貴州省鴨池河至構(gòu)皮灘流域地下水固有防污性能評價

沈誠

摘要：貴州省鴨池河至構(gòu)皮灘流域面積較大、巖溶地層分布廣泛、歷史調(diào)查程度較低；通過綜合分析，結(jié)合研究區(qū)背景特征，以地下水水面為資源保護目標(biāo)，選取了降雨量、土壤類型、包氣帶巖石、表層巖溶發(fā)育率四個因子進行了地下水防污性能評價，得到了研究區(qū)地下水固有防污性能分區(qū)。其成果可以有效指導(dǎo)研究區(qū)的地下水資源管理工作，并為地下水資源保護和土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鴨池河至構(gòu)皮灘；地下水；固有防污性能；評價

Evaluation of underground-water vulnerability in the basin of YaChiHe to GouPiTan in Guizhou

Shen Cheng

College of Environmental Monitoring of Guizhou Province，Guiyang550004，Guizhou

Abstract： The area of YaChiHe to GouPiTan drainage basin in Guizhou Province， the karst strata are widely distributed and the degree of historical investigation is low. Based on the comprehensive analysis and combined with the background characteristics of the study area， taking the groundwater surface as the resource protection target， four factors， rainfall， soil type， rock in the aeration zone and the karst development rate of the surface layer， are selected to evaluate the groundwater pollution prevention performance， and the underground water in the study area is obtained Division of inherent antifouling performance of water. The results can effectively guide the management of groundwater resources in the study area， and provide scientific basis for groundwater resource protection and land use planning.

Key words： YaChiHe to GouPiTan； Underground-water； Evaluation； Vulnerability in the basin

1.前言

地下水是人類生存不可缺少的寶貴資源，也是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。但是隨著人口的增長，社會經(jīng)濟的發(fā)展，在地下水需求量日益增大的同時，地下水環(huán)境不斷惡化，部分地區(qū)的地下水污染情況也越發(fā)嚴(yán)重。地下水資源的合理開發(fā)和保護管理已經(jīng)成為當(dāng)今環(huán)境科學(xué)中的研究熱點。

地下水固有防污性能是指在一定的水文地質(zhì)條件下，人類活動產(chǎn)生的所有污染物進入地下水的難易程度，它與含水層所處的水文地質(zhì)條件有關(guān)[1]。本文針對鴨池河至構(gòu)皮灘流域評價面積較大，巖溶地層分布廣泛、歷史調(diào)查程度較低等實際特征，并綜合考慮了資料覆蓋情況，以地下水水面為資源保護目標(biāo)，選取降雨量、土壤類型、包氣帶巖石、表層巖溶發(fā)育率四個評價因子，建立適合研究區(qū)的固有防污性能評價體系，并開展相關(guān)評價工作。

2.研究區(qū)背景

鴨池河-構(gòu)皮灘流域?qū)儆陂L江水系烏江中游，地理位置為貴州省中部，主要涵蓋行政區(qū)域為：修文縣六廣鎮(zhèn)和六桶鄉(xiāng)，息烽縣的全部，開陽縣的雙流鎮(zhèn)、金鐘鎮(zhèn)、馮三鎮(zhèn)、永溫鄉(xiāng)和楠木渡鎮(zhèn)，甕安縣和余慶縣的大部分。研究區(qū)氣候上屬北亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量1184.76mm，降雨年內(nèi)時空分配極不均勻。研究區(qū)以寒武系和三疊系地層的碳酸鹽巖出露面積最廣，發(fā)育最全；地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，處于畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)、貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)和鳳崗北北東向構(gòu)造變形區(qū)三個四級構(gòu)造單元的過度地帶；主要為溶蝕侵蝕地貌，主要地貌組合類型為峰叢溝谷；主要的地下水類型為純碳酸鹽巖巖溶水和不純碳酸鹽巖巖溶水；研究區(qū)地下水主要以大氣降水補給為主，并沿巖溶裂隙管道由西南向東北方向徑流，最終通過地下河、巖溶大泉等排入烏江干流。

3.評價方法

在地下水防污性能評價方法中，以DRASTIC評價模型應(yīng)用最廣泛。但該方法未考慮巖溶含水層的特殊性，如巖溶含水系統(tǒng)的“二元”特性以及落水洞、天窗、漏斗等巖溶形態(tài)對地下水脆弱性的影響，對巖溶地區(qū)地下水的應(yīng)用不是很理想。

