基于DRASTIC模型的地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用

謝朝福

摘要：文章對(duì)地下水脆弱性的概念、脆弱性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了介紹。針對(duì)荊泉斷塊巖溶地下水的水文地質(zhì)特征，選用DRASTIC方法對(duì)該地區(qū)的地下水進(jìn)行了脆弱性評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了分析。最后，文章指出地下水脆弱性評(píng)價(jià)是地下水資源管理與保護(hù)的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地下水脆弱性；DRASTIC方法；權(quán)重

前言

“地下水脆弱性”是指由于自然條件變化或人類活動(dòng)影響，地下水遭受破壞的趨向和可能性，它反映了地下水對(duì)自然和（或）人類活動(dòng)影響的應(yīng)付能力。地下水脆弱性一般分為固有脆弱性和特殊脆弱性。目前地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法主要有迭置指數(shù)法、過(guò)程數(shù)學(xué)模擬法、統(tǒng)計(jì)方法、模糊數(shù)學(xué)方法等幾種。過(guò)程數(shù)學(xué)模擬法和統(tǒng)計(jì)方法側(cè)重于特殊脆弱性評(píng)價(jià)，模糊數(shù)學(xué)方法側(cè)重于固有脆弱性評(píng)價(jià)，迭置指數(shù)法對(duì)于固有脆弱性和特殊脆弱性評(píng)價(jià)均適用。迭置指數(shù)法又分為水文地質(zhì)背景參數(shù)法和參數(shù)系統(tǒng)法。參數(shù)系統(tǒng)法由美國(guó)環(huán)境保護(hù)局于1987年提出，是目前國(guó)內(nèi)外地下水脆弱性評(píng)價(jià)中應(yīng)用最廣泛的方法，參數(shù)系統(tǒng)法中的DRASTIC方法采用的是一種經(jīng)典的加權(quán)評(píng)分法，這種經(jīng)典的加權(quán)評(píng)分法簡(jiǎn)單易行，被廣泛采用于地下水脆弱性評(píng)價(jià)工作中，并取得了良好的效果。

本次研究根據(jù)荊泉斷塊巖溶地下水的水文地質(zhì)特征和區(qū)域特色，選用DRASTIC方法，對(duì)荊泉斷塊巖溶地下水固有脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.研究區(qū)概況

本區(qū)屬于溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，一般盛行風(fēng)向東風(fēng)和東南風(fēng)，氣候適宜、四季分明、雨量充沛、氣溫較高、光照充足、無(wú)霜期長(zhǎng)，年均氣溫13.5℃，年平均降水量875mm，70%降雨多集中在6月～9月，約為612mm，其它月份年降水量約263mm。

荊泉斷塊巖溶水系統(tǒng)位于嶧山斷裂以東，桑村穹窿以北，包括滕州市東北部、山亭區(qū)西北部和鄒城市東南部的11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積約224.72km²。荊泉斷塊為三面高、中間低的簸箕狀地形，開(kāi)口于西南部，荊河由東北——西南斜穿本區(qū)，構(gòu)成了簸箕谷底。本區(qū)按地貌形態(tài)分為低山丘陵區(qū)和山前傾斜平原區(qū)；三面高地為低山丘陵基巖裸露、半裸露區(qū)，海拔在100m～400m；中部為山前傾斜平原第四系覆蓋區(qū)，海拔在70.20m～100m；西南的洪村為本區(qū)的最低點(diǎn)，海拔70.20m。丘陵至簸箕谷底的地形坡降為2.0‰～3.75‰。本區(qū)巖溶地下水主要含水介質(zhì)為奧陶系和寒武系碳酸鹽巖；第四系覆蓋區(qū)淺表地層巖性多為粉土、粉質(zhì)粘土，地勢(shì)平坦，地面坡降小，不易形成地表徑流。

研究區(qū)裂隙巖溶主要發(fā)育在奧陶系馬家溝組灰?guī)r、白云巖中，其連通性好，導(dǎo)水性強(qiáng)，水量豐富，是區(qū)內(nèi)巖溶水的主要賦水巖體。巖溶水極強(qiáng)富水區(qū)位于嶧山斷裂東側(cè)的俞寨——羅莊一帶，巖溶發(fā)育極為強(qiáng)烈，含水層厚50m～70m，井孔單位涌水量大于3000m³/（d·m），最大達(dá)6988.98m³/（d·m）。其中，小寨、王莊一帶為強(qiáng)富水區(qū)，巖溶發(fā)育、導(dǎo)水性好、富水性強(qiáng)，含水層厚約25～70m，鉆孔單位涌水量1000～3000m³/（d·m），其它地段富水性不均一，受構(gòu)造影響明顯，鉆孔單位涌水量小于1000m³/（d·m），北部基巖山區(qū)鉆孔單位涌水量小于100m³/（d·m）。巖溶水的水化學(xué)類型以HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca-Mg型為主，少部分地區(qū)見(jiàn)HCO₃·SO₄-Ca型，溶解性總固體（TDS）一般400mg/L～800mg/L，PH值7.1～8.0。局部地段的深層巖溶水水質(zhì)較差，溶解性總固體（TDS）高達(dá)1200mg/l。巖溶水水位動(dòng)態(tài)變化與大氣降水、人工補(bǔ)給和開(kāi)采以及地形地貌條件有關(guān)。

