基于改进DRASTIC模型的河北文安地下水防污性能评价

杨劲枝，丁文萍，刘世琦，张 岩

(河北省地质调查院，河北 石家庄 050081)

随着城市的不断扩张，地下水环境遭受着严峻的考验。“重开发、轻管理”的经济模式以及环境保护措施的不完善，造成了地下水污染事件频出，制约着国家的生态文明建设。地下水防污性能评价是有效保护和合理开发利用地下水资源的重要技术手段[1-2]。

目前针对地下水防污性能评价，应用最为广泛的是DRASTIC模型，由美国环境保护署于1987年提出[3]。该评价模型简单易懂，但其仍存在一定局限性，如评价因子和权重系数固定不变，不随评价区域水文地质条件的不同而发生变化，另外未考虑人类活动因素，影响了评价结果的客观性和精准性[4]。因此一些研究学者针对具体区域对该方法进行了不断调整改进[5-6]。

文安县隶属河北省廊坊市，紧邻雄安新区，地处京津保中心位置，属于京津保中心区生态过渡带，对于京津保核心功能区的生态系统具要重要的调节作用。本文以河北省文安县为研究对象，在现有评价模型的基础上进行调整，优化权重系数计算方法，采用改进的DRASTIC模型及区间数层次分析法(IAHP)，对该区域防污性能开展评价。

1 工作区概况

文安县地理坐标为E38°44′～39°03′，N116°11′～116°45′，位于华北平原相对低洼部位，地形平坦开阔，为多条河流的下游部位。文安县自西南向东北略有倾斜。区内地貌类型有冲积平原和冲湖积平原两大类。冲积平原主要分布于西南部，按地貌形态又可分为高地或微高地、泛滥坡平地、泛滥洼地和滩地小区。冲湖积平原是区内主要的地貌类型，约占总面积的2/3，据地貌形态划分为入湖河口三角洲小区、平地小区和洼地小区。

2 评价方法

2.1 评价因子选取

在开展文安县地下水防污性能评价时，需根据该区域的水文地质、气候等条件，且考虑人类活动的影响因素。该区域内水文地质要素具有以下特点：

(1)研究区地势平坦，地形坡度差异较小；

(2)地下水净补给量差异较小，主要集中在71～92 mm/a；

(3)水力传导系数采用含水层厚度来表征；

(4)土地的利用性质不同，对其防污性能的影响不同。如耕地、工矿用地等容易形成污染源，其地下水防污性能差，而林地草地人类社会活动较低，对地下水的污染少，则防污性能强；

(5)土壤介质与包气带介质具有一定相关性、重复性，不能客观准确反映地表情况。

综上，对传统DRASTIC模型[7]进行调整，改进的DRASTIC模型共包含5个评价因子，分别为地下水埋深(D)、包气带介质(I)、含水层介质(A)、含水层厚度(H)、土地利用类型(L)。

2.2 评价因子评分量化

由于各评价因子的性质和量纲不同，模型计算时需要进行统一量化。影响最小的为1，影响最大的为10，评分标准如表1所示。

结合工作区各评价因子的实际情况，依据表1评分标准，得到各评价因子的分级情况，分别如图1～图5所示。

表1 评价因子评分标准

图1 地下水埋深(D)分级图

图2 包气带介质(I)分级图

图3 含水层介质(A)分级图

图4 含水层厚度(H)分级图

图5 土地利用类型(L)分级图

2.3 权重系数计算

传统DRASTIC模型对评价因子赋予固定的经验性权重，不随研究区域水文地质特征的不同而改变，缺乏客观性，因此一些研究人员采用层次分析法，来计算评价因子的权重系数[8]。

区间数层次分析法(Interval-based Analytic Hierarchy Process, IAHP)将传统层次分析法与区间数学进行融合，采用区间数代替点值，构造区间数判断矩阵，然后根据区间数判断矩阵计算出评价因子的权重系数[9-10]。

2.3.1 区间数层次分析法

(1)

根据区间数判断矩阵，可计算出各评价因子的权重系数。

2.3.2 权重系数的计算

组织水工环地质专家等，根据各评价因子对防污性能影响的相对重要程度，采用指数标度法，进行比较打分。

根据专家评判结果，构建区间数判断矩阵，如表2所示。

表2 区间数判断矩阵

采用特征根法计算出5个评价因子的权重系数，如表3所示。

表3 评价因子权重系数

3 评价结果分析

结合DRASTIC防污性能划分原则，制定地下水防污性能分级标准，如表4所示。

表4 地下水防污性能分级标准

根据各评价因子评分值、权重系数，评估分析该区域地下水的防污性能。依次对各单指标分级图进行迭加，按照防污性能分级标准，实现防污性能评价分区，如图6所示。

图6 地下水防污性能分区图

由图6可看出，该区域按照防污性能分级标准，主要包含较好区、中等区和较差区。

3.1 防污性能较好区

分布面积较小，仅为41.27 km2，占总面积的3.98%。土地利用类型主要为林地、草地地带；包气带介质主要为粘土，防污性能越好；水位埋深、含水层介质、含水层厚度取值也较为零散。即该区域内，包气带介质和土地利用类型对防污性能起主要影响作用。

3.2 防污性能中等区

在工作区内广泛分布，面积791.05 km2，占总面积的76.28%。

3.3 防污性能较差区

面积204.69 km2，占总面积的19.74%。主要有三块区域：

(1)一块位于中部及西南地区。水位埋深2～20 m，相对较浅，包气带介质主要为砂和粉土，含水层介质主要为粉砂、细砂，土地利用类型在县城为住宅用地，其它大部分为耕地。即该区域内，评价因子普遍评分较低，防污性能较差。

(2)一块在工作区西北部一带。水位埋深2～4 m，埋深较浅；包气带介质为粉粘；含水层介质粉砂，含水层介质颗粒较小；含水层厚度10～15 m；土地利用类型为耕地。即该区域内，地下水埋深、土地利用类型、含水层介质评分较低，导致防污性能较差。

(3)一块在中东一带。区域地下水埋深<2 m，埋深很浅，包气带介质为粉粘，含水层介质为细砂，含水层厚度5～10 m为主，含水层厚度较薄，土地利用类型为耕地。即该区域内，地下水埋深、土地利用类型、含水层厚度评分较低，导致防污性能较差。

4 结语

(1)根据文安县域水文地质条件，优化调整了评价因子，构建了改进的DRASTIC模型；采用区间数层次分析法计算权重系数，一定程度上克服了传统方法设置的固定权重问题，评价结果更为科学合理。

(2)根据地下水防污性能评价结果，该工作区主要包含较好区、中等区和较差区，分别占总面积的3.98%、76.28%和19.74%。评价结果将为该区域的生态环境规划奠定基础。