非均质含水层地下水资源脆弱性定量评价模型

王 慧

(临沂市水文中心，山东 临沂 276000)

地下水资源作为较为关键的一部分，对于区域内部经济发展具有较为重要的作用，地下水的脆弱性表示地下水系统存在着一定的污染程度，经过对地下水脆弱性的调查能够有效分析出研究区域的地下水系统的污染能力以及容易污染的程度。非均质含水层能够在一定程度上掌控地下水系统的渗透以及水流流向，但无法获取完整的地质信息以及区域水文数据，此种特征将为地下水资源脆弱性研究带来不确定性[1]。需要获取精准的水层数据信息，同时进行大量的地质探测研究。为此，不少研究学者针对非均质含水层的不确定性问题构建非均质含水层地下水资源脆弱性定量评价模型。

目前的地下水资源脆弱性定量评价模型多侧重于应用操作，对于定义方面的研究程度较低，主要评价不同地下水系统的环境因素以及地质特征，根据具体的实例研究相关的地下水脆弱性特征，同时评价脆弱性数据，在脆弱性评价的同时未考虑污染源以及污染物的性质及相关类型。由于地下水资源脆弱性定量评价模型在研究的过程中需要不断调整对地下水系统的研究程度，同时获取相关的环境数据，并加强对收集数据的管理，进而达到整体模型构建的目的[2]。

传统地下水资源脆弱性定量评价模型根据地下水系统的基础特征进行数据分析，同时划分脆弱性类型，并加强对类型数据的空间存储力度，在完善模型运算方法的基础上执行模型构建指令，具有较强的操作性能。但传统模型对于地下水模型的后续处理效果较差，无法满足后续系统实验研究的需求，模型评价的精准程度较低。为此，针对上述问题，本文提出一种新式非均质含水层地下水资源脆弱性定量评价模型对上述问题进行分析与解决。

本文模型根据相应的地下水系统调整水资源脆弱性数据，同时从不同的角度分析含水层的介质特征，获取较为精准的初始数据，进而提高整体模型的评价精准程度，具有较为广阔的研究前景。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

研究区域发源于蒙阴县常马乡与平邑县交界处的青山北麓，经蒙阴县城入岸堤水库，流域内主要有常路河、东高都河、东儒来河、银麦河、桃墟河、麻店子河、梓河、岸堤河、马牧池河、代庄河、孙祖河等较大支流，河长56km，流域面积794.7km2。降水主要集中在6—9月份，年平均无霜期在180～200d。

1.2 研究数据

本文选用不同的处理方法管理渗透参数采集区域，按照模拟结果作为采集参照指标进行数据渗透系数获取对比操作，并获得最佳渗透系数获取准则，加大机制掌控操作，分析渗透参数所处的区域宽度数据，并按照获取的参数信息调节随机变量的变动性质[3]。

根据三维连续随机方法控制数据获取控件的获取速率，同时根据已知的渗透系数检测数据点模拟生成相应的渗透系数随机选取场景，根据获取的渗透系数建立评价模型及评价等级[4]。按照评价模型的适配度参数调整评价模型的评价标准数值[5]。

构建地下水资源数据存储空间对流通的地下水资源进行存储操作，将加权求和数值作为评价标准参数，并针对不同地下水资源所处的环境因素进行研究模型数据整合操作，进一步分析水资源区域地形坡度与土壤类型参数，按照不同指标的代表符号顺序进行数据排列，并求解评价加权数值，在地下水资源埋藏较浅的区域设置标志性定义空间，避免模型构建过程中产生的剧烈变化，由此实现对地下水资源脆弱性定量评价模型的数据提取操作。

1.3 样品数据分析

按照地下水资源分布的区域水文地质条件分析其内部含水层的岩溶含水介质差异，对岩石内部的化学成分进行分析，同时根据分析的数据特征调整区域环境内部的污染程度参数，同时检验水资源内部系统模式，构建水资源系统图，如图1所示。

图1 水资源系统图

当污染物顺着土层纹路扩散至地下含水层区域，不同的污染物将汇集至含水层或地下河内部，大量污染物将导致地下水资源产生脆弱性现象[6]。岩石层表面受强烈的熔化影响，带动地下水的流通，同时存储未流通的地下水资源，进而提升整体水文系统的自我保护性能，加强系统的脆弱性调节力度。由于非均质含水层内部具有空隙以及管道，污染物将通过内部管道快速移动，在较短的时间内便分布至地下各个区域，污染物的滞留时长加长，进而加深其对地下水资源的影响程度[7]。由于不同的地下水资源将同时存在一定的污染物残留，为此，在进行非均质含水层地下水资源采集的过程中需排除污染物数据的存在，同时加强对内部水资源脆弱性标准的数值收集力度，不断调节污染物与脆弱性的匹配程度。