2.DRASTIC評(píng)價(jià)方法

2.1評(píng)價(jià)因子的選擇

地下水環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)DRASTIC方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括地下水水位埋深（D）、地下水凈補(bǔ)給量（R）、含水層介質(zhì)（A）、土壤介質(zhì)（S）、地形地貌（T）、包氣帶介質(zhì)（I）和水力傳導(dǎo)系數(shù)（C）等。本次研究由于受評(píng)價(jià)區(qū)研究程度的限制，在此取前六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 DRASTIC模型簡(jiǎn)介DRASTIC方法的評(píng)價(jià)模型為：

式中：DRASTIC-評(píng)價(jià)指標(biāo)值；

T_i-第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的取值；

w_i-第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

w_i直接采用DRASTIC提供的權(quán)重值（見(jiàn)表1），T_i采用DRASTIC提供的評(píng)價(jià)因子的等級(jí)分量值（見(jiàn)表2）。

2.3指標(biāo)計(jì)算

地下水系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)由公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

DRASTIC=5D+4R+3A+2S+1T+5I

具有較高脆弱性指標(biāo)的區(qū)域，該區(qū)域的地下水就易于被污染，相反則不易被污染。脆弱性指標(biāo)最小為23，最大指標(biāo)為196，為計(jì)算方便，最大值196折算為100，最小值約為12。

2.4脆弱性區(qū)域劃分

地下水脆弱性分區(qū)按照綜合指數(shù)大小由大到小，可劃分五個(gè)級(jí)別：

第一級(jí)：100～80，地下水脆弱性高；

第二級(jí)：80～60，地下水脆弱性較高；

第三級(jí)：60～40，地下水脆弱性中等；

第四級(jí)：40～20，地下水脆弱性較低；

第五級(jí)：<20，地下水脆弱性低。

3.地下水脆弱性分區(qū)

3.1應(yīng)用GIS軟件進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)

根據(jù)研究區(qū)具體情況及獲得的數(shù)據(jù)資料，分別建立各個(gè)因子在各個(gè)評(píng)價(jià)單元上的評(píng)分，得到研究區(qū)各個(gè)因子的評(píng)分圖，再應(yīng)用GIS軟件的地理分析系統(tǒng)按各因子對(duì)應(yīng)的評(píng)分圖按各個(gè)因子的相對(duì)權(quán)重值進(jìn)行圖層間的疊加分析，得到各單元的地下水脆弱性分區(qū)圖（見(jiàn)圖1）。

3.2評(píng)價(jià)結(jié)果分析

應(yīng)用GIS軟件對(duì)6個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的評(píng)分圖按各個(gè)因子的相對(duì)權(quán)重值進(jìn)行圖層間的疊加分析得到脆弱性分區(qū)圖（見(jiàn)圖1）。根據(jù)前述脆弱性綜合指數(shù)劃分的五個(gè)級(jí)別可知，研究區(qū)內(nèi)由東北、東南部向西部地下水脆弱性有逐漸減弱的趨勢(shì)，即研究區(qū)東北、東南部低山丘陵區(qū)巖溶地下水脆弱性較高，地下水較易受污染；反之，研究區(qū)中部和西部巖溶地下水脆弱性較東部脆弱性低一些，較不易受污染。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）本次地下水脆弱性評(píng)價(jià)只考慮了地下水防污性能相關(guān)的水文地質(zhì)特征，并未考慮污染物質(zhì)的化學(xué)特性。當(dāng)一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃實(shí)施前，必須先評(píng)價(jià)其對(duì)項(xiàng)目所在地段地下水環(huán)境的影響程度；對(duì)地下水可能造成污染的工程項(xiàng)目盡量避免規(guī)劃建設(shè)在高脆弱性分區(qū)范圍內(nèi)，如若項(xiàng)目必須實(shí)施，則需在建設(shè)項(xiàng)目所在地及其周邊地面采取相應(yīng)的防滲工程措施，以盡量減少地下水污染事故發(fā)生的可能性。

（2）地下水脆弱性評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的定性與定量相結(jié)合的問(wèn)題，DRASTIC方法采用加權(quán)評(píng)分法掩蓋了各評(píng)價(jià)因素指標(biāo)值的連續(xù)變化對(duì)地下水環(huán)境脆弱性的影響，因此，地下水脆弱性是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要不斷監(jiān)測(cè)、搜集相關(guān)資料，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，不斷修正地下水脆弱性分區(qū)，使之更好地為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與規(guī)劃建設(shè)服務(wù)。

（3）在利用DRASTIC方法進(jìn)行地下水脆弱性填圖時(shí)，可以結(jié)合其它方法進(jìn)行地下水脆弱性分區(qū)評(píng)價(jià)，以便利用評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行互相比較驗(yàn)證。