潘宏雨，馮穎俊

(河南地礦職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 450007)

基于DRASTIC的AHP在洛陽(yáng)市地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

潘宏雨，馮穎俊

(河南地礦職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 450007)

摘要將傳統(tǒng)的DRASTIC方法與層次分析法相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)的DRASTIC評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予新的權(quán)重，并以洛陽(yáng)龍宇化工有限公司PTA改擴(kuò)建工程為例，介紹了基于DRASTIC的層次分析法在地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞DRASTIC方法；層次分析法；地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)；洛陽(yáng)市

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)地下水污染日益嚴(yán)重。地下水防污性能是地下水抵御人為污染的能力，是衡量系統(tǒng)自身防污能力的關(guān)鍵指標(biāo)，是建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃選址的重要依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的地下水防污性能評(píng)價(jià)指數(shù)模型很多，其中DRASTIC模型應(yīng)用最為廣泛。但在傳統(tǒng)的DRASTIC方法中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為定值，不能很好地反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下水防污性能的影響。層次分析法(AHP)將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、決策3個(gè)層次，進(jìn)行定性和定量分析。筆者將傳統(tǒng)的DRASTIC方法與AHP相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)的DRASTIC評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予新的權(quán)重，并將其應(yīng)用于洛陽(yáng)市地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中。

1建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

1.1地形地貌洛陽(yáng)龍宇化工有限公司年產(chǎn)100萬(wàn)t精對(duì)苯二甲酸(PTA)改擴(kuò)建項(xiàng)目位于河南省洛陽(yáng)市吉利區(qū)石化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)。該石化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)主要地貌類型為丘陵、平原和灘地。北部丘陵起伏、溝壑縱橫，多為坡地和梯田，海拔為160～290 m，屬黃土剝蝕丘陵區(qū)，面積16.4 km2，占總面積的20.5%；中部為黃河沖積階地平原，地勢(shì)北高、南低，地貌單元?jiǎng)澐譃棰蚣?jí)階地和Ⅰ級(jí)階地，面積40 km2，占總面積的50.1%；南部為黃河漫灘，西北較窄，東南較寬，面積23.5 km2，占總面積的29.4%。該改擴(kuò)建項(xiàng)目場(chǎng)地位于黃河北岸Ⅱ級(jí)階地Q3上，場(chǎng)地距南邊的Ⅰ級(jí)階地Q41.1 km，距北邊的黃土剝蝕丘陵區(qū)Q20.4 km。

1.2水文地質(zhì)條件

1.2.1漫灘與Ⅰ級(jí)階地。含水層組頂板一般為厚度4～10 m的全新統(tǒng)沖積粉砂或粉土層，結(jié)構(gòu)疏松，利于地表水或降雨的入滲；以下主要為中、上更新統(tǒng)卵礫石、漂石層，單層厚度5～20 m，總厚度10～60 m，局部夾有細(xì)砂、中砂層。含水層組底板埋深20～70 m。含水層滲透系數(shù)一般為15～20 m/d，單位涌水量為200～1 000 m3/(d·m)，水力性質(zhì)為潛水。

1.2.2Ⅱ級(jí)階地。含水層組底板埋深40～60 m，含水層巖性主要為中更新統(tǒng)砂卵礫石，上覆20～30 m厚的黃土狀粉質(zhì)粘土層，水位埋深多大于覆蓋層厚度，局部具有微承壓性質(zhì)，整體水力性質(zhì)為潛水。含水層組厚度由西部的10 m左右向東逐漸增至40～55 m，含水層組的富水性、滲透性則由強(qiáng)變?nèi)?，送莊-吉利一帶單井單位涌水量為2 400～4 000 m3/(d·m)，滲透系數(shù)達(dá)20～50 m/d。吉利以東地區(qū)單位涌水量小于1 200 m3/(d·m)，滲透系數(shù)為8～12 m/d。

1.2.3黃土剝蝕丘陵區(qū)。該區(qū)分布在調(diào)查區(qū)北部的黃土塬和黃土丘陵區(qū)。含水層巖性為黃土類粉土，垂直節(jié)理裂隙和大孔隙發(fā)育，是大氣降水的入滲通道及塬區(qū)上層滯水和潛水的儲(chǔ)存場(chǎng)所。單井出水量受地形和匯水條件的控制，差異明顯。在黃土塬區(qū)，機(jī)民井的單井出水量為200～1 000 m3/d；黃土丘陵區(qū)單井出水量為1～20 m3/d。

2DRASTIC評(píng)價(jià)方法指標(biāo)體系

地下水系統(tǒng)防污性能是指“土壤-巖石-地下水”系統(tǒng)抵御污染地下水的能力，分為固有防污性能和特殊防污性能。固有防污性能是指一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，污染物進(jìn)入地下水的難易程度，它與含水層所處的水文地質(zhì)條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無(wú)關(guān)。特殊防污性能是指地下水防止某種或某類污染物的能力。采用DRASTIC方法，對(duì)洛陽(yáng)龍宇化工有限公司所在區(qū)域地下水系統(tǒng)的固有防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

