基于DRASTIC指標體系評價平泉地區地下水脆弱性

■楊熙張勃楊學亮榮慧峰

（1河北省地礦局第四水文工程地質大隊 河北滄州061000；2河北省環境地質勘查院河北石家莊050000；3河北省地礦局第十一地質大隊 河北邢臺054000）

基于DRASTIC指標體系評價平泉地區地下水脆弱性

■楊熙1張勃1楊學亮2榮慧峰3

（1河北省地礦局第四水文工程地質大隊 河北滄州061000；2河北省環境地質勘查院河北石家莊050000；3河北省地礦局第十一地質大隊 河北邢臺054000）

本文以河北省承德市平泉地區為研究區，對地下水脆弱性評價研究的概念、發展、趨勢進行了綜述與分析，建立了地下水脆弱性評價DRASTIC指標體系，對地下水脆弱性進行評價，將研究區按地下水脆弱性程度分成四個區域，并分析了原因。評價結果客觀，能夠為研究區地下水開發利用保護提供科學參考依據。

平泉地下水脆弱性DRASTIC指標體系評分體系

1　引言

河北省承德市平泉縣地處河北、內蒙古、遼寧三省交界處，為歷史文化底蘊深厚，旅游業發達,礦產資源豐富的山區縣。該地區地貌復雜，年降水量少，地下水資源非常寶貴。近年，由于工農業生產快速發展，旅游業欣欣向榮，用水量較大，加上對地下水粗放式開采，生產和生活污水排放量進一步增加，致使水環境有惡化的趨勢。但是對于維系該區現代生態環境的水資源研究比較少見，具有針對性的地下水脆弱性分析評價工作較少展開。本文旨在利用DRASTIC指標體系對研究區進行地下水脆弱性評價研究，確定脆弱性分區，為地下水資源保護提供科學依據。

2　研究區水文地質概況

研究區屬于暖溫帶大陸性季風型氣候，總的氣候特點為降水量少、干燥度大、干旱嚴重、夏季降雨集中，且經常伴有冰雹和大風。區域全境皆山，屬于侵蝕構造山地區，地形復雜，內有瀑河水系，主要支流為老牛河、老哈河等，河谷階地呈條帶狀分布在各條河流及其支流兩側。大氣降水垂直入滲補給是本區最基本的地下水補給來源，降水量、降水強度及降水補給特征對地下水形成起著主要控制作用，總的徑流方向是由北向南順勢徑流，但由于地形條件的差異，山區地下水的流向又具有局部多向性。地下水主要賦存于松散巖類孔隙、碳酸鹽巖類裂隙溶洞、基巖類的構造節理裂隙、風化帶網狀裂隙以及碎屑巖裂隙孔隙之中，分布受地層巖性、地質構造和地貌等賦存條件的綜合影響，具有較大的不均勻性。含水巖組的基本類型主要劃分為松散巖類孔隙水含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水含水巖組、碎屑巖類裂隙孔隙水含水巖組、基巖裂隙含水巖組四個大類。

3　研究區地下水脆弱性評價方法

3.1評價分級及標準

在國內外地下水脆弱性研究領域，評價方法主要有迭置指數法、過程數學模擬法、統計方法及模糊數學方法等。本文采用迭置指數法中的DRASTIC評價方法對研究區地下水脆弱性做出評價，選取7個最主要的要素作為評價指標，地下水埋深(D)、含水層凈補給量(R)、含水層介質類型(A)、土壤介質類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶介質類型(I)及含水層水力傳導系數(C)。將每一個評價因子劃分為10個等級，用評分值進行量化，范圍在1～10之間，影響最小的被賦予1，影響最大的被賦予10。

3.2評價權重及評價指數

DRASTIC評價方法給每個指標都賦予了一個相對權重值，范圍為1～5，用來反映各個指標與地下水脆弱性的關系，對地下水最具影響的指標權重為5，影響程度最小的權重為1。地下水受到污染的潛在可能性越大，評分值越大，地下水脆弱性程度越強。需要特別指出的是，DRASTIC指數并不表示地下水污染的絕對數值，它僅表示不同區域地下水的相對脆弱性。由正常情況下和農田噴灑農藥兩種情況下獲得的DRASTIC指數是不等同的。本次研究只考慮正常狀態的指標評分方法，同時結合研究區具體環境背景情況，改進DRASTIC體系，按地下水脆弱性程度的不同，將其劃分為4個級別，即地下水脆弱性程度較弱、較不易被污染的區域，脆弱性程度中等、易被污染的區域，脆弱性程度較強、較易被污染的區域，脆弱性程度強、極易被污染的區域等四個區域。