由于DRASTIC模型的局限性，歐洲學(xué)者提出了適用于巖溶含水層脆弱性的EPIK法[2]和OCPK方法[3]。在本文的評價過程中主要參考了歐洲模式，以地下水水面為資源保護目標(biāo)，并根據(jù)研究區(qū)巖溶地層分布廣泛、評價區(qū)域面積較大、歷史調(diào)查程度較低等實際特征，并綜合考慮了資料覆蓋情況，選取了降雨量、土壤類型、包氣帶巖石、表層巖溶發(fā)育率四個因子進行評價。采用層次分析方法確定各因子權(quán)重，并通過綜合疊加方法得到防污性能評價分區(qū)圖，整個過程在ARCGIS軟件中實現(xiàn)。

4.評價因子

4.1降雨量

研究區(qū)年降雨量從900mm～1200mm不等，甕安縣、開陽縣、息烽縣的東部多年年降雨量均大于1100mm，息烽縣西部年降雨量在1000mm～1100mm之間，修文縣年降雨量僅為900mm～1000mm。研究區(qū)年降雨量空間上分布不均勻，時間分布也存在較大差異，5月～10月為集中降水其，大雨暴雨較多。本次評價主要考慮年降雨量的大小，降雨量越大，地下水防污性能越差，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

4.2土壤類型

表層土壤是評價地下水固有防污性能的重要特征參數(shù)，其評分標(biāo)準(zhǔn)主要是根據(jù)不同土壤類型的厚度、土壤有機質(zhì)、土壤交換容量CEC、人類活動特征來進行確定。土層厚度與水滯留時間密切相關(guān)，因此土層越厚地下水固有防污性能越好；土壤CEC（陽離子交換容量）越大，對污染物的吸附能力越強，有機物含量越高，氧化還原反應(yīng)強度越大，兩者均可表征土壤的自凈能力大小，而土壤的自凈能力越好，地下水固有防污性就能越好；開墾耕種類的土壤，由于人類活動頻繁導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重以及大規(guī)模化肥農(nóng)藥的使用，這類土壤已經(jīng)失去了部分防污作用，甚至部分地區(qū)還有可能成為地下水污染源。本次評價主要通過劃分土壤類型，如紅壤、黃壤、黃棕壤、粗骨土、紫色土、水稻土等，并綜合考慮各類土壤的特征，確定其防污能力。具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

4.3表層巖溶發(fā)育率

研究區(qū)為巖溶發(fā)育地區(qū)，碳酸鹽巖分布廣泛，表層巖溶發(fā)育，其發(fā)育強度主要受巖性、巖石結(jié)構(gòu)、地貌、水動力條件，土層及植被覆蓋情況等因素影響。其發(fā)育可以通過兩個基本要素的測量進行評價，即垂直相交小形態(tài)或溶蝕通道在特定尺度內(nèi)的平均深度和頻率（即個數(shù)），相交小形態(tài)或巖溶通道包括巖溶節(jié)理，溶蝕裂隙，小溶溝、溶隙、溶管以及小溶坑、豎井、漏斗、洼地等。溶蝕節(jié)理、裂隙等巖石特征通過包氣帶巖石巖性因子來考慮，因此本評價因子中只考慮洼地、豎井、漏斗、溶洞等的發(fā)育情況。在研究區(qū)地下水污染調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，地表巖溶形態(tài)點尤其是漏斗、伏流入口等是巖溶水系統(tǒng)遭受直接污染的主要途徑，污染物能通過地表巖溶形態(tài)點直接進入含水層。因此地表巖溶形態(tài)點密度越大，該區(qū)域地下水防污性能越差。本次評價利用研究區(qū)1∶5萬水文地質(zhì)圖中的漏斗、落水洞、豎井、洼地、伏流入口等巖溶形態(tài)點來表征地表巖溶的發(fā)育情況，將洼地、豎井、漏斗等成片發(fā)育的地區(qū)和地下伏流區(qū)劃為表層巖溶非常發(fā)育區(qū)，將洼地、豎井等發(fā)育但是未能成片連接的地區(qū)劃為表層巖溶中等發(fā)育區(qū)，將巖溶形態(tài)點不太發(fā)育的地區(qū)劃為表層巖溶一般發(fā)育區(qū)，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

