常熟地区浅层地下水脆弱性评价研究

周 乾，王婕妤

（江苏省地质勘查技术院，江苏 南京 210049）

水是生命之源，但水资源是有限的，作为水资源重要组成部分的地下水资源，更是重要的战略资源，特别是自《地下水管理条例》发布后，地下水资源的调查和保护上升到国家层面。地下水脆弱性，是反映某地区地下水防污能力的一个有效评价指标。常熟作为苏南重要的轻工业城市，浅层地下水由于埋深浅，受人类活动的影响极为显著，浅层地下水作为最容易受到污染的地下水含水层，其脆弱性评价显得尤为重要。

1 浅层水文地质概况

常熟地区的地下水主要有三类：松散岩类孔隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水及基岩裂隙水。碳酸盐岩类裂隙溶洞水、基岩裂隙水只在区内少量分布，分布面积合计不超过1%，而浅层水缺失，因此不作研究。常熟的松散岩类孔隙水自上而下为孔隙潜水和微承压水含水层（组）和第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ承压含水层（组）。其中，孔隙潜水和微承压含水层构成了常熟地区的浅层地下水。

2 模型的选择

地下水脆弱性的评价主要采用模型评价法，例如有DRASTIC模型、GOD模型、SGA模型等。DRASTIC模型是美国环保局（USEPA）及美国水井协会（NWWA）于1987年开发的一种系统参数法，随着在地下水脆弱性评价工作中的广泛应用，国内外专家不断地对该模型进行优化，目前DRASTIC模型已经成为应用最广泛的模型[1]。一般来说，DRASTIC模型的适用条件，要满足地表存在污染源且有下渗的可能性，同时污染物会随着地下水而迁移。常熟地区工业发达，存在大量潜在的浅层地下水污染源，且气候湿润、雨量充沛，因此进行浅层地下水脆弱性研究，DRASTIC模型可以做出有效评价。

3 评价方法

依据2019年国家发布《地下水污染防治分区划分工作指南》，利用 DRASTIC模型对常熟地区浅层地下水脆弱性评价，选取7个主要影响因素作为评价因子，地下水位埋深（D）、含水层厚度（A）、包气带介质类型（I）以及渗透系数（C）四个地下水环境方面的指标；与降水入渗相关垂向净补给量指标（R）；与地表相关的土壤介质（S）和地形坡度（T）两个指标。根据模型中的7个主要评价因子对浅层地下水脆弱性的影响程度，赋予相应权重，再利用公式（1）进行加权求和，计算得出浅层地下水脆弱性指数。

式中：DI表示地下水脆弱性指数，字母D、R、A、S、T、I、C分别对应表征地下水位埋深、垂向净补给量、含水层厚度、土壤介质、地形坡度、包气带介质类型（I）、含水层渗透系数，下标R表示指标值，下标W表示指标的权重，对公式（1）中DI的计算结果进行评价可知，DI值越高，地下水的脆弱性越高，反之脆弱性就越低。

4 评价因子及权重

DRASTIC模型7项评价因子的权重主要是通过各项指标对浅层地下水脆弱性影响程度的大小来确定。DRASTIC模型由于广泛应用，各因子的权重基本已经形成共识与规范体系。本次常熟地区浅层地下水脆弱性评价研究不作修正。各个因子单项对浅层地下水的影响程度，同样参考国家规范《地下水污染防治分区划分工作指南》，以10分计，分值越大表示对地下水脆弱性影响越显著。

表1 模型因子权重

5 评价结果

在进行调查和综合研究的基础上，按照常熟地区的气象、水文及地质实际情况，根据每个因子对常熟地区浅层地下水脆弱性的影响程度，进行评分赋值，利用ArcGIS进行模拟计算，完成综合评价[2]。

5.1 地下水埋深

在满足精度不少于1:5万的调查条件下，常熟地区由潜水含水层和微承压含水层构成的浅层地下水，均为第四系松散堆积层地下水，赋存条件好，水位埋深较浅，除尚湖镇区域潜水位埋深在2～4 m以外，其它区域埋深均在 0～2 m。根据常熟地区浅层地下水埋深的实际情况，评价结果如表3所示，研究区地下水埋深总体评分为9分和10分两级，9分区域为地下水埋深在2～4 m的尚湖镇，10分区域为尚湖镇以外埋深小于2 m的其它区域。

表2 地下水埋深评分表

表3 垂向净补给量评分表

5.2 垂向净补给量

常熟地区浅层地下水主要由潜水与微承压水构成，大气降水是其主要的补给来源。同时，常熟地区全域浅层地下水基本禁采，水力梯度很小，水平方向流量较小，侧向径流量可以忽略。对于本研究而言，常熟地区浅层地下水的补给主要考虑垂向补给，即降水的补给量，地表水的侧向补给暂不考虑。另外，常熟地区虽然工业企业发达，但耕地面积仍然很大，占整个常熟总面积的30%以上，耕地主要以水田为主，存在一定量灌溉回归对浅层地下水的补给。因此，常熟地区垂向净补给量的计算需迭加灌溉回归量。根据饱气带岩性的分布特征，将常熟分为3个区，同时参考“江苏省地下水资源研究”中，江苏省平原地区入渗系数与饱气带岩性及水位埋深关系，综合考虑不同区域的岩性及水位埋深，对入渗系数进行赋值，北部沿江地带的长江新三角洲地区饱气带岩性以粉土为主，入渗系数最大，取值0.20，中部地区为粉质粘土、淤质粉质粘土、粉土，渗透系数相对较小，取0.14；常熟西南部地区则为灰黄、灰褐色粉质粘土、粘土，结构致密，呈可硬塑状，入渗系数取0.12。常熟市历年降水平均值为1 135.6 mm（政府官方网站公布），根据降水量乘以降水入渗系数，计算得出各区大气降水垂向净补给量。