3.3評價因子特殊性說明

研究區水文地質條件較復雜，在評價過程中根據實際情況對DRASTIC評價方法進行了調整。地下水埋深在一定程度上影響著污染物進入地下水中的可能性，不同污染物在遷移過程之間會產生絡合、氧化還原、沉淀溶解、吸附—解吸等一系列化學反應，這些反應對污染物的遷移轉化有重大影響，本次評價主要考慮了地下水埋深對地下水污染的影響程度，并未過多考慮化學反應對其所起的作用。正常情況下，凈補給量越大，地下水被污染的潛在可能性越大，呈現正比關系。但如果凈補給量足夠大，能夠稀釋污染物時，地下水污染的潛勢將轉為減小。由于凈補給的精度較低，本評價方法只把年平均入滲量作為凈補給量，對凈補給量的評分沒有反映污染物稀釋這一因素，未考慮補給的分布、強度、持續時間以及灌溉和廢水排放等的補給量，使凈補給的評分范圍比較寬。含水層中的地下水滲流受含水層巖性的影響，污染物的運移路線以及運移路徑的長度由含水層巖性所控制。運移路徑的長度決定著稀釋過程，如吸附、反應和彌散。污染物運移的路線是由裂隙和相互連接的溶洞所控制的。在多層含水系統中，只選擇了典型含水層進行評價。確定了含水層后，只把該含水層中主要的、關鍵的含水介質作為含水層介質。土壤介質是指非飽和帶最上部具有顯著生物活動的部分，土壤層通常為距地表平均厚度≤2m的地表風化層。對于當某一區域的土壤介質由兩種類型的土壤組成時，選擇最不利的介質類型確定級別。當有三種介質存在時，選擇中間的介質確定級別。同時，考慮了土壤的自凈能力也是影響地下水脆弱性的一個方面。地形坡度對于污染物被沖走或滯留具有顯著作用，尤其是河谷地貌區，地形起伏高差大，坡度變化較大。當地形坡度小于2%時，給污染物滲入地下提供了最大的機會，因為在這一范圍內，污染物及降雨量都不會流失，具有較強的地下水脆弱性；然而，地形坡度大于18%時，一旦存在地表水，則較易形成地表徑流，大大降低了污染物滲入的可能性，地下水脆弱性降低。包氣帶介質類型的選擇類似于含水層介質類型的選擇，介質類型決定著土壤層和含水層之間巖土介質對污染物的削減特性，是地下水免受直接污染的重要屏障。本次評價選取影響能力最大的作為包氣帶介質，在有多層介質存在的情況下，選擇厚度最大的一組，對于固結巖石介質，考慮了其裂隙、巖溶發育程度。含水層水力傳導系數主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數和水的粘滯性等，水力傳導系數越高，防污性能越差，富水程度越高，水力傳導系數越大，污染物在含水層內的遷移速度越快，地下水中的污染物就會越容易擴散，造成污染范圍擴大，對地下水資源的利用是一種負面的影響。本次評價綜合考慮了實際現場試驗方法和經驗估算值來確定其取值。

4　研究區地下水脆弱性評價結果

把研究區地下水脆弱性各評價指標的評分值做橫縱向比較，并根據研究區地下水脆弱性程度級別的劃分，得出評價結果。如下：

（1）地下水脆弱性程度較弱、較不易被污染的區域主要是指以碳酸鹽巖類為主的低山區。主要分布于雙洞子—槽碾溝兩側地帶、山口—岔溝門及北干溝—岔溝門一帶。含水巖組多為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水含水巖組，含水層介質主要由薊縣系、寒武系、奧陶系灰巖、白云質灰巖、灰質白云巖及白云巖等組成。該區域接受大氣降水補給，在一定程度上受到巖溶、節理裂隙發育，裂隙寬且延伸長，切割深，垂直節理發育等特征的影響，降水入滲補給系數大，凈補給量大。大氣降水經裂隙溶洞匯聚，以泉的形式出露于溝谷地帶，地下水為潛水、承壓水，其排泄方式以向下游徑流與泉水出露為主。地下水埋深大，較不易被地表污染物污染，且在地下滲流途徑較長，含水層介質對污染物的削弱作用較大，污染物向下遷移能力弱，地下水抗污染能力強，水質較好。土壤層厚度小，包含部分碳酸鹽巖表層風化殼風化所形成的石灰土。包氣帶對污染物存在阻擋能力和過濾作用，含水層水力傳導系數小。區域一般地面縱、橫坡度變化大，地形坡度大于10%，有利于形成地表徑流，加劇污染物流失。相對來說，該地區具有較弱的地下水脆弱性，對于外界污染具有較強的抵御能力，較不易被污染。

