馮加遠(yuǎn)，劉博榕

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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基于GIS葉爾羌河流域地下水防污性能評價(jià)

馮加遠(yuǎn)，劉博榕

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]地下水防污性能反映地下水系統(tǒng)天然防護(hù)能力，可以為土地利用規(guī)劃、地下水防治區(qū)劃、地下水污染風(fēng)險(xiǎn)等提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)合葉爾羌河流域的水文地質(zhì)條件，對DRASTIC評價(jià)模型進(jìn)行了改善，建立了符合葉爾羌河流域的DRASTIC價(jià)模型。該模型由地下水埋深、渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)、含水層巖性、地下水富水性、包氣帶介質(zhì)等5個(gè)因子組成，應(yīng)用GIS技術(shù)各因子加權(quán)疊加的綜合指數(shù)進(jìn)行等級劃分，得到葉爾羌河流域地下水防污性能評價(jià)圖。該模型的評價(jià)結(jié)果客觀科學(xué)，能有效的為地下水保護(hù)、治理及資源管理部門服務(wù)。

[關(guān)鍵詞]地下水防污性能；DRASTIC評價(jià)模型；評價(jià)方法；GIS技術(shù)

葉爾羌河流域位于祖國西部邊陲的新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西緣，地跨喀什、和田、克孜勒蘇柯爾克孜自治州及阿克蘇等四個(gè)地區(qū)九個(gè)縣，是新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)最大的灌區(qū)。一個(gè)區(qū)域的防污性能的好差與區(qū)域的地形、氣候、上覆土層和巖層性質(zhì)、含水層性質(zhì)等有著密切相關(guān)的聯(lián)系。本文根據(jù)葉爾羌河流域的特殊的地理位置和水文特征，對DRASTIC評價(jià)方法進(jìn)行改造，選取適合葉爾羌河流域的的評價(jià)因子，建立相應(yīng)的評分和權(quán)重體系，建立適合該地區(qū)實(shí)際狀況的評價(jià)模型，并結(jié)合GIS方法對該地區(qū)淺層地下水防污性能進(jìn)行評價(jià)[1,2,3]。

1水文地質(zhì)概況

葉爾羌流域的南部高山區(qū)為終年積雪的昆侖山，大量的冰雪融水為廣大的北部平原提供了充沛的地表水、地下水水源。流域內(nèi)發(fā)育了貫穿全區(qū)的長1 179 km的葉爾羌河，及終結(jié)于平原上部的提孜那甫河、烏魯克河、柯克亞河，構(gòu)成了流域的主要河流網(wǎng)，平均每年為平原區(qū)輸送豐富的地表水資源。縱橫交錯的灌溉系統(tǒng)為平原區(qū)地下水的轉(zhuǎn)化提供了充分有力的保證。

南部高中山區(qū)的基巖構(gòu)造裂隙水，含水層主要由元古界、古生界和中生界的變質(zhì)巖、石灰?guī)r、砂巖及砂礫巖所組成，該區(qū)地層經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動，其節(jié)理裂隙發(fā)育，基巖裸露，大氣降水和地表水直接沿裂隙下滲轉(zhuǎn)化為地下水。

南部的低山丘陵是由一系列近東西向背斜組成，含水層主要為弱透水的第三紀(jì)砂泥巖與下更新統(tǒng)礫巖，地下水除接受微弱的大氣降水與地表水入滲外主要接受來自高中山區(qū)地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，賦存于裂隙、孔隙之中，形成碎屑巖裂隙孔隙水。

葉爾羌河沖積平原堆積的巨厚的第四紀(jì)松散層為平原區(qū)地下水賦存和運(yùn)移提供了良好的空間。受構(gòu)造、地形控制，洪積扇前緣地下水以泉群的形式溢出地表，廣大的平原區(qū)受干旱氣候所至地下水以蒸騰、蒸發(fā)的形式進(jìn)行排泄。

2葉爾羌河流域地下水防污性能評價(jià)

