山西省平原区孔隙地下水脆弱性评价

梁寅娇

（山西省水文水资源勘测局，山西 太原 030001）

1 概况

山西省位于我国北方阴山山脉与秦岭之间，华北平原西侧，黄土高原东缘。自北向南依次有大同、忻定、太原、临汾、长治、运城6个地堑型断陷盆地。海拔由北向南呈阶梯下降，盆地内地势平坦，水土资源丰富，是全省工农业经济主要聚集地。全省年降雨量400~600 mm，且呈现由东南向西北递减趋势。地下水资源丰富，岩溶区面积11万m2，占全省总面积的75.2%。

2 地下水脆弱性评价方法

地下水脆弱性是指自然条件变化或人类活动影响，地下水遭受破坏的趋势和可能性，它反映了地下水对自然和（或）人类活动影响的响应能力，包括本质脆弱性和特殊脆弱性。对于地下水脆弱性的研究较多，地下水脆弱性评价的主要方法有迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法、模糊数学方法。目前国内外在实际地下水脆弱性评价过程中主要使用较为成熟的迭置指数法。

1985年美国环境保护局（USEPA）和美国水井协会（NWWA）提出了DRASTIC评价方法。该方法采用7个影响和控制地下水运动的因素，包括地下水位埋深、净补给、含水层介质、土壤介质、地面坡度、包气带介质、水力传导系数，来定量分析各单元的脆弱性高低，并赋予每个参数一个权重，以加权结果对地下水脆弱性做出评价。

3 评价区水文地质特征

3.1 评价范围

以山西省六大盆地作为基本平原区，平原区浅层地下水以孔隙地下水为主，本次评价以孔隙水作为基本评价对象。

3.2 水文地质特征

山西平原区六大盆地为新生代断陷盆地，自边山向盆地中部依次为黄土丘陵、洪积倾斜平原及冲积平原。构成新生代断陷盆地的含水岩组主要由全新统、上更新统、中更新统、下更新统及第三系上新统等含水岩层组成。盆地边缘主要河流入口处的冲洪积扇含水层粒度较粗，盆地中部及洪积扇间含水层粒度较细；边山洪积扇有的是连续堆积的砂卵砾石层，盆地中部有的是连续的黏性土层。

含水岩组的富水程度受岩性、地貌和补给条件控制。边山黄土丘陵富水程度最弱，含水岩层多为砂卵石透镜体及中更新统钙质结核层。洪积扇群（包括埋藏古洪积扇）富水程度多为强或中等，含水岩层为下、中、上更新统砂砾石层。黄土台地富水程度较弱，含水岩层一般为中、下更新统及上新统砂砾石层；冲洪积扇倾斜平原富水程度多为强或中等，含水岩层多为中上更新统及全新统砂砾石层。冲积平原岩相较稳定，富水程度多为中等，含水岩层以下、中、上更新统为主。运城盆地因上部水质较差，主要含水岩层为下更新统；长治盆地主要含水岩层为中上更新统和全新统，且多为砂砾石层。

3.3 地下水影响因素

由于研究区属平原区，地形坡度一般在2°以下，因此地貌特征对本区域的影响较小。影响评价区地下水的因素除侧向补给外主要是垂向补给。从垂向地质特征看，平原区上层为黄土覆盖层，因此土壤质地、包气带岩性成为本区域最大影响要素。从地下水垂向补给来看，影响因素主要包括降雨量及其入渗量、降雨强度、河网密度等。

4 脆弱性评价

4.1 评价方法

平原区孔隙地下水本质脆弱性评价主要采用DRASTIC方法。在使用本方法过程中，根据研究区特征以及相关数据的数量和质量对评价指标和权重进行调整。首先根据每个评价指标的变化范围或其内在属性划分为若干范围，构建评分评价体系；其次根据每个评价指标对地下水脆弱性影响的相对重要程度给予一个合理的权重，构成权重评判体系；最后各指标评分的加权和为地下水脆弱性综合指数。综合指数越大，相应区域的地下水脆弱性越高，即遭受污染的风险越大。

4.2 评价指标选择及赋值

根据平原区水文地质基本条件和对含水层主要影响要素，本次山西省平原区孔隙地下水评价主要采用指标包括土壤特性、包气带岩性、河网密度、降雨入渗补给量、地下水埋深、含水层厚度和渗透系数。

以上地下水指标可分为两类：一类为含水层以上、对含水层补给具有影响的各要素，为补给性指标，包括补给量、河网密度、土壤介质、包气带岩性；另一类为反映含水层特性，包括地下水埋深、含水层厚度和含水层渗透系数。在第一类指标中，补给量和河网密度为负向指标，即数值越大，脆弱性指标越高，越易遭受污染；土壤质地和包气带岩性为正向指标，数值越大，脆弱性指标越小，越不易遭受污染。第二类指标全部为负向指标。包气带岩性利用山西省平原区小于10 m包气带岩性图；降雨入渗补给量根据2012年平原区降雨入渗补给量，通过降雨强度、包气带岩性及其降雨入渗系数计算得到；土壤特性利用山西省机井普查7000多眼井地层资料中深度小于2 m的土壤分类数据；地下水埋深利用山西省2012年年末数据；河网密度利用山西六级河流作为河长，以县为单位统计河网密度；含水层厚度和渗透系数采用山西省平原区水文地质参数分区图成果。

4.3 权重确定

本次脆弱性评价权重确定采用层次分析法，各指标权重之和为20，根据指标重要程度进行比较赋值，最终确定权重。各指标权重见表1所示。

4.4 评价结果及校核

4.4.1 评价标准

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44~200。地下水脆弱性级别与综合指数对应关系如表2所示。

表1 脆弱性评价指标权重

表2 孔隙水脆弱性评价标准

4.4.2 评价结果

根据全省地下水脆弱性评价指数可知，山西省平原区地下水脆弱性总体较低，脆弱性指数在100以下面积占到80%以上，其中大同盆地西南部和太原盆地南部较高，存在地下水污染风险。

4.4.3 结果校核

地下水中硝酸盐浓度背景值一般低于2 mg/L，参照《地下水质量标准》，本次评价硝酸盐（单位为mg/L）等值线区间为≤2，（2，5]，（5，20]，（20，30]，>30。一般情况下，地下水脆弱性高的地区，硝酸盐浓度值相对较高[11，12]。通过选取2012年9月对平原区280眼地下水质监测数据绘制硝酸盐浓度分区图进行脆弱性分区成果合理性校核。根据两个脆弱性分区结果和硝酸盐浓度分区结果吻合度进行评价，吻合度在80%以上，说明本次脆弱性评价结果较合理。