贵州省开阳县光生坝地下河系统地下水脆弱性评价

焦恒，王若帆，江峰，易瑞

贵州省开阳县光生坝地下河系统地下水脆弱性评价

焦恒，王若帆，江峰，易瑞

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000）

本文结合开阳县地下水系统情况，以地下河为单元，采用层次分析法，取固有脆弱性以岩石地层（R）、含水介质类型（W）、岩溶类型（K）、岩溶发育程度（D）、地形地貌（T）、土层厚度（S）、植被覆盖率（V）因子进行分值量化;在固有脆弱性评价的基础上增加人为工程活动程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）作为评价因子，对该区地下水的固有脆弱性和特殊脆弱性进行了综合评价。评价结果为该区域地下水开发利用和保护提供有价值的参考依据。

地下水脆弱性；层次分析法；评价因子；开阳县

开阳县位于黔中腹地，总面积2026km2。具有“喀斯特生态世界公园”的美誉，是全国首个循环经济磷煤化工生态工业示范基地县和贵州省经济强县。2019年开阳县政府坚持生态优先，努力实现百姓富、生态美的统一目标。

表1 各评价因子评分表

近年来地下水问题严重制约该区域经济发展，开展地下水脆弱性评价，进行地下水脆弱性分区，可供决策管理者制订地下水管理战略参考。

1 研究区的地质背景

光生坝地下河系统（王若帆等，2020）位于贵州省开阳县，地下河系统西侧、南侧及北侧均以地表分水岭为界，南东侧以寒武系第二统金顶山组（∈2）顶界为界，北东侧以地表分水岭为界，构成相对独立地下河系统（图1）。

地质构造主要为近南北向石头寨断层及受构造作用发育的横张、纵张裂隙发育。

碳酸盐岩含水岩组包括：Pt33b∈1、∈23、∈2、∈3、∈3、∈3-4O1、P2。其中：Pt33b∈1、∈3、∈3、∈3-4O1岩性以白云岩为主，含水介质发育溶孔、溶隙，含水较均匀，富水性中等；∈23、∈2、P2岩性以石灰岩为主，含水介质发育裂隙、溶洞、管道为主，含水极不均匀，富水性强。基岩裂隙含水岩组包括：∈1-2、∈21、∈22、∈2、P2，含水介质以风化裂隙、构造裂隙为主，含水较均匀，富水性弱－贫乏，分布在补给区。

系统内总体地势南西高北东低，地貌类型为峰丛沟谷，地形起伏大，相对高差100～300m，沟谷多呈南西-北东展布。该系统为裸露型开放式地下河系统，系统内地下水主要接受南西、西侧一带大气降水汇流成地表溪沟注入伏流入口（K245、K246）、落水洞（K233、K236）补给地下水，受地形展布方向及近南北向横张节理控制，地下水总体由西向东沿地下河管道径流，受北西-南东向沟谷切割于光生坝（S1192）一带以地下河出口的形式出露于地表。

图1 光生坝地下河系统水文地质略图

1.地下河管道及出口（左：编号，右上：流量L/s：右下：高程m）；2.受污染的地下河管道及出口；3.下降泉；4.表层岩溶泉；5.地下水开采井；6.热响应试验孔；7.伏流入口；8.有水落水洞；9.落水洞；10.岩溶洼地；11.污水处理厂；12.断层；13.地质界线及地层代号；14.富水块段及编号；15.地下水流向

2 研究区环境水文地质条件

2.1 地球化学背景

地下水主要赋存于Pt33b∈1、∈23、∈2、∈3、∈3、∈3-4O1、P2地层中，岩性以灰岩（CaCO3）、白云岩（MgCO3）为主，SiO2、Al2O3等成分含量极少；地下水化学组份在图内相对单一，阳离子以Ca2+、Mg2+，阴离子以HCO3-为主；其他重金属元素及有毒、有害组分含量极少（吉勤克补子和李强，2020）。

2.2 环境地质背景

调查发现南西侧开阳县城城区生活污水通过排污管道送至H139号及H144号污水处理厂处理后排放。访问H139号污水处理厂处理能力有限，暴雨季节，雨、污水混合通过K245、K246号伏流入口污染该区地下水。