由于區(qū)域地下水文地質(zhì)的差異，在評價(jià)研究區(qū)域并不能照搬DRAMTIC評價(jià)模型將，要根據(jù)區(qū)域的具體情況，并結(jié)合國內(nèi)外已有成功的案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合葉爾羌河流域的水文地質(zhì)特性，選取符合葉爾羌河流域的地下水防污性能DRAMTIC評價(jià)模型因子[4]。

2.1評價(jià)因子的選取

DRASTIC模型7個(gè)評價(jià)因子分別為：地下水埋深、凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)、土壤類型、地形坡度、包氣帶介質(zhì)以及含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)。由于葉爾羌河流域具有特殊水文地質(zhì)及自然地理?xiàng)l件以及實(shí)測資料獲得的難易程度與準(zhǔn)確度，共選擇5個(gè)影響地下水防污性能的因子：地下水埋深、渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)、含水層介質(zhì)、含水層富水性、包氣帶介質(zhì)。

地下水位埋深是對地下水防污性能影響程度最大的因子之一。由于地下水位埋深決定著污染物到達(dá)含水層之前傳輸媒介材料的深度，以及有助于確定與周圍介質(zhì)接觸的時(shí)間，并且提供了污染物與大氣中的氧接觸致使其氧化的最大機(jī)會[5]。

凈補(bǔ)給量為單位面積內(nèi)通過地表下滲到達(dá)地下水水位的水量。補(bǔ)給水是污染物向地下水運(yùn)移的主要載體，一方面控制著污染物的傳輸，同時(shí)對污染物有著有著稀釋的作用，但這個(gè)量很難準(zhǔn)確獲得。葉爾羌河流域地下水的凈補(bǔ)給主要來源于渠系入滲補(bǔ)給量。因此，選取渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)來代替凈補(bǔ)量這一因子對葉爾羌河流域地下水防污性能評價(jià)中的影響。

包氣帶是指潛水位以上的非飽水帶，它應(yīng)該包括土壤層。由此可見，DRASTIC模型中的土壤類型和包氣帶介質(zhì)這兩個(gè)因子描述的內(nèi)容很相近，應(yīng)該把這兩個(gè)因子合并成一個(gè)用于評價(jià)葉爾羌河流域淺層地下水天然防污性能才比較合理。

含水層介質(zhì)和含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)這兩個(gè)因子是重復(fù)因子，主要影響污染物在含水層遷移的難易程度，但含水層介質(zhì)的資料獲取易于含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)，所以，選取含水層介質(zhì)作為防污性能評價(jià)因子。

另外考慮到調(diào)查區(qū)內(nèi)含水層富水程度能更好的反映地下水的資源特性，即：葉爾羌河流域的地下水富水地段都是居民聚集地區(qū)，防污性能的好差影響當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩?，居民聚集地區(qū)的防污性能的評價(jià)就顯得尤為重要。因此，選取含水層的富水性作為地下水污染防污性能的評價(jià)因子。

2.2評價(jià)因子評分與權(quán)重體系

本文就已選擇的5個(gè)評價(jià)因子的各個(gè)要素進(jìn)行賦值，賦值越大，地下水防污性能越差。每個(gè)要素賦值范圍1～10之間，根據(jù)野外實(shí)際調(diào)查和以前的資料，并結(jié)合美國環(huán)保總署規(guī)定了每個(gè)要素的賦值標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)給每個(gè)要素分配一個(gè)權(quán)重值，其范圍為1～5，權(quán)重值的大小反映了該要素對地下水防污性能的貢獻(xiàn)程度，權(quán)重越大，表示該指標(biāo)對地下水污染的相對影響越大。建立本模型的評分體系(表1)與權(quán)重體系(表2)。

2.3地下水防污性能綜合指數(shù)計(jì)算方法

利用GIS技術(shù)的空間分析功能對各評價(jià)因子評分及權(quán)重體系進(jìn)行圖層間的疊加合并分析，不同水文特征的地區(qū)，防污性能綜合指數(shù)也不同，表明防污性能的不同，根據(jù)防污性能綜合指數(shù)完成地下水防污性能分區(qū)[6]。