考虑到耕地的灌溉回归，常熟市总耕地面积为419.4 km2，灌溉入渗系数=0.1，灌溉定额 450 m3/亩，可计算出灌溉回归量6.75 mm/a。综合大气降水和灌溉回归，进行评分赋值，见表4。

表4 含水层评分表

5.3 含水层厚度

含水层由于其岩性特点，富水性和透水性良好，更是和含水层厚度程正相关关系，因此含水层的厚度对地下水脆弱性影响较大[3]。根据调查，结合《江苏省沿江工业走廊水文地质、工程地质、环境地质综合评价报告》等区域水工环资料，常熟地区潜水含水层岩性以粉质粘土为主夹少量粉土，富水性差且含水层薄，微承压含水层以细粉砂为主，分布广泛且稳定，为浅层地下水的主要含水层，除福山、虞山等浅层地下水缺失区外，其它地区均有分布。王庄镇-常熟市区-支塘镇一线，微承压含水层厚度较薄，一般小于10 m。在常熟南部的东南街道、沙家浜镇等地，含水层较为发达，厚度普遍大于20 m。其余大部分地区10～20 m不等。含水层厚度评分见表5。

表5 土壤介质评分表

5.4 土壤介质

根据野外调查，结合《江苏省常熟市土壤志》及土地利用规划等资料以及遥感影像，常熟地区土壤受气候、地形、水文、土壤母质类型的影响，主要包括粘质壤土（粘土）、粉质壤土、壤土及砂质壤土（砂土），结果如表6所示。

表6 地形坡度评分表

评分为5的砂质壤土全市范围内只有与太仓、张家港交界区域，少量以条带状分布；评分为4分的壤土分布区主要集中在梅李镇、董浜镇及碧溪镇大部分区域；评分为3的粉质壤土广泛分布于常熟地区西侧，总面积507 km2，占比46%，属全区分布最广，其它区域分布粘质壤土，评分为2。

5.5 地形坡度

常熟地区位于长江中下游冲击平原，除虞山、福山少量山丘外，全域90%为地势平坦水网平原，浅层地下水即赋存于其中。通过利用ArcGIS对高程数据的提取[4]，对常熟地区的坡度进行分析与数据处理，完成研究区的坡度计算。研究区坡度取值基本在 0～2%内，可见常熟地区浅层地下水赋存区域地势平坦，携带污染物的径流在该区域滞留时间长，污染下渗的可能性大，造成浅层地下水脆弱性高，坡度评分见表7。

表7 包气带介质类型评分表

5.6 包气带介质类型

常熟地区包气带介质主要包括粉土、粉质粘土及淤质粉质粘土。不同的包气带介质会对通过水流中的物质产生各种物理及化学生物作用，污染物随水流进入含水层的过程中，浓度会得到有效降低[5]。常熟地区碧溪镇、董浜镇、支塘镇、海虞镇及梅李镇等沿江区域包气带介质类型为粉土，评分值为3分，其它75%区域包气带介质类型为粉质粘土，总面积达826.8 km2，评分值为2分。评分值情况见表8。

表8 含水层渗透系数评分表

5.7 含水层渗透系数

一般而言，土层岩性孔隙越大，含水层的渗透性越好，渗透系数越大，通过地下水及污染物质的能力也越强，污染随着地下水扩散的可能性也越大，造成地下水脆弱性越高。常熟地区浅层地下水含水层虽是由潜水含水层的黏性土及微承压含水层的砂性土构成，但微承压含水层为主体，岩性为细粉砂，渗透性明显大于潜水含水层黏性土，遵循污染风险最大化的原则，常熟地区浅层地下水含水层渗透系数评价因子按照细粉砂进行。依据《工程地质手册（第五版）》经验值，研究区全区浅层地下水含水层渗透系数均小于等于4 m/d，得到含水层渗透系数的脆弱性评分值如表9所示，全域评分为1。

表9 常熟市地下水脆弱性评价表

5.8 综合评价分区

利用 Arc GIS 对各因子的评分图进行叠加分析，并将得到的脆弱性综合指数按照数值大小分为5个区间，每个区间按指数从小到大分别为地下水脆弱性综合指数值DI[23，70]的低脆弱区，地下水脆弱性综合指数值DI（70，100]的较低脆弱区，地下水脆弱性综合指数值DI（100，120]的中等脆弱区，地下水脆弱性综合指数值DI（120，150]的较高脆弱区，以及地下水脆弱性综合指数值DI（150，230]的高度脆弱区[6]。

常熟地区地下水脆弱性综合指数分布范围在122～154之间。利用叠加的地下水脆弱性综合指数分布图，常熟地区浅层地下水的脆弱性指数分布于较高及高脆弱性2个区间，得到地下水脆弱性评价如图1所示，从中可以得到地下水脆弱性分布规律：除浅层地下水缺失区以外，全市浅层含水层脆弱性评价结果为较高脆弱性与高脆弱性。高脆弱性区域主要分布在沿江地区及董浜镇部分区域，总面积约76.82 km2，占比约6.05%。其它区域浅层地下水脆弱性均为较高脆弱性，总面积约1 192.74 km2，占比约93.95%。

图1 常熟地区浅层地下水脆弱性评价分区图

6 结语

通过ArcGIS软件利用DRASTIC评价模型，对常熟地区浅层地下水脆弱性进行评价，由于浅层地下水含水层埋深浅，受气象环境、地面环境及人类活动深刻影响，评 价结果体现总体脆弱性较高的现状，与现阶段区域浅层地下水受人类污染威胁的情况基本符合。