3 地下水脆弱性评价

按中国地质调查局发布《地下水脆弱性评价技术要求》（GWI-D3），地下水脆弱性是指地下水系统对人类（或）自然的敏感性。一般分为固有脆弱性和特殊脆弱性（孙才志和潘俊，1999；孙才志和林山杉，2001；雷静，2002；范琦等，2007；郭晓静等，2010）。

固有脆弱性是指在天然状态下含水层对污染所表现内部固有的敏感性。不考虑污染源或污染物的性质和类型，是静态、不可变和人为不可控的。

表2 层次分析法（AHP）评价表

特殊脆弱性是指含水层对特定的污染物或人类活动所表现的敏感属性。它与污染源和人类活动有段，是动态、可变和人为可控制的。

3.1 评价方法

1）固有脆弱性根据系统内岩性分布情况及水文地质特征对系统进行分区，以岩石地层（R）、含水介质类型（W）、岩溶类型（K）、岩溶发育程度（D）、地形地貌（T）、土层厚度（S）、植被覆盖率（V）进行分值量化。特殊脆弱性评价是在固有脆弱性评价的基础上增加人为工程活动程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）作为评价因子（江峰等，2021）。

2）采用层次分析法（AHP）确定评价因子的权重。

3）建立符合工作区实际的地下水环境脆弱性模型。模型采用下式：

表3 固有脆弱性层次分析法（AHP）各评价因子权重分配表

表4 特殊脆弱性层次分析法（AHP）各评价因子权重分配表

评价因子RWKDTSVEPC 权重0.100.090.080.120.070.100.070.120.130.11

DI为脆弱性综合指数；R、W、K等为上述评价因子；角标为各评价因子权重；角标为各评价因子量化分值。

3.2 评价因子量化

将岩石地层（R）、含水介质类型（W）、岩溶类型（K）、岩溶发育程度（D）、地形地貌（T）、土层厚度（S）、植被覆盖率（V）、人为工程活动程度（E）、污染源（P）、人口密集程度（C）评价因子，按照[1,5]之间的整数取分值。详见表1。

3.3 评价指标权重计算

本次评价采用层次分析法（AHP）来确定评价指标的权重（表2）。

先将矩阵A按列求和并进行归一化处理，得到矩阵B；再将矩阵B按行求和得到矩阵V，将矩阵V进行归一化处理得到矩阵W，矩阵W既为各影响因子权重，见表3、表4。

判断矩阵的一致性检验：所谓一致性是指判断思维的逻辑一致性。采用一致性比率（式2）进行验证。

表5 地下水环境脆弱性等级划分一览表

表6 地下水特殊脆弱性等级划分一览表

CR为一致性比率；CI为一致性指标（采用式（3）计算）；RI为随机一次性指标。

CI为一致性指标；λ为最大特征根的特征向量；为阶数。

根据计算得：当CR＜0.1时，A的不一致程度在容许范围内，稀释可用A的特征向量作为权向量。

3.4 地下水环境脆弱性等级划分

本次参照《地下水脆弱性评价技术要求》（GWI-D3）对地下水的脆弱性划分结果结合工作区实际情况，将工作区地下水环境脆弱性划分为五个等级，即：脆弱性很低（很难污染）、脆弱性较低（较难污染）、脆弱性较高低（较易污染）、脆弱性很高（很易污染）、脆弱性极高（极易污染），见表5、表6。

3.5 地下水固有脆弱性评价

1）系统内亚区分区

根据系统内的岩性特征、水文地质条件等，将光生坝地下河系统分为3个亚区，即：石灰岩分布区（A1）、白云岩分布区（A2）、碎屑岩分布区（A3），分区依据见表7。

表7 光生坝地下河系统地下水环境脆弱性分区一览表

2）脆弱性评价

按上述分区结果及评价方法，对各个分区评价因子赋分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表6进行评价，具体评价结果见表8、图2。

图2 光生坝地下河系统固有脆弱性评价分区图

1.脆弱性极高(极易污染)；2.脆弱性很高(很易污染)；3.脆弱性较高(较易污染)；4.脆弱性很低(很难污染)；5.脆弱性分区界线及代码；6.地下河管道及出口；7.受污染的地下河管道及出口；8.下降泉；9.表层岩溶泉；10.地下水开采井；11.伏流入口；12.落水洞；13.污水处理厂