利用内部管道快速移动地下污染物，增强系统自净能力[8]。针对非均质含水层的地下水资源自动流通特征相应外部数据收集系统信号，并管理不同水位高度的地下水资源数据，加大汇水面积，研究不同水资源的地下流速以及流通方向，按照相应的地下水资源流动连续性获取精准的地下水资源数值。

1.4 脆弱性指标

根据获取的地下水资源脆弱性数据选取脆弱性指数，本文的指数选取标准为污染物达到非均质含水层最上层所需的时间长度以及含水层内部受污染的可能性程度[9]。合理反映不同地下水资源区域的脆弱性程度。获取内部潜水与承压水水位差值作为污染物的移动驱动力度判断参数，同时选择非均质含水层顶端污染物的浓度累计时长作为非均质含水层脆弱性指数，以此来判断非均质含水层受到污染的可能性大小，设置水资源脆弱性评价函数曲线，如图2所示。

图2 水资源脆弱性评价函数曲线图

当含水层潜水区域未遭受污染物影响或内部水位高于潜水区域水位时，含水层潜水区域的污染物无法通过自身越流操作进入非均质含水层，累计时间Tv趋向于无穷大，并设置此时的非均质含水层脆弱性指数累计图，如图3所示。

图3 非均质含水层脆弱性指数累计图

根据含水层内部污染物移动程度构建运移模型，污染物处于含水层内部潜水区域中，若含水层水位低于含水层潜水区域水位，则潜水区域将通过水层越流补给含水层水分，其内部的污染物将随之进入非均质含水层，同时影响评价模型的基础操作性能，无法有效简化污染物的运移过程[10]。为此，本文加强了运移模型的构建力度，调整运移模型的内部结构，将非均质含水层的顶端区域作为污染物运移的原点区域，垂直向下方向中，潜水层区域的污染物通过含水层对流穿越内部图层，便于最终的脆弱性评价研究，同时管理水资源脆弱性评价算法，设置算法流程图如图4所示。

图4 算法流程图

划分区域脆弱性评价空间，并提取相应的子区域作为基础数据存储空间[11]。隐藏获取的模型采集数值，同时调节脆弱性定量评价模型的内部结构，加大中心数据管理程度，获取含水层顶端区域污染物探测点的探测结果数值，分配不同的检测区域，按照区域检测目标计算污染物滞留时长，根据时长参数分级地下水资源脆弱性，同时获取内部水资源渗透系数，并构建脆弱性评价模式图，如图5所示。

图5 脆弱性评价模式图

1.5 定量评价模型

本文模型在进行评价之前，首先将模型研究区域划分为2000个不同的单元格，同时简要概括不同水资源区域的水文特征[12]。根据特征概念参数构建相应的水流流动模型及污染物运移模型，同时选择地下水资源水位观测装置作为模型识别装置，管理水流流动区域，构建路径模型图，如图6所示。

图6 水流路径模型图

根据识别的结果数据获取水流与污染物之间的移动关系参数，同时针对非均质含水层地下水资源的水质问题进行无关数据的清除操作，集中评价参数，分配水质观测指标数据，并设置污染度衡量指标参数，选择总硬度较强的区域数据作为研究数据基础，判断不同区域的污染程度[13]。

分析划分的不同单元格的内部水位资料信息以及水质水流数据，同时识别污染物运移模型中的固定速率数值，计算每个单元格中的污染物浓度，并分类污染物浓度程度数据，加强对非均质含水层顶端的污染物流动管理操作，执行水位比较指令[14]。对含水层的地理系统信息进行调节，分配脆弱性指标数据，并将脆弱性指标参数作为内部评价模型指标评价的标准。划分脆弱性评价区域，根据不同的脆弱性特征将脆弱性等级划分为高脆弱性区域、较高脆弱性区域、中等脆弱性区域、较低脆弱性区域以及低脆弱性区域，同时设置潜水区域水体与含水层区域水体的关系图，如图7所示。

