DRASTIC地下水脆弱性评价方法及其应用—以阜新盆地为例

杨国民,祁福利

(1.辽宁省地勘局 第四地质大队,辽宁 阜新 123000;2.黑龙江省904水文地质工程地质勘察院,双城 150100)

1 研究区概况

研究区位于辽宁省西北部。地处辽西山地丘陵之东缘。属于阜新——义县盆地一部分。盆地北起阜新市新邱区,西南至清河门。形成以细河河谷为主体由北东——南西向延伸的舟型地带,面积约为1200 km2。行政区划隶属于阜新市及阜新蒙古族自治县部分乡镇。

2 地下水脆弱性评价方法

地下水脆弱性是指由于自然条件变化或人类活动影响,地下水遭受易污性破坏的取向和可能性,它反映了地下水对自然和(或)人为活动影响的应付能力。

DRASTIC模型是1985年美国水井协会(NWWA)和美国环保局(EPA)合作开发的用于地下水脆弱性评价的一种方法,集中综合了40多位水文地质专家的经验,现已经广泛应用于地下水脆弱性评价中[1]。

2.1 DRAST IC方法简介

DRASTIC法提出一种分级标准,主要考虑影响地下水脆弱性的7项参数。并根据每个参数对地下水脆弱性影响的相对重要程度给予一个固定权重值,又根据每个参数变化范围或内在属性划分若干范围,每个范围给予一定评分标准,各参数评分加权和即为地下水脆弱性指数。地下水脆弱性指数由下式确定:

式中Di为DRASTIC指数,7项指标的加权总和;Wj为因子j的权重;Rj为因子评分。

2.2 DRASTIC指标体系法

2.2.1 评价因子选择

地下水系统防护性能主要受地下水埋深(D)、地下水净补给量(R)、含水层介质(A)、土壤介质(S)、地形坡度(T)、包气带介质(I)、含水层渗透系数(C)因素的影响,可选择7项评价因子对地下水防护性能进行评价,并可根据评价区水文地质条件不同进行取舍[2-3]。

2.2.2 评价因子的分级

按以往的研究成果,将此7项评价因子划分为10级,分别评分,分值为1～10,由此得出地下水脆弱性指标评分标准,其总的原则:水位埋深大,评分值小;净补给量小,评分值小;含水层岩性松散,评分值大;土壤介质颗粒细,评分值小;包气带介质松散,评分值小;地形坡度缓,评分值大;含水层渗透系数小,评分值小[4]。

2.2.3 评价因子的权重

评价因子权重采用专家打分的方法确定,各项因子的权重为1～5,对地下水系统影响最重要的评价因子权重值为5,影响最小的评价因子为1(表1)。

表1 评价因子的权重Table1 Weight distribution of evaluation factors

2.2.4 DRASTIC指标计算

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

在正常情况下,地下水脆弱性指数为23～226,DRASTIC指数越大,则该区域的地下水就易于被污染,相应区域的相对地下水脆弱性就越高[5]。为了计算方便将最大值226折算为100,最小值约为10。地下水系统综合指数划分成5个级别(表2)。

表2 地下水脆弱性评价程度划分Table2 Groundwater vulnerability assessment division

3 评价因子参数确定

1)地下水埋深D(m):根据研究区地下水1 a以上的水位动态监测资料确定地下水位平均埋深值。

2)地下水净补给量R(mm/a):净补给量等于降雨入渗补给量和灌溉入渗补给量之和,降雨入渗量等于降雨量乘以降雨入渗系数。

3)含水层介质A:应选择一个典型的具有代表性含水层进行评价。

4)土壤介质S:对于多层土壤,选择占有优势的具有代表性土壤层作为土壤介质;选择最不利的具有较高污染敏感性的介质;选择污染敏感中等的介质;当土壤很薄或者缺失时;砂＜25 cm。