DRASTIC評(píng)價(jià)方法假設(shè)條件為：污染物由地表進(jìn)入地下；污染物隨降水入滲到地下水中；污染物隨地下水流動(dòng)而遷移。該評(píng)價(jià)方法指標(biāo)體系由7個(gè)與地下水系統(tǒng)防污性能有關(guān)的指標(biāo)組成，分別為地下水埋深(D)、含水層凈補(bǔ)給量(R)、含水層介質(zhì)(A)、土壤類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶(I)、含水層滲透系數(shù)(C)。應(yīng)用該法評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)按其對(duì)應(yīng)的范圍或類別進(jìn)行打分。D為0～1.5、1.5～4.6、4.6～9.1、9.1～15.2、15.2～20.0、20.0～30.5、>30.5 m時(shí)，評(píng)分分別為10、9、7、5、3、2、1；R為0～51、51～102、102～178、178～254、>254 mm時(shí)，評(píng)分分別為1、3、6、8、9；A為塊狀頁(yè)巖、變質(zhì)巖/火成巖、風(fēng)化變質(zhì)巖/火成巖、冰磧層、層狀砂巖/灰?guī)r/頁(yè)巖/塊狀砂巖/塊狀灰?guī)r、砂礫層、玄武巖、巖溶灰?guī)r時(shí)，評(píng)分分別為2、3、4、5、6、8、9、10；S為薄層無(wú)礫砂、泥炭、膨脹或凝聚性粘土、砂質(zhì)粉土、粉土、粉砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)、垃圾、非膨脹或非凝聚性粘土?xí)r，評(píng)分分別為10、9、8、7、6、5、4、3、2、1；T為0～2%、2%～6%、6%～12%、12%～18%、>18%時(shí)，評(píng)分分別為10、9、5、3、1；I為承壓層、粉砂/粘土/頁(yè)巖、變質(zhì)巖/火成巖、灰?guī)r/砂巖/頁(yè)巖/含粉砂和粘土較多的砂礫、砂礫、玄武巖、巖溶灰?guī)r時(shí)，評(píng)分分別為1、3、4、6、8、9、10；C為0～4.1、4.1～12.2、12.2～28.5、28.5～40.7、40.7～81.5、>81.5 mm時(shí)，評(píng)分分別為1、2、4、6、8、10[1]。確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分和權(quán)重后，計(jì)算DRASTIC指數(shù)。DRASTIC指數(shù)計(jì)算公式為：

Y=DRDW+RRRW+ARAW+SRSW+TRTW+IRIW+CRCW

式中，Y為DRASTIC指數(shù)；DR、DW分別為地下水埋深的評(píng)分和權(quán)重；RR、RW分別為含水層凈補(bǔ)給量的評(píng)分和權(quán)重； AR、AW分別為含水層介質(zhì)的評(píng)分和權(quán)重； SR、SW分別為土壤類型的評(píng)分和權(quán)重； TR、TW分別為地形坡度的評(píng)分和權(quán)重； IR、IW分別為包氣帶的評(píng)分和權(quán)重； CR、CW分別為含水層滲透系數(shù)的評(píng)分和權(quán)重。DRASTIC指數(shù)高的區(qū)域，地下水系統(tǒng)防污性能差，易受到污染；反之，地下水系統(tǒng)防污性能好，受到污染的可能性小[2-3]。

3指標(biāo)權(quán)重的確定

該改擴(kuò)建項(xiàng)目場(chǎng)地包氣帶較厚、滲透性較差、分布連續(xù)穩(wěn)定，對(duì)地下水污染起著重要的屏障作用。因此，包氣帶阻滯污染能力的研究，對(duì)該項(xiàng)目地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)有著重要意義[4-5]。傳統(tǒng)的DRASTIC方法中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為定值，該評(píng)價(jià)采用層次分析法。以DRASTIC指標(biāo)為目標(biāo)層，將7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)按照與包氣帶相關(guān)性的高低程度分為兩類，構(gòu)成準(zhǔn)則層，建立以評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分為決策層的3級(jí)層次結(jié)構(gòu)。將DRASTIC方法中評(píng)價(jià)包氣帶阻滯污染物能力的各種復(fù)雜因素用遞階層次結(jié)構(gòu)表達(dá)，逐層進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而得到關(guān)于包氣帶阻滯能力的新的權(quán)重值。

按照九標(biāo)度層次分析法的基本步驟，分別針對(duì)準(zhǔn)則層的因素，將決策層各因素兩兩比較，獲得直接判斷矩陣和間接判斷矩陣。計(jì)算每個(gè)判斷矩陣的最大特征值(λmax)和對(duì)應(yīng)的特征向量，并做一致性檢驗(yàn)。如一致性檢驗(yàn)通過(guò)，再進(jìn)行下一步的層次單排序，計(jì)算出的最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量可作為權(quán)重，用Matlab計(jì)算每個(gè)判斷矩陣的特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量[6]。一致性指標(biāo)(CI)和一致性比例(CR)計(jì)算公式分別為：

(1)

(2)

式中，n為判斷矩陣的階數(shù)；RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)n=1，2，…，9時(shí)，RI分別為0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45。當(dāng)CR<0.10時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可以接受，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣做適當(dāng)修正。

