黔中片區犀牛洞地下河系統地下水脆弱性評價

胡暑月，王若帆，江 峰，焦 恒，易 瑞

(貴州省地質礦產勘查開發局114地質大隊，貴州 遵義 563000)

隨著社會經濟與科技發展，人類工程活動日漸加劇，人與環境之間的矛盾愈發嚴重。地下水是西南巖溶山區百姓生活的主要水源，在日常生活中起著十分重要的作用。因此研究和評價巖溶山區地下水脆弱性是十分必要的。地下水脆弱性是反映地下水系統所處環境條件優劣、衡量地下水抵御外界污染能力的一項綜合指標[4]。我國從上世紀90年代引進該方法，近年來眾多學者對該方法進行研究并在我國多地進行應用[5-10]。

西南巖溶山區，碳酸鹽巖多裸露于地表，傳統的DRASTIC評價方法難以適用于該區域，因此本研究采用層次分析法(AHP)[2-3]，以巖溶地下水系統——犀牛洞地下河系統為單元，根據實際情況量化權重因子，評價系統內地下水脆弱性。

1 研究區概況[1]

2 地下水脆弱性評價方法

地下水脆弱性是指地下水系統對人類(或)自然的敏感性。地下水脆弱性一般分為固有脆弱性和特殊脆弱性。地下水特殊脆弱性是指含水層對特定的污染物或人類活動所表現的敏感屬性。它與污染源和人類活動有段，是動態、可變和人為可控制的[11]。系統內污染源以及人類工程活動十分強烈，本研究所述脆弱性為特殊脆弱性。

2.1 評價因子

根據系統內巖性分布情況、水文地質特征、污染源分布及人為工程活動對系統進行分區，以巖石地層(R)、含水介質類型(W)、巖溶類型(K)、巖溶發育程度(D)、地形地貌(T)、土層厚度(S)、植被覆蓋率(V)、人為工程活動程度(E)、污染源(P)、人口密集程度(C)作為評價因子，采用層次分析法(AHP)[2-3]進行脆弱性評價。

2.2 評價因子量化

將巖石地層(R)、含水介質類型(W)、巖溶類型(K)、巖溶發育程度(D)、地形地貌(T)、土層厚度(S)、植被覆蓋率(V)、人為工程活動程度(E)、污染源(P)、人口密集程度(C)評價因子，按照[1，5]之間的整數取分值，表1。

表1 評價因子量化分值對照表

2.3 評價因子權重

根據上述各評價因子量化分值，建立權重判定評定矩陣A，先將矩陣A按列求和并進行歸一化處理，得到矩陣B；再將矩陣B按行求和得到矩陣V，將矩陣V進行歸一化處理得到矩陣W，矩陣W既為各影響因子權重，見表2。

表2 層次分析法(AHP)各評價因子權重分配表

A=

B=

2.4 矩陣一致性檢驗

所謂一致性是指判斷思維的邏輯一致性。采用一致性比率進行驗證。

λmax為矩陣A×矩陣W后的豎向之和，通過計算得λmax=10.703，帶入上式得：CI=(10.703-10)/(10-1)=0.078。

RI=(1.08+1.01+0.86+1.27+0.78+1.09+0.79+1.29+1.39+1.15)/10=1.0；

CR=0.078/1.0=0.078。

根據計算得：CR=0.078<0.1，當CR<0.1時，A的不一致程度在容許范圍內，稀釋可用A的特征向量作為權向量。

2.5 評價模型

建立符合研究區實際的地下水環境脆弱性模型。模型采用下式：

DI=Rw×Rr+Ww×Wr+Kw×Kr+Dw×Dr+Tw×Tr+Sw×Sr+Vw×Vr+Ew×Er+Pw×Pr+Cw×Cr

(1)

式中：DI為脆弱性綜合指數R、W、K等為評價因子；角標w為各評價因子權重；角標r為各評價因子量化分值

2.6 地下水脆弱性等級劃分

本次參照《地下水脆弱性評價技術要求》(GWI-D3)對地下水的脆弱性劃分結果結合工作區實際情況，將工作區地下水環境脆弱性劃分為五個等級，即：脆弱性很低、脆弱性較低、脆弱性較高低、脆弱性很高、脆弱性極高，見表3。

表3 地下水特殊脆弱性等級劃分一覽表

1-脆弱性很高 2-脆弱性較高 3-脆弱性很低 4-污染源 5-地下河管道及入、出口 6-有水落水洞 7-巖溶下降泉 8-監測井 9-受污染的下降泉

3 地下水脆弱性評價

3.1 系統內分區

根據系統內的巖性特征、水文地質條件等，將犀牛洞地下河系統分為3個亞區，即：石灰巖分布區(A1)、白云巖分布區(A2)、碎屑巖分布區(A3)，在根據污染源分布情況進一步分亞區，分區依據見表4。

表4 犀牛洞地下河系統地下水特殊脆弱性分區特征表

3.2 脆弱性評價

按上述分區結果及評價方法，對各個分區評價因子賦分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表3進行評價，具體評價結果見表5、圖1。

表5 犀牛洞地下河系統地下水特殊脆弱性評價分區一覽表

(1)系統內石灰巖溶洞-管道含水介質分布區(A1-1、A2-1)受控于含水巖組、含水介質、土壤、植被等天然因素以及上游人為工程活動等，這些區域地下水脆弱性很高。

(2)系統東側含水介質為白云巖溶孔-溶隙分布區(A2-3)，污染源集中分布，人口密集，人為工程活動強烈，地下水脆弱性很高，且該片區地下水已經受到污染。

(3)其他碳酸鹽巖分布區(A1-2、A2-2)含水介質為白云巖溶孔-溶隙、石灰巖裂隙-溶洞，這些區域未見工礦企業等污染源分布且村寨分布稀少，但地下水脆弱性受含水巖組、含水介質、土壤、植被等天然因素控制，天然防護能力弱，地下水脆弱性較高。

(4)碎屑巖分布區(A3)，人口分布稀少，未見工礦企業等污染源分布，植被、土層覆蓋良好，碎屑巖天然防護能力高，因此該區域地下水脆弱性很低。