4.4包氣帶巖石

地層巖性是地下水系統(tǒng)、表層巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是研究區(qū)地貌分布特征的主要控制因素之一，地層巖性是影響地下水防污性能的重要因子。因為本次評價以地下水面為保護目標(biāo)，因此只考慮包氣帶巖石的特征。一般來說純碳酸鹽巖地層由于容易受到溶蝕，抵御地下水污染的能力差，巖漿巖變質(zhì)巖等抵御地下水污染的能力強，包氣帶巖石的具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

5.評價因子的權(quán)重及結(jié)果計算

采用專家打分法確定權(quán)重，得到各因子權(quán)重如表2所示，然后在ARCGIS中利用各個圖層分別與其權(quán)重相乘，并進行疊加，得到地下水防污性能綜合污染指數(shù)，對得到的綜合指數(shù)進行等級劃分，8-10為地下水防污性能差區(qū)，7-8為地下水防污性能較差區(qū)，6-7為地下水防污性能中等區(qū)，4-6為地下水防污性能較好區(qū)，1-4為地下水防污性能好區(qū)。評價結(jié)果見圖1。

6.評價結(jié)果

鴨池河-構(gòu)皮灘流域以碳酸鹽巖為主，表層巖溶發(fā)育，整個研究區(qū)地下水防污性能較好，地下水防污性能較好級以上面積占總面積的61.82%。

研究區(qū)地下水防污性能差區(qū)分布面積為192.09km2，占總面積的4.79%，為零星分布。該區(qū)以純質(zhì)碳酸鹽巖為主，地下河和伏流呈樹枝狀集中發(fā)育，地下水埋深較淺，地表巖溶漏斗、落水洞集中連片發(fā)育，土壤類型以石灰土、粗骨土、水稻土為主；植被覆蓋較差，地下水防污能力極差。

研究區(qū)地下水防污性能較差區(qū)面積為135.84km2，占總面積的3.39%，同樣為零星分布。該區(qū)域地層巖性以純碳酸鹽巖為主，地下水埋深較淺，漏斗、落水洞、豎井等有一定發(fā)育，少量成片發(fā)育；土壤以石灰土為主，并零星分布有水稻土和黃壤；植被覆蓋較差，對地下水防污能力較差。

研究區(qū)地下水防污性能中等區(qū)域面積為1173.34km2，占總面積積的29.27%，主要分布在湄潭縣石蓮鄉(xiāng)東部；甕安縣草堂鎮(zhèn)、魚河鄉(xiāng)、天文鎮(zhèn)，永和鎮(zhèn)東部；余慶縣花山鄉(xiāng)；開陽縣溫泉鎮(zhèn)北部，楠木渡鎮(zhèn)南部；息烽縣養(yǎng)龍司鄉(xiāng)東北部等。中等脆弱區(qū)地層巖性以次純碳酸鹽巖為主，植被覆蓋中等，大部分谷地中以旱田為主，降雨量中等，對污染物有一定的防污能力。

研究區(qū)地下水防污性能較好區(qū)域面積為1471.65km2，占總面積的36.72%。在區(qū)域中研究區(qū)廣泛分布。主要為不純碳酸鹽巖分布區(qū)，植被覆蓋較好，地表巖溶水點和形態(tài)點發(fā)育較少，土層較厚，以紅壤和黃壤、黃棕壤為主，降雨量也較小。地下水天然防污性能較好。

研究區(qū)地下水防污性能好區(qū)域面積1035.5km2，占總面積的25.83%。主要分布在息烽縣鹿窩鄉(xiāng)，開陽縣金鐘鎮(zhèn)，開陽縣龍水鄉(xiāng)，福泉縣道坪鄉(xiāng)等，這些地區(qū)大部分為碎屑巖、火山巖和第四系覆蓋區(qū)，為巖溶承壓地下水，并且大部分地區(qū)植被覆蓋較好，土層較厚，地下水天然防污性能好。

參考文獻：

[1]鐘佐燊.地下水防污性能評價方法探討.地學(xué)前緣， 2005（12）： 3-11.

[2]鄒勝章，李錄娟.巖溶地下水系統(tǒng)防污性能評價方法[J].地球?qū)W報， 2014， 35（02）： 262-268.

[3]Doerfliger， N. &Zwahlen， F. EPIK： a new method for outlining of Protection areas In karstic environment. Proe.Int， SymP. Karst Waters and Environmental ImPacts， 10- 20 SePtember1995， Antalya， Turkey， Balkema， Rotterdam， 1997， PP.117-124.

[4]Francois Zwahlen， COST Action 620 Vulnerability and Risk Mapping for the Protection of Carbonate（Karst） Aquifers[R]. 17- 21/ 143-154. 2003.