图7 潜水含水层水体关系图

其中，高脆弱性区域主要集中于市区中心位置，由于该区域采用集中供水的方式，对于地下水的开采程度较高，导致含水层水位低于潜水区域水位，含水层水位将受到潜水区域水位补给，造成潜水区域的含水层收到污染物的污染，污染物更加容易进入到非均质含水层中，进而影响该区域的地下水资源的发展[15]；较低脆弱性区域主要集中在研究区域的北部地区，由于北部区域主要以灌溉为主，对于水质的需求较低，集中开采潜水区域水体，潜水区域水位低于非均质含水层水位，降低污染物的侵入可能性，更好的保护地下水资源的自净能力，进而有效构建地下水资源脆弱性定量评价模型，其模型如图8所示。

图8 地下水资源脆弱性定量评价模型图

2 结果与分析

2.1 渗透系数模拟评价结果及分析

本文根据实际测量的渗透点数据进行分析，获取相应的推求结果参数，同时利用SRA算法进行整体运算。其模拟结果见表1。

表1 模拟结果表

根据表1可以看出，实验研究区域中部以及东北部区域的渗透系数相较于其他区域高，尽管所对比的两个模型具有相应的差别，但获取的结果具有一定的相似性，造成此种现象的主要原因在于实验区域水文地质因素以及周边环境特征空间分布程度相同。但除此之外，相较于传统模型研究，本文模型的渗透系数在空间变化的程度较为强烈，渗透系数在空间内部呈现非平稳性变化，更加适应环境较为复杂的非平稳场景研究，有利于非均质含水层地下水资源脆弱性的研究。

2.2 非均质含水层地下水资源脆弱性评价结果与分析

分别选用本文模型与传统模型的渗透系数作为实验研究指标数据进行评价分析。在利用两种模型进行评价分析后获取相应的评价数据结果，结果数值的脆弱性指数处于1.5～7.0之间，在相同的实验研究机制下进行水资源脆弱性分级操作，其分级结果见表2。

表2 脆弱性分级结果表

评价结果分析见表3—4。

根据上表结果可以分析出，脆弱等级为Ⅰ的区域主要分布在实验研究区域的东部和北部，由于此实验区域含水层内部岩石性质较为坚硬，内部含水层的封闭性较强，人类活动相对较少，为此，该区域地下水资源受环境因素的影响程度最低；脆弱等级为Ⅱ的区域主要分布在实验研究区域的西部与南

表3 本文模型评价结果表

表4 传统模型评价结果表

部，由于西部区域大部分为山地，人类活动较少，南部区域岩石土壤呈粉状，自净性能较强，此些因素降低了地下水的脆弱程度；Ⅲ级与Ⅳ级区域主要分布在部分南部及中部地区，这些区域地形较为平坦，人类活动较多，地下水系统埋藏的深度较浅，更加容易受到外界污染，脆弱性较高；Ⅴ级区域分布在中部零散区域。整体来看，研究区域处于较易受污染地区，脆弱性程度较高，与实际情况基本吻合。

表4为传统模型的评价结果，根据评价结果数据可以看出，两种模型获取的非均质含水层地下水资源脆弱性等级分布范围以及变化趋势基本一致。同时可以分析出，本文方法获取的评价结果更加符合实际情况。由于本文模型与传统模型的评价运算方法的生成方式不同。获取的测量点位置数据不同，对于不同的测点数据的测量权限大小不同，导致最终评价的数据结果不同。本文在进行滑动加权平均计算的过程中分析不同中心段的平均数据，提升获取数据的精准程度，有效加强对内部数据的管理程度，更好的描述了地下水资源的随机变化状态，具有更强的模型应用性能。

3 结语

本文非均质含水层地下水资源脆弱性定量评价模型经过与传统模型的实验对比，结果表明，本文模型操作简便，且实用性较强，避免了模型评价过程中渗透系数随机变化的不足。通过本文模型研究取得如下结论。

(1)在进行地下水资源模拟的过程中，由于非均质含水层具有一定的不确定性，为此，需调整评价模型的适配度，并调节地下水层的参数分布空间，加强对实际含水层非均质特征的处理力度，并真实反映检测区域周边的地质环境，加强环境因素掌控程度，有效构建可靠性较高的评价模型。

(2)本文在非均质含水层地下水资源数据获取的基础上补充区域介质渗透性能采集装置，根据相应的水域渗透特征调整研究区域内部的地下水资源数据获取精准程度，更好的结合了地下水脆弱性模型数据，加强内部模型评价的融合性能，能够适用于不同的操作环境，为后续研究提供良好的数据基础。