皖北平原区浅层地下水脆弱性评价研究

刘 猛，张学军，胡 军

(1.安徽省水利水资源重点实验室，安徽 蚌埠 233000;2.安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠233000;3.中水淮河规划设计研究有限公司，安徽 蚌埠 233000)

1968年，Margat首次提出“地下水脆弱性”这一专业术语[2]，用于表征地下水系统容易遭受污染的可能性。其后几十年，地下水脆弱性研究在地下水科学领域得到了广泛关注，经过不断的发展和完善，目前已经形成了相对成熟的理论体系和研究方法。

地下水是宝贵的资源，一旦遭到污染再度净化要比地表水困难得多，因此，防治地下水污染必须“以防为主”，首先应该确定地下水易受污染的区域，这可以通过地下水脆弱性评价来实现。地下水脆弱性评价是地下水污染防治工作的基础，其成果可为自然环境、社会经济等方面提供管理决策依据[3]。

DRASTIC评价方法是目前世界范围内应用最广泛的地下水脆弱性评价方法之一。DRASTIC法由美国环境保护局于1987年提出的，主要用于评价地下水的固有脆弱性。该方法在美国各地的地下水脆弱性评价工作中取得了良好的效果，并被加拿大、欧盟等多个国家和地区相继采用。我国在20世纪90年代引进该方法，并在多个省市地区得到应用[4]。本次皖北平原区浅层地下水脆弱性评价以 DRASTIC指标体系为基础，结合皖北平原区的实际情况，构建地下水脆弱性评价指标体系，利用ArcGIS软件的空间分析功能评价浅层地下水脆弱性，并绘制地下水脆弱性分布图。

1 研究区概况

安徽省皖北平原位于黄淮海平原的南部，大部分位于淮河以北，面积约3.7万 km2。除东北边缘及局部分布有低山残丘外，绝大多数地区属于冲洪积平原，地势平坦开阔，由西北向东南倾斜，坡度较缓，海拔高度在20～40 m。该区属暖温带半湿润季风气候区，多年平均降水量700～900 mm。

由于皖北平原地表水资源相对匮乏且大多存在污染问题，地下水是该区重要的供水水源，经统计，2010年皖北平原地下水开采总量为29.32亿 m3，占全省地下水供水量的87%。皖北平原地下水资源的合理开发利用和保护，对于保障该地区人民生活和工农业生产健康发展意义重大，目前，皖北平原地下水水质状况不容乐观，除了大面积存在的原生铁、锰、氟等污染物超标外，在多个城市及厂矿周边还监测到人为污染，随着社会经济的发展，地下水面临着污染加剧的威胁。因此，开展皖北平原区浅层地下水脆弱性评价可为该地区的地下水资源保护和管理提供科学依据，具有重要的现实意义。

2 利用DRASTIC法评价皖北平原区浅层地下水脆弱性

2.1 DRASTIC评价指标体系的建立

DRASTIC指标体系有一组共7项与地下水脆弱性相关的参数，这些参数分别为:地下水埋深、含水层的净补给、含水层的岩性、土壤类型、地形、包气带介质影响及含水层水力传导系数。DRASTIC评价模型如下式。

式中:DRASTIC为脆弱性综合指数;Ti为第i个评价指标取值;wi为第i个评价指标的相对权重。

首先，根据每个评价指标的变化范围(或属性)划分为若干范围(或类别)，每个范围(或类别)给予一定的评分值构成评分体系;然后，根据每个评价指标对地下水脆弱性影响的相对重要程度，赋予其合理的权重值;最后，各指标评分加权求和得到地下水脆弱性综合指数。综合指数值越大，对应区域地下水脆弱性就越高，该区域的地下水相对就越容易被污染;反之，地下水相对不易被污染[5]。

在实际操作中发现，皖北平原地势较平坦，使用“地形坡度”这一参数并不能很好地反映区域上地下水补给对脆弱性分布的影响，而地貌形态对地下水的补给、径流和排泄都起着非常重要的控制作用，以“地貌类型”取代“地形坡度”作为评价指标的效果更好[6]。