經(jīng)一致性檢驗(yàn)后，D、R、A、S、T、I、C的權(quán)重分別為0.206、0.062、0.157、0.202、0.047、0.294、0.032，此時(shí)CR=0.030 44。

4評(píng)價(jià)結(jié)果

從評(píng)價(jià)區(qū)水文地質(zhì)條件分析可知，地下水位埋深由丘陵區(qū)向Ⅱ級(jí)階地、Ⅰ級(jí)階地由深變淺，含水層顆粒由Ⅱ級(jí)階地、Ⅰ級(jí)階地向河漫灘逐漸變粗，富水性逐漸增強(qiáng)，降水入滲系數(shù)逐漸增大，表明該區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件受地貌單元的控制作用明顯，故地下水系統(tǒng)防污性能評(píng)價(jià)單元的劃分以地貌單元為宜。由表1可知，評(píng)價(jià)區(qū)地下水固有防污性能可分為3個(gè)等級(jí)。DRASTIC指數(shù)越大，表明包氣帶對(duì)污染物的阻滯能力越低，地下水防污性能越差，越容易受到污染。項(xiàng)目場(chǎng)地的DRASTIC指數(shù)為3.876，地下水系統(tǒng)防污性能較好，包氣帶阻滯污染物能力較高，地下水較難受到污染；場(chǎng)地北邊的丘陵區(qū)，地下水防污性能最好；場(chǎng)地南邊的Ⅰ級(jí)階地，地下水防污性能相對(duì)較差，包氣帶阻滯污染物能力稍低，地下水較易受到污染。

表1　地下水系統(tǒng)防污性能評(píng)價(jià)結(jié)果

接下表

續(xù)表1

需指出的是，DRASTIC指數(shù)只能表示不同評(píng)價(jià)單元地下水系統(tǒng)防污的相對(duì)能力，并不能說(shuō)明地下水系統(tǒng)防污的絕對(duì)能力大小，更不能代替其對(duì)某種污染物的特殊防污能力。該項(xiàng)目場(chǎng)地包氣帶厚度較大，滲透系數(shù)較小，分布連續(xù)穩(wěn)定，對(duì)地下水系統(tǒng)的固有防污性能起著重要作用[7-9]。但對(duì)該項(xiàng)目地下水特征污染物COD的特殊防污能力大小，還需要通過(guò)包氣帶淋濾試驗(yàn)進(jìn)一步確定。

參考文獻(xiàn)

[1] 張保祥，萬(wàn)力，JADE J.DRASTIC地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用：以泰國(guó)清邁盆地為例[J].水資源保護(hù)，2007，23(2)：38-42.

[2] 陳偉.利用DRASTIC指標(biāo)體系評(píng)價(jià)安徽省淮北平原淺層地下水脆弱性[J].安徽地質(zhì)，2006，16(1)：26-30.

[3] 左海鳳，魏加華，王光謙.DRASTIC地下水防污性能評(píng)價(jià)因子賦權(quán)[J].水資源保護(hù)，2008，24(2)：22-26.

[4] 黃棟.北京市平原區(qū)地下水脆弱性研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2009.

[5] 范琦，王貴玲，藺文靜，等.地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法的探討及實(shí)例[J].水利學(xué)報(bào)，2007，38(5)：601-605.

[6] 郭靜，趙林，劉年磊，等.基于DRASTIC的包氣帶阻滯污染物能力研究[J].環(huán)境污染與防治，2011，33(12)：53-54.

[7] 黃少虎，吳價(jià)城，包振華，等.包氣帶在地下水污染研究中的意義及其研究現(xiàn)狀[J].勘察科學(xué)技術(shù)，1986(6)：23-28.

[8] 陳建峰.淺析包氣帶土壤水變化特征[J].地下水，2009，31(1)：53-55.

[9] 劉長(zhǎng)禮，張?jiān)疲~浩，等.包氣帶粘性土層的防污性能試驗(yàn)研究及其對(duì)地下水脆弱性評(píng)價(jià)的影響[J].地球?qū)W報(bào)，2006，27(4)：349-354.

中圖分類號(hào)S181.3;X523

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)30-203-03

作者簡(jiǎn)介潘宏雨(1965- )，男，河南信陽(yáng)人，高級(jí)工程師，碩士，從事環(huán)境水文地質(zhì)教學(xué)與研究工作。

收稿日期2015-09-21

Application of AHP Based on DRASTIC in the Environmental Impact Assessment of Groundwater in Luoyang City

PAN Hong-yu, FENG Ying-jun(Henan Geology and Mineral Resources of Career Academy, Zhengzhou, Henan 450007)

AbstractThe traditional DRASTIC method and analytic hierarchy process (AHP) are combined to give new weights to the traditional DRASTIC evaluation index. Taking the PTA reconstruction and extension project of Long Yu Chemical Co., Ltd. Luoyang as an example, this paper introduces the application of AHP based on DRASTIC in the environmental impact assessment of groundwater.

Key wordsDRASTIC; AHP; Groundwater environmental impact assessment; Luoyang City