基于改進DRASTIC方法的淮河流域平原區淺層地下水特殊脆弱性評價研究

喻光曄　阮曉紅　王　津

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基于改進DRASTIC方法的淮河流域平原區淺層地下水特殊脆弱性評價研究

喻光曄阮曉紅王津

一、前言

淮河流域平原區地表水資源相對匱乏且大多存在污染問題，近年來流域內平原淺層地下水開采利用率約為60%～70%。隨著社會經濟的發展，地下水面臨著水質污染的威脅。開展淮河流域平原區淺層地下水脆弱性評價可為該地區的地下水資源保護和管理提供科學依據，具有重要的現實意義。

二、地下水脆弱性評價研究概況

地下水脆弱性表示地下水系統容易遭受污染的可能性。國外于20世紀70年代開展了對地下水脆弱性評價的研究，80年代后許多國家和地區開展了廣泛深入的研究工作。地下水脆弱性評價方法主要有迭置指數法、過程數學模擬法、統計方法和模糊數學方法等。美國環境保護局1987年提出的DRASTIC模型應用最為廣泛。1993年美國環保局（USEPA）和國際水文地質協會（IAH）將地下水脆弱性分為本質脆弱性與特殊脆弱性兩類：本質脆弱性評價不考慮人類活動和污染源而只是考慮水文地質內部因素的脆弱性；地下水特殊脆弱性，指地下水對某以特定類型污染源和污染群體或人類活動的脆弱性。我國于20世紀90年代起逐步開展的DRASTIC方法評價地下水本質脆弱性評價，其評價指標及權重如表1所示。

由于淮河流域平原區人口密集、工農業生產活動劇烈、地下水開發利用程度高等特定，應開展地下水的特殊脆弱性評價。本文在DRASTIC本質脆弱性評價的基礎上，結合淮河流域平原區特點增、刪部分評價指標，采用層次分析法（AHP方法）確定指標權重，建立了淮河流域平原區淺層地下水特殊脆弱性評價體系，并繪制淺層地下水特殊脆弱性分區圖。

圖1　AHP特殊脆弱性評價指標層次示意圖

表1　DRASTIC本質脆弱性評價方法指標及權重表

表2　指標層總層次權重排序表

三、特殊脆弱性評價指標體系的建立

1.評價指標體系

（1）地下水埋深（Depth toWater）

地下水埋深反映了污染物從地表通過包氣帶到達地下水的距離，決定地表污染物到達含水層之前所經歷的各種水文地球化學過程。地下水埋深越大，地下水脆弱性越低，反之則相反。

（2）凈補給量（Net Recharge）

凈補給量為特定時間內單位面積上通過包氣帶進入含水層到達地下水水位的水量，通常以年凈補給量表示。凈補給量越大，污染物進入到地下水中的可能性越高，地下水脆弱性越高，反之則相反。

（3）含水層介質（Aquifer Media）

含水層對地下水脆弱性影響的表征指標包括巖性、厚度、滲透系數、富水性等，其中含水層富水性反映了地下水綜合含水量、給水能力強弱，富水性越強地下水脆弱性就越高，反之則相反。

（4）土壤介質（Soil）

土壤介質影響滲入地下水的補給量和污染物垂直進入包氣帶的能力。土壤顆粒越小，粘土礦物含量越多，有機質含量越高，地下水脆弱性越低，反之則相反。

（5）河網密度（Drainage Density）

單位流域面積上的河流總長度稱為河網密度。河網密度越大，地下水脆弱性越高，反之則相反。由于評價區域為平原區，地形坡度（Topography）指標反應地形變化特點不顯著，故刪除地形坡度指標，采用河網密度指標表征。

（6）包氣帶介質影響（Impact of the Vadose Zone）

包氣帶介質的類型決定著土壤層和含水層之間介質對污染物的削減特性。巖性顆粒越細、粘粒顆粒占比越高，其滲透性越差，吸附凈化能力越強，地下水脆弱性越低，反之則越高。

（7）含水層滲透系數（Aquifer Hydraulic Conductivity）

含水層滲透系數反映含水層介質的滲透性和水力傳輸性能，在一定水力梯度下，滲透系數越大，污染物在含水層內的遷移速度越快，地下水脆弱性越高，反之則相反。

（8）土地利用類型（Land Use）

農業用地的地下水中氮磷污染物濃度高于其他區域，農業養殖場分布區尤其明顯，平地水田與旱地水澆田的污染物淋溶流失特征各異。通過土地利用的狀況反映出地下水特殊脆弱性中污染負荷影響。

（9）地下水開采系數（Mining Coefficient）

開采系數越大，地表至含水層間的水動力條件將發生改變。因此地下水開采系數指標能反映出人類活動對污染物遷移的驅動影響。

2.指標等級評分和權重

本文中采用結合模糊評價判斷矩陣的層次分析法確定特殊脆弱性評價指標之間的相對重要性關系，關系圖見圖1。

依據層次分析法結合模糊評價判斷矩陣計算各指標相對權重見表2。

分別建立各評價指標的評分標準，單項評價指標范圍及評分標準見表3。

表3　各評價指標的范圍和評分表

表4　地下水特殊脆弱性分級及各等級占比表

四、評價結果

將淮北平原區劃分為2km×2km的單元，對單元上各評價因子賦值，按照各個因子的權重值進行指標層疊加分析，得到淺層地下水特殊脆弱性綜合分布圖。綜合脆弱性指數E計算公式如下

式中：E—特殊脆弱性綜合指數；

Pi—單元柵格單項指標賦分；

Wi—對應指標權重。

通過疊加分析得到淺層地下水特殊脆弱性指數區間為61～152，用自然間斷分級法分為脆弱性低（61～92）、較低（93～102）、中等（103～110）、較高（111～129）、高（120～152）五級，具體分布如表4。評價結果顯示：

（1）淮河流域平原區特殊脆弱性的分布總體呈現北高南低，近河部分高，遠河部分低，山丘區高，平原區低的趨勢，主要原因為沿河谷部分凈補給量值較大、土壤及包氣帶介質顆粒相對較粗，含水層富水性較好，導致總體特殊脆弱性較高。

（2）東部沖積區、沖積海積區以及沿高郵湖、洪澤湖周圍脆弱性較低區域主要土壤質地粘重、包氣帶顆粒較細，存在部分低緩坡地，地下水埋深相對較深，總體脆弱性指數相對較低。沿海部分區域由于凈補給量較大造成脆弱性指數高。

五、結語

本文利用改進的DRASTIC方法評價了淮河流域平原區淺層地下水特殊脆弱性，該方法相對較好地符合了研究區實際狀況，選定的評價指標能較好地反映影響地下水水質的主要因素。得到的淺層地下水脆弱性分布圖，對今后該地區制訂地下水資源管理、土地利用、環境保護及城市規劃等政策措施具有參考價值■

（作者單位：淮河水資源保護科學研究所233000南京大學地球科學與工程學院210000江蘇省太湖地區水利工程管理處215128）