宿迁城市规划区地下水防污性能评价研究

贺小桐，李 朗，黄晓燕，姚炳魁

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

近日江苏省生态环境厅、自然资源厅、住房和城乡建设厅、水利厅及农业农村厅联合发布了《关于印发江苏省地下水污染防治实施方案的通知》，旨在全面打好污染防护攻坚战，保障我省地下水安全，需进行地下水污染防治分区划分，其中地下水防污性能评价是其中最基础的环节。

当前国内外的地下水防污性能评价主要应用美国环保局提出的DRASTIC方法[1]。为取得更佳的评价效果，各国学者对DRASTIC评价模型被进行修正和完善，并运用于实际区域的地下水防污性能评价中，如黄晓燕[2]等将改进的DRAVT模型进行江苏浅层孔隙地下水防污性能评价。姚宇平[3]等改进为DRTA模型对泰兴浅层地下水的防污性能进行评价。张璜[4]等改进DRICS模型评价北京新机场浅层地下水防污性能。文中根据宿迁城市规划区的水文地质条件，采用改进的DRSTIC模型评价该区域浅层地下水的防污性能，从而更科学地进行区域地下水污染防治分区及保护浅层地下水。

1 研究区概况

研究区位于江苏省北部，地理坐标为北纬33°30′～34°15′，东经117°56′～118°40′，总面积2 153 km2。规划区由宿豫区、宿城区、湖滨新区、洋河新区等组成。总地势由西北向东南倾斜，地貌以黄泛冲积平原为主，约占全区面积的2/3，地面高程一般在15～30 m。

研究区属于暖温带季风气候区。近60年来多年平均降水量910 mm，但年际变化较大。年内降水也分配不均，主要集中在汛期(5-9月)，多年平均汛期降水量为680 mm，占全年降水量75%，易形成春旱、夏涝、秋冬干燥的天气。

本次仅对浅层地下水进行研究，即与大气降水和地表水体联系较为密切的潜水、第Ⅰ承压地下水。

2 防污性能评价

以DRASTIC模型为基础，提出更适合宿迁城市规划区水文地质特征的地下水防污性能评价模型—DRIAC模型。

2.1 评价因子的选取及影响机理

地下水防污性能表示外界污染物对地下水可能影响程度。其与水文地质因素如土壤介质、包气带介质、含水层介质、水动力条件、地下水补给条件、地形紧密相关关，根据研究区水文地质条件，选取以下评价因子：

2.1.1 潜水水位埋深(D)

表示地表到潜水面的距离，距离越大，污染物与包气带土壤介质化学反应时间越长，污染物对地下水的影响越小，则地下水防污性能越强。

整理并分析本次实测潜水位埋深数据(2017年枯水期)，根据平面展布特征，将水位埋深分为1.0～2.0 m、2.0～4.0 m以及大于4.0 m三个等级，并对各个等级赋予相应分值(表1)，从而绘制潜水含水层水位埋深分区图(见图1)。

图1 潜水位埋深分区图

2.1.2 净补给量(R)

表示外界补给地下水量的多少，补给量越少，地下水防污性能越强。

为了直观起见，将补给资源量换算为水量深度进行计算，单位为mm/a。通过分析工作区内各种垂向、侧向补给条件，将净补给量分为200～250 mm/a、150～200 mm/a、小于150 mm/a三个等级，各级分值见表1，并绘制净补给量分区图(图2)。

图2 净补给量分区图

2.1.3 包气带岩性(I)

包气带是污染物欲进入地下水的必经的渠道，包气带岩性颗粒越小，透水性越差，污染物与土壤介质接触时间越长，越能充分的进行反应，地下水防污性能越强。

工作区潜水位埋深在5 m以浅，因此，包气带岩性指标评价时主要参考浅表4m以浅的土层岩性及其组合特征。收集并整理区内工程、水文钻孔和地质槽型钻等225个点位资料，将包气带岩性分为粉土、粉质粘土、粉土及粉质粘土互层、粘土、粉土及粘土互层五个等级，各级分值见表1，并绘制分区(图3)。

图3 包气带岩性分区图

2.1.4 浅层地下水富水性(A)

