海口地區地下水脆弱性評價

楊明明 徐會芹

【摘要】本文運用GMS對海口地區深度在500m內的地下水進行數值模擬，確定該區各項水文地質參數；并在此基礎上利用改進型的DRASTIC模型方法對海口地區地下水進行脆弱性評價。為該區地下水資源開發和保護提供一定的理論基礎。

【關鍵詞】脆弱性；GMS；DRASTIC；模糊層次分析法（FAHP）

1.前言

DRASTIC模型方法由美國水井協會（NWWA）和美國環境保護局（USPEA）于1987年合作開發，是宏觀尺度大范圍區域地下水脆弱性評價的經驗模型。海口地區分布有大量新生代火山巖，分布面積超過研究區面積的50%。由于玄武巖裂隙發育，降雨和地表徑流可通過火山口和玄武巖裂隙直接補給較深層水，使污染物隨雨水進入地下含水層的潛在可能性大。因此，通過地下水脆弱性評價來圈畫出地下水的污染敏感帶，精確刻畫出易于被人為活動影響的區域，對該區的水資源開發保護具有指導意義。

2.氣象水文

海口地區屬于熱帶季風氣候，陽光充足，雨量豐沛，多年平均氣溫23.8℃。多年平均降雨量為1676.8mm，5～10月份為雨季，降雨量約占全年的78.1%，11月至翌年4月為旱季，降雨量約占全年的21.9%，多年平均蒸發量1975.7mm。

3.地質地貌

海口位于海南島東北部，地勢總體呈南高北低，微向海傾。在火山活動和江河海水長期作用下，海口地區形成以火山巖臺地、河流沖積平原和濱海堆積平原為主的地貌。

研究區廣泛分布侵入巖、火山巖、沉積巖和變質巖。侵入巖分布于海口東部，約占工作區總面積的21.5%，巖石類型以中酸性的花崗巖類為主。火山巖在海口地區廣泛分布，出露面積約占總面積的約55.1%；其中古近系火山巖大部分隱伏于地下，第四系火山巖則廣泛出露于地表并形成大面積的玄武巖臺地和眾多的火山錐。沉積巖分布于研究區南部，約占總面積的18.5%，巖性為砂巖、凝灰質砂巖、泥質粉砂巖等。變質巖少量分布，巖性以變質砂巖、板巖、千枚巖為主。

4.建立適合該區的地下水脆弱性評價體系

①DRCETIC潛水含水層評價體系

海口地區潛水整體埋深淺（大部分地區小于5m），水量豐富，除考慮包氣帶介質外，本次加入富水性來對含水層水量進一步量化。且以往DRASTIC并未將地下水水質納入評價體系，但水質的好壞卻是地下水體納污能力不可或缺的一個背景值，對地下水脆弱性有直接影響。所以本次評價體系加入地下水水質評價因子。綜上，潛水評價因子為：水位埋深（D）、含水層凈補給（R）、含水層富水性（C）、含水層水質（E）、地形坡度（T）、包氣帶介質（I）、含水層滲透系數（C）。

②DCCMEM承壓水評價體系

承壓水埋深反映了含水層抵御地表和上部潛水影響的能力；而本區承壓含水層組均屬于瓊北盆地內的松散-半固結承壓層的范圍，含水層介質與隔水層介質在本次研究范圍內并未有明顯的辨識度，不能明顯反應其脆弱性的地區差異。但海口地區承壓層水量豐富，水質較好，當地已開采多年，且第一承壓含水組是主采層。故從水量、水質和人類影響的角度出發，承壓水評價體系選取因子為：含水層埋深（D）、含水層滲透系數（C）、含水層富水性（C）、含水層厚度（M）、地下水水質（E）、地下水開采強度（M）。

5.數值模擬確定水文地質參數

通過整理海口區內的237個鉆孔資料，把區內500m深度范圍內的含水層概化為“潛水含水層”、“第一承壓含水巖組”和“第二承壓含水巖組”，建立海口地區水文地質概念模型，形成描述海口地區地下水流的數學模型。運用GMS建立地下水流準三維數值模型，通過流場和典型孔水位過程線的擬合，識別水文地質條件和參數，提供較精確脆弱性因子（滲透系數、凈補給量等）數值，力求評價結果準確、可靠。

