和蒸發等）、土壤調查報告和地形圖等。（2）參數分布圖的準備：將收集到的資料進行分析，對沒有直接給出值的參數進行推算或換算，然后將其分別標在7幅不同的底圖上。若是數字型參數，可用等值線或分區圖表示；若為介質型參數，只能用分區圖表示，并用不同的顏色來表示參數的不同值。用數字化儀或其他方法將其輸入計算機，即得到7幅參數分布圖。（3）指標值的確定：對數值型參數，其指標值的確定十分方便；但對于介質參數，其指標必須根據各處的水文地質條件對照評分表仔細地分析確定。（4）指標值分布圖的生成：借助于GIS將參數分布圖轉換為指標值分布圖。（5）DRASTIC綜合指標分布圖可以清楚地看出不同水文地質單元的地下水污染敏感性的大小。顏色的深淺表示DRASTIC指標的大小，一般顏色越深，DRASTIC綜合指標越大，表示地區越易被污染，反之亦然。本文應用該方法對研究區進行脆弱性評價。

首先，要對各圖層進行數字化處理和屬性賦值。以地下水水質現狀為例，用數字化儀或其它方法將評價結果分布圖輸入計算機。在Attributes中，按照評分標準將每一個Polygon賦上相應的評分值。

在對每個圖層進行數字化處理和屬性賦值后，就可以進行圖層合并。Toolbox軟件包是ArcGIS自帶工具箱，具有強大的數據處理與分析功能。應用其分析工具中的Union功能，可以很方便地對6個圖層及其中相應的數據進行合并與疊加隨后，采用編制的VisualBasic計算程序，對每個小單元的各種綜合脆弱性屬性值進行計算，并將計算結果返回GIS屬性數據表中，得到地下水水質脆弱性評價評分圖。

4.3 計算結果

根據上述分析，得到各評價單元脆弱性指數的五個等級：低脆弱性區（脆弱性打分為I）；較低脆弱性區（脆弱性打分為II）；一般脆弱性區（脆弱性打分為III）；較高脆弱性區（脆弱性打分為IV）；和高脆弱性區（脆弱性打分為V）。按各分區等級對相同分區的評價單元進行合并，最后得到研究區的地下水水質脆弱性評價分區圖（見圖1）