地下水防污性能綜合指數(shù)是選取的5個(gè)評價(jià)因子賦值的加權(quán)乘積和，由下式計(jì)算：

DRASTIC=DWDR+RWRR+MWMR+AWAR+TWTR

式中：下標(biāo)R代表各要素的賦值，下標(biāo)W代表各要素的權(quán)重值。

表1　DRASTIC模型評分體系

2.4地下水防污性能評價(jià)結(jié)果

應(yīng)用上述建立的DRAMTIC評價(jià)模型，計(jì)算的防污性能綜合指數(shù)最小值為74，最大值為164，為方便分級，將理論值進(jìn)行折算，折算系數(shù)=1/1.64，即折算后的指數(shù)范圍為45.73～100，根據(jù)折算后的防污性能指數(shù)大小由高到低，劃分為三個(gè)級別(表3)：防污性能差、防污性能較差、防污性能中等。

表2　DRASTI模型權(quán)重體系

表3　地下水防污性能分級

從葉爾羌河流域地下水防污性能分區(qū)圖上可以看出：葉爾羌河流域在莎車縣以北防污性能由葉爾羌河兩側(cè)至兩側(cè)沙漠區(qū)呈現(xiàn)逐漸變好的趨勢；莎車縣以南由丘陵區(qū)至平原區(qū)，防污性能逐漸變好，其變化特征與調(diào)查區(qū)內(nèi)地形地貌、地質(zhì)及水文地質(zhì)的變化情況一致。

防污性能差的區(qū)域：主要分布在莎車縣以北葉爾羌河兩側(cè)平原區(qū)和南部丘陵區(qū)，莎車縣以北平原區(qū)地下水位埋深較淺，基本都在10 m以內(nèi)，包氣帶巖性為中細(xì)砂，灌溉渠系密布，農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)；南部丘陵區(qū)地下水埋深基本都在20 m左右，包氣帶巖性為砂礫石，顆粒粗，天然防護(hù)能力差，地表水體及污染物的垂向滲透能力強(qiáng)，潛水含水層滲透系數(shù)大，污染物極易擴(kuò)散，地下水最容易被污染。

防污性能較差的區(qū)域：主要分布在莎車縣以北平原區(qū)與沙漠區(qū)的過渡地帶和莎車縣以南的大部分平原地區(qū)，這些區(qū)域地下水埋深較深，包氣帶為中細(xì)砂，灌溉渠系較少，富水性較差，防污性能較莎車縣以北平原區(qū)好。

防污性能中等區(qū)域：主要分布在澤普縣東部至葉城縣一帶小部分區(qū)域，這些區(qū)域包氣帶巖性為亞砂土，顆粒較細(xì)，天然防護(hù)能力較好，污染物垂向滲透能力差。

3結(jié)語

參照DRASTIC方法的思路，制定的研究區(qū)地下水防污性能評價(jià)方法經(jīng)檢驗(yàn)比較好地反映了葉爾羌河流域的實(shí)際情況?；贕IS技術(shù)得到的防污性能分區(qū)圖對該地區(qū)制定地下水污染防治措施具有現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。所以，還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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[3]李輝，等.湛江市淺層地下水防污性能評價(jià)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào).2006，27(4)，98-100.

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[5]. 鐘佐燊.地下水防污性能評價(jià)方法探討[J].地學(xué)前緣.2005,12(特刊):3-11.

[6]. 楊慶,欒茂田.地下水易污性評價(jià)方法- DRASTIC指標(biāo)體系[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).1999,(2):4-9.

[收稿日期]2015-09-28

[作者簡介]馮加遠(yuǎn)(1989-)，男，山東臨沂人，在讀碩士研究生，主攻方向：水文地質(zhì)和工程地質(zhì)。

[中圖分類號]X143

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)01-0085-02