6.各評價因子的取值范圍及評分

根據各評價因子在研究區內的取值范圍將各評價因子進行分級和評分，見表1和表2。

7.確定權重

本次評價因子權重使用模糊層次分析法（FAHP）來確定。通過構造模糊判斷矩陣將下層指標與上層比較得到判斷矩陣R。并結合模糊一致比較矩陣R求出各元素相對于上一目標層關聯元素的絕對權重值，并求解Riwi=λmaxwi，得到特征向量，wi=（wi1，wi2，……..win），將其歸一化處理，得到wi=（wi1，wi2，……..win）權重向量，其中；第i-1層上的j個元素權重向量可表示為，wj1=（w1ji，w2ji，……wnji）T；第i層對第i-1層分配權重向量可表示為，wii-1=w1i，w2i，……wni；綜合各層權重矩陣可得到n層指標相對于總目標層的權重：

8.評價結果及分析

根據公式（式中為第i個評價單元的綜合脆弱性得分值；Wj為第j個評價指標的權重值；Rij為第i個評價單元第j個評價指標的評分）計算得出各含水層評價單元脆弱性指數值，運用Gis技術將海口地區地下水脆弱性評價結果數據藕合成圖，形成直觀的評價結果。根據計算所得指數范圍，將海口地區地下水脆弱性分為4個區間：脆弱性高區（脆弱性指數>180），脆弱性較高區（脆弱性指數150～180），脆弱性較低區（脆弱性指數120～150）和脆弱性低區（脆弱性指數<120）。

①潛水脆弱性分析

脆弱性高區（約占研究區總面積的7.2%）和脆弱性較高區（約占32.7%）主要分布于北部和東部沿海地帶，以及中部火山口附近的火山巖臺地區（見圖2）。沿海地帶由于潛水埋深淺，包氣帶介質多為砂礫，且滲透系數大，水質差，導致脆弱性高，易被污染。而火山口一帶地表覆蓋層很薄，雖然埋深相對較深，但是該地區玄武巖裂隙比較發育，降雨入滲系數大，凈補給量大，易被污染。脆弱性較低區（約占49.6%）和脆弱性低區（占10.3%）多分布于中部南部遠離沿海和火山口地區，該地區各項指數相對較低，包氣帶介質多為（砂質）粘土，凈補給量較小，且含水層滲透系數較小，該地區較難被污染。總體而言，潛水含水層總體埋深較淺，含水層滲透系數和降雨入滲系數較大，加之該地區年降雨量達1676.8mm，需特別注意防止地表污染物隨雨水進入地下。

②第一承壓組含水巖組脆弱性分析

脆弱性高區（約占8.2%）和脆弱性較高區（約占30.8%）主要分布在海口市區和塔市—演豐一三江一帶（見圖3）。海口市區由于開采強度大，人類活動劇烈該且滲透系數大，富水性高導致脆弱性高，易被污染；而塔市—演豐一三江一帶則由于埋深淺，富水性高，滲透系數大綜合作用，導致脆弱性高。脆弱性較低區（約占20.7%）和脆弱性低區（占40.2%）多分布于長流、東山、云龍鎮一帶。長流埋深大，東山富水性低，云龍一帶含水層水質好，且開采強度小，使該區較難被污染。總體而言，第一承壓含水組是海口地區居民生活用水的重要來源。人類干預對該層地下水形成了直接影響。因此，海口市區應限制對該層水的開采，或開辟新水源地。

③第二承壓含水巖組脆弱性分析

脆弱性高區（約占14.4%）和脆弱性較高區（約占49.1%）分布于海口市區-靈山—美蘭一三江以及東山鎮一帶（見圖4）。由于該含水組滲透系數大，富水性高含水層厚度小，導致總體上脆弱性較高，易被污染。脆弱性較低區（約占24.2%）和脆弱性低區（占12.1%）多分布于西部中部地區，該區滲透系數較小，開采量小，富水性較低，不易被污染。總體而言，第二承壓含水組該層總體埋深大，水質較好，水量較豐富，但含水層滲透系數大，污染物一旦進入，會急劇擴散造成嚴重影響。

9.結語

近年來海南島大力發展旅游事業，以得天獨厚的氣候環境吸引外大量旅游資源。環境容量接受一輪又一輪的考驗，能否保持良好的環境是能否可持續發展旅游事業的基礎。對海口地區豐沛的降水和特殊的火山巖地質環境條件而言，

地下水環境污染的可能性需要充分的認識。本次對區內三個地下水含水巖組的脆弱性進行分區評價，圈畫出易被影響的區域，為后續水資源的開發管理的決策部門提供理論基礎。

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第一作者簡介：楊明明，男，碩士研究生學歷，2012年畢業于桂林理工大學水文學及水資源專業，2012年至今在海南省地質環境監測總站從事水文地質專業技術工作.