3.6 系统内特殊脆弱性评价

1）系统内分区

根据系统内的岩性特征、水文地质条件等，将光生坝地下河系统分为3个亚区，在根据污染源分布情况进一步分亚区，分区依据见表9。

2）脆弱性评价

按上述分区结果及评价方法，对各个分区评价因子赋分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表7进行评价，具体评价结果见表10、图3。

4 结论

根据开阳县光生坝地下河系统情况，选择10个指标因子，采用层次分析法对地下水脆弱性进行评价，地下水脆弱性分布图较好反映了研究区实际情况，评价脆弱性为很高或极高的地区是污染相对严重地区。具有一定的相关性。

结果中，光生坝地下河系统划分为3个亚区：石灰岩分布区（A1）、白云岩分布区（A2）、碎屑岩分布区（A3），仅与岩性相关，未反映“地下河系统”径流特征；未结合随地下河流动污染物弥散扩散机理进行评价。是今后值得深入研究方面。

图3 光生坝地下河系统特殊脆弱性评价分区图

1.脆弱性极高(极易污染) 2.脆弱性很高(很易污染) 3.脆弱性较高(较易污染) 4.脆弱性很低(很难污染) 5.脆弱性分区界线及代码 6.地下河管道及出口 7.受污染的地下河管道及出口 8.下降泉 9.表层岩溶泉 10.地下水开采井 11.伏流入口 12.落水洞 13.污水处理厂

表8 光生坝地下河系统地下水环境脆弱性评价分区一览表

表9 光生坝地下河系统特殊脆弱性分区一览表

表10 光生坝地下河系统特殊脆弱性评价分区一览表

王若帆，赵翠，焦恒，江峰．2020．贵州省1：5万水文地质调查成果报告养龙司幅（G48E005020）、开阳县幅（G48E006020）[R]．

吉勤克补子，李强．2020．贵州息烽温泉水文地球化学特征及地质成因研究[J]．四川地质学报，40(3)：434-438.

孙才志，潘俊．1999．地下水脆弱性的概念、评价方法与研究前景[J]．水科学进展， 10(4)： 444-449.

孙才志，林山杉．2001．地下水脆弱性概念的发展过程与评价现状及研究前景[J] ．吉林地质，19(1)：30-36.

雷静．2002．地下水环境脆弱性的研究[D]．北京：清华大学．

范琦，王贵玲，蔺文静，陈浩．2007．地下水脆弱性评价方法的探讨及实例[J]．水利学报， 38(5)：601-605.

郭晓静，周金龙，靳孟贵，卜新峰． 2010．地下水脆弱性研究综述[J]．地下水， 32(3)：1-5.

江峰，刘汉武， 吉勤克补子，王若帆，焦恒．2021．单因子水质标识指数法在贵州省洋水河流域地下水水质评价中的应用[J]．四川地质学报， 41(1)：151-153+176.

Groundwater Vulnerability Assessment of the Guangshengba Underground River System in Kaiyang, Guizhou

JIAO Heng WANG Ruo-fan JIANG Feng YI Rui

(The 114th Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

This paper evaluates comprehensively the inherent vulnerability and special vulnerability of groundwater of the Guangshengba underground river system in Kaiyang, Guizhou by means of analytic hierarchy process and evaluation factors such as lithostratigraphy (R), aqueous media type (W), karst type (K), degree of karstification development (D),topography and geomorphology (T), soil thickness (S) vegetation coverage (V),degree of engineering activity (E) , pollution source (P) and population density (C).

vulnerability of groundwater; analytic hierarchy process; evaluation factor; Kaiyang, Guizhou

2020-08-20

贵州省地勘基金项目“贵州省1：5万水文地质调查”（2019-1号）,贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目“黔中“三磷”分布区与地下水有关的地质环境问题精准识别研究—以开阳县洋水背斜分散排泄系统为例”黔地矿科合[2020]23号资助。

焦恒（1992—），男，湖北荆州人，工程师，从事水工环地质研究工作

P641.8

A

1006-0995（2021）02-0283-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.020