5)地形坡度 T(%):即两点的高程差与其水平距离的百分比。坡度大小决定地下水流向和流速。

6)包气带介质 I:对潜水含水层多层介质存在时选择岩性厚度最大一组;对地下水污染敏感小的层位,如黏土层。

7)含水层渗透系数C(m/d):反映含水介质的水力传输性能,由含水层内空隙的大小和连通程度所决定[6];系数越大污染敏感性越高,可根据该区水文地质资料获得。

4 评价结果

4.1 评价区特征

根据地形地貌、地质及水文地质条件将工作区地下水防护性能作出3种分区:细河河谷漫滩区;阶地平原区;盆地缓丘区。

4.1.1 细河河谷漫滩区

上游宽度约为100～200 m,下游宽约500～800 m;水位埋深为0.85～1.5 m,上覆层为砂,渗流区介质为砂砾,含水层以砂砾石层为主,渗透性良好,渗透系数为80～120 m/d。

4.1.2 阶地平原区

水位埋深为2.0～7.0 m,上覆土层以亚砂土、亚黏土为主,含水层主要以中粗砂为主,局部含有少量砾石层。渗透系数为60～80 m/d。渗流区介质以粉砂为主。

4.1.3 盆地缓丘区

水位埋深为8.8～15.0 m,上覆土层以黄土状亚黏土为主,含水层主要以中生代白垩侏罗系阜新组、沙海组、九佛堂砂砾岩、砂岩为主,含水性较弱,渗透系数为0.01～0.04 m/d,渗流区介质主要为亚黏土。

4.2 评价结果

DRASTIC评价因子较多,评价结果较全面,具体研究区地下水脆弱性评价见(表3)。

表3 研究区地下水脆弱性评价(DRASTIC)综合成果Table3 Comprehensive results of groundwater vulnerability assessment

由表3计算结果可知,研究区细河漫滩区、阶地平原区地下水防护性能属较差——极差区,地下水极易——最易受到污染。而盆地缓丘区计算结果为37.17,可划入地下水脆弱性较弱区。

4.3 评价结果分析

根据阜新盆地地下水脆弱性7项参数的评分标准,利用GIS地理分析系统分别作出单个评价因子评分图,然后按各个因子的相对权重值进行图层叠加得到地下水脆弱性分区图(图1),对照表3可知,研究区地下水脆弱性沿细河河谷及漫滩区,地下水最易受污染,盆地两侧缓丘区不易受到污染,与地下水动态监测水质评价结果基本吻合。该方法评价地下水脆弱性,能够较好地反映该区实际情况[7]。

图1 地下水脆弱性分区图Fig.1 Groundwater vulnerability assessment map

5 结 语

1)根据该区地形地貌、地质岩性、水文地质条件特征,研究区地下水脆弱性作出3种分区:最易污染区细河河谷漫滩区;极易污染区阶地平原区;不易污染区盆地缓丘区。

2)从本文实例可以看出,进行地下水脆弱性评价和分区,区别不同地区地下水脆弱性程度,评价地下水易污染性,圈定地下水脆弱性范围,可以帮助决策者制定地下水管理机制,把有限的资金和人力投入到容易污染的地区,最大限度地保护好地下水资源。

[1]李绍飞,孙书洪,王 勇.基于DRASTIC的含水层脆弱性模糊评价方法与应用[J].水文地质工程地质,2008,(3):112-117.

[2]孙才志,潘 俊.地下水脆弱性的概念、评价方法与研究前景[J].水科学进展,1999,33(4):444-449.

[3]付 强,刘仁涛,盖兆梅.三江平原地下水脆弱性评价模型比较分析[J].黑龙江水专学报,2008,35(3):1-4.

[4]钟佐桑.地下水防污性能评价方法探讨[J].地学前缘,2005,(4):3-11.

[5]杨 庆,奕茂田.地下水易污性评价方法:DRASTIC指标体系[J].水文地质工程地质,1999,(2):4-9.

[6]张保祥,万 力,JADE Julawong.DRASTIC地下水脆弱性评价方法及其应用—以泰国清迈盆地为例[J].水资源保护,2007,23(2):38-42.

[7]姜志群,朱元甡.地下水污染敏感性评价中DRAST IC法的应用[J].河海大学学报:自然科学版,2001,29(2):100-103.