（2）地下水脆弱性中等、易被污染的區域包括部分丘陵區及低山區，分布于蒙和烏蘇蒙古族鄉—黃土梁子鎮—沙坨子鄉以西，七家鄉、七家岱滿族鄉、王土房鄉一帶及曹家店—鄭杖子一線。含水巖組主要為基巖裂隙含水巖組，含水層介質主要由變質巖及巖漿巖構成，主要包括太古代單塔子群、遷西群片麻巖、變粒巖、淺粒巖類及侏羅系花崗巖類等。地下水賦存在節理、構造裂隙、風化裂隙和張裂隙發育的斷裂破碎帶，以潛水為主，斷裂破碎帶局部有脈狀承壓水。基巖裂隙水受大氣降水補給，地下徑流短，儲水空間小，富水性不均，在地勢低洼部位以泉的形式排泄，或者以潛流的形式側向補給河（溝）谷孔隙水。

地下水脆弱性中等、較易被污染的區域還包括小部分河谷地貌區—谷坡亞區—湖河相沉積物組成的谷坡帶，主要為河湖相沉積含水巖組。含水層介質主要是粉砂和砂質粉砂巖，土壤介質多為粒徑很小的粘土，同時受包氣帶介質類型的影響，對污染物起到了過濾作用，并使其遷移速度緩慢。該區域多為谷坡形態，地形坡度較緩，降水入滲補給系數及含水層水力傳導系數小。

綜合以上原因分析，該區域雖然具有一定的地下水自我防務能力,但依然容易被污染。

（3）地下水脆弱性較強、較易被污染的區域主要指以碎屑巖類為主的低山區，主要分布于平泉—桑園壓性斷裂附近，北五十家子—楊樹嶺鎮一線。含水層介質主要由三疊系、侏羅系、長城系砂質泥巖、砂巖、礫巖等碎屑巖類組成。山坡松散物薄，表層風化，形成小范圍薄層弱含水層，基巖裂隙不發育，能夠接受大氣降水補給，但不利于大氣降水向更深處入滲，凈補給量相對較小。地下水為潛水、微承壓水性質，埋深不深且水量較小，含水層水力傳導系數不大，其排泄以向第四系孔隙水補給為主，一般無泉水出露。土壤介質包括砂土、砂礫石、粉砂等，顆粒較小，同時受包氣帶介質類型及厚度的影響，在一定程度上過濾了污染物。地形坡度的范圍為5%～10%，在降雨量大的時候，可以形成地表徑流，減弱污染物對地下水的的污染能力。該區域地下水脆弱性較強、較易被污染。

（4）地下水脆弱性強、極易被污染的區域為瀑河河谷、河床、河谷兩岸階地、谷坡等地區。含水巖組主要為松散巖類孔隙水含水巖組。含水層介質為河流沖積砂礫石、洪坡積碎石土、沖洪積碎石黃土、砂卵礫石等，磨圓度高分選性好，多接受大氣降水及山區側向補給，孔隙空間較大，降水入滲系數大，凈補給量強度大。土壤介質顆粒大，如砂卵礫石層，砂礫石層等，對污染物過濾作用較小，包氣帶自凈能力弱，水力傳導系數大，地下水為淺層潛水，埋深小，水量較小、不穩定，可供一些小的自然村人畜飲用，水質大多符合飲用水標準。地形坡度小，地勢低平，利于污染物滲入地下，對地下水造成污染。該區域人口聚集,除河床以外大部分溝底被改造成農田，農業污染和生活污染對地下水有較大影響,生產生活中對環境的破壞、垃圾廢水的不合理排放也導致了生態環境的惡化和水文地質本質條件的進一步脆弱，使防護能力差，人為影響進一步加劇了區域地下水脆弱性,地下水易受到污染，脆弱性高。

5　結論

本次研究根據平泉地區的實際情況，建立了地下水脆弱性評價DRASTIC指標體系，評價因子較好的反映出影響研究區地下水質量的主要因素，評價結果反映了研究區地下水基本特點，規律性較強，效果良好。

[1]鄭喜珍，趙忠義等，區域水文地質普查報告 (冀北地區).1995.12.

[2]曾令海、張成兵、杜興明、邢忠信等，冀北地區（重點缺水區）后備地下水水源地勘查報告.2011.12

[3]曹劍峰、遲寶明等，《專門水文地質學》，北京：地質出版社，2006.05.

[4]楊熙，河北陽原泥河灣盆地東部地下水脆弱性研究，2011.05.

TU991.11+2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-108-2

楊熙（1984~），女，2008年畢業于石家莊經濟學院地質工程專業，碩士，工程師，研究方向為水文地質工程地質。