综上，本次评价以DRASTIC法的指标体系为基本框架，利用“地貌类型”代替“地形坡度”，其他评价指标不变，最终采用“地下水埋深”、“净补给量”、“土壤介质”、“含水层砂层厚度”、“包气带介质”、“地貌类型”和“含水层渗透系数”7个指标作为研究区浅层地下水脆弱性的评价指标。

2.2 指标等级评分和权重

结合皖北平原区的实际情况，确定评价指标等级评分和权重取值，使之更有利于得出相对合理的地下水脆弱性成果，也更加具有可操作性。

首先，分别建立各评价指标的评分标准，各指标的评分值范围都介于1～10分之间，评分值越大，浅层地下水脆弱性就越高。各指标等级评分标准见表1～表7。

表1 地下水埋深等级评分表

表2 地下水净补给量等级评分表

表3 含水层厚度等级评分表

表4 土壤介质类别评分表

表5 含水层渗透系数等级评分表

表6 包气带介质等级评分表

表7 地貌类型等级评分表

评价指标的权重反映各个参数对地下水脆弱性贡献的大小，权重越大，表明该参数对地下水脆弱性的相对影响越大。本次评价指标权重和等于20，各指标相对权重值见表8。

表8 评价指标权重体系

2.3 评价结果和脆弱性分布图

根据以上所述，对每个评价指标进行评分，并利用 Arc-GIS软件生成评分栅格图，再利用ArcGIS的空间分析功能对这些指标评分栅格图按各个指标的相对权重值进行图层间的叠加分析，最终得到皖北平原区浅层地下水脆弱性综合指数分布图(也即脆弱性分布图)，见图1。

根据各指标的评分和权重值，可知地下水脆弱性综合指数取值范围为20～200，但考虑到地下水脆弱性是相对属性，因此，本次评价根据皖北平原浅层地下水脆弱性综合指数值划分脆弱性级别，如表9所示。

表9 皖北平原浅层地下水脆弱性级别

根据评价结果，安徽省皖北平原浅层地下水DRASTIC指数范围大致在94～154之间，总体脆弱性中等 ～较高。通过分析发现，脆弱性高地区主要是降水入渗条件比较好的东北部碳酸盐岩裸露区，以及地下水埋深较浅的蚌埠市沿淮一带;脆弱性中等～较高地区分布广泛，主要是包气带入渗性能较强的河漫滩和河湖洼地，以及含水砂层较薄的河间泛滥坡平地;脆弱性较低～低区主要分布在含水砂层和粘土层相对较厚的西南部阜阳市一带。

通过与已有的地下水污染调查成果进行检验，评价结果与大部分地区地下水污染分布规律吻合程度较好，评价为相对高或较高脆弱性的地区，正是目前监测到地下水污染面积较大或污染较严重的地区，说明本次评价得到的浅层地下水脆弱性分布图比较好地反映了皖北平原的实际状况。

图1 皖北平原区浅层地下水脆弱性分布图

3 结语

利用DRASTIC指标体系评价了皖北平原浅层地下水脆弱性，经检验该方法相对较好地符合了当地的具体状况，选定的评价指标能较好地反映影响地下水水质的主要因素，对皖北平原浅层地下水脆弱性评价的研究取得了初步成果。利用ArcGIS得到的浅层地下水脆弱性分布图对今后该地区制订地下水资源管理、土地利用、环境保护及城市规划等政策措施具有参考价值。

[2]楚文海，刘奇，李江，等.基于 GIS应用 DRASTIC模型评价贵阳市地下水污染风险[J].地下水.2007，29(1 总 124):88-90.

[3]付素蓉，王焰新，蔡鹤生，等.城市地下水污染敏感性分析[J].地球科学-中国地质大学学报.2000，25(5):482-486.

[4]张丽君.地下水脆弱性和风险性评价研究进展综述[J].水文地质工程地质.2006，6:113-119.

[5]雷静，张思聪.唐山市平原区地下水脆弱性评价研究[J].环境科学学报.2003，23(1):94-99.

[6]陈伟.利用DRASTIC指标体系评价安徽省淮北平原浅层地下水脆弱性[J].安徽地质.2006，16(1):26-30.