表示含水层介质对污染物稀释能力，富水性越大，稀释能力越强，地下水防污性能越好。

整理并分析水文地质钻孔资料，将浅层含水层富水性划分为含水层缺失区、单井涌水量小于300 m3/d、单井涌水量300～500 m3/d、单井涌水量大于500 m3/d 这4个等级，各级分值见表1，并绘制浅层含水层富水性分区(图4)。

图4 浅层地下水富水性分区图

2.1.5 浅层地下水渗透系数(C)

表示地下水流速的大小，渗透系数越小，地下水流速越小，污染物越易以地下水为载体进入其他含水层，从而进行污染更深层地下水，地下水防污性能越差。

根据工作区内水文地质、工程地质钻孔资料，将工作区浅部含水层渗透系数划分为缺失区、小于2.5、2.5～3.5、3.5～4、大于4这五个等级(图5)，各级分值见表1。

图5 渗透系数分区图

2.2 指标评分及单元格划分

在对5个评价指标进行分级评分后(如表1)，并利用GIS空间分析功能，对5个评价指标分别进行赋值，并按照权重进行叠加后进行地下水防污性能评价。

表1 DRIAC参数等级评分表

2.3 基于AHP[5]的指标权重[6]确定

本文结合宿迁城市规划区地下水特征，引入AHP计算各指标的权重。本次权重层次结构见图6，因素从属关系(标度)见表2，判别矩阵见图7，运用MATLAB求解得到各评价指标的权重结果为：包气带岩性0.346，水位埋深取0.269，净补给量0.192，渗透系数0.115，富水性0.078(表3)。

表3 各指标权重计算结果

图7 评价指标权重判断矩阵

表2 层次分析法判断矩阵标度的定义

图6 权重层次结构分析图

2.4 防污性能计算

对各指标分层次评分并叠加分析，可得到每个评价单元的地下水防污性能综合指标，即防污性能综合指数为各评价因子评分的加权和。

DRIAC=Dw×Dr+Rw×Rr+Iw×Ir+Aw×Ar+Cw×Cr

式中的各字母的评价因子如前所示，下标w表示权重，r表示评分。

运用建立的DRIAC评价模型，计算得到的研究区防污性能综合指数为1.1～4.57。

3 防污性能分区及结果分析

根据计算结果，将防污性能总共分为3级，Ⅰ级，V<3.0，防污性能较好；Ⅱ级，3.0≤V<3.6，防污性能一般；Ⅲ级，V≥3.6，防污性能较差。详见图7。

图7 防污性能分区图

3.1 防污性能较好区

分布面积约306 km2，占总面积的17.97%。该区域岩性主要以颗粒较细的粘土、粉质粘土为主，潜水位埋深大多数2 m以深，净补给量小于200 mm/a，单井涌水量多在500～1 000 m3/d，富水性较好。渗透系数大于3.5 m/d。主要位于晓店-侍岭镇北部、保安-新庄东南部、龙河镇东南部、罗圩乡中部及南部、陈集镇西南部、中扬镇北部及中部。

3.2 防污性能较差区

分布面积约306 km2，占总面积的21.4%。该区域岩性主要以粉土为主，潜水水位埋深大多数在2～4 m，净补给量在200～250 mm/a，单井涌水量多在300～500 m3/d，富水性较差，渗透系数3.5～4.5 m/d。主要位于耿车镇、双庄中部及南部、三棵树乡、埠子镇的中部及北部、南蔡乡、顺河镇的中部及西部、陆集镇及洋北镇的西部、仓集镇、屠园乡的北部、大兴镇的南部、陆集镇的东南部、仰化镇的西北部。

3.3 防污性能一般区域

分布面积约306 km2，占总面积的21.4%。主要位于在工作区中北部，东南部。

4 结语

针对DRASTIC方法在实际应用中存在的问题和研究区的实际情况，提出基于AHP的DRIAC评价模型，该模型能够真实地反映研究区地下水防污性能的主要影响因素及其权重，降低了评价指标间的干扰度以及人为主观因素的影响，评价结果能较为客观地反映区内地下水防污性能。为地下水污染防治分区划分及浅层地下水保护提供科学依据。