李玉芳，陳 立

（新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆烏魯木齊 830091）

0 前言

烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)首府，是世界上最內(nèi)陸、距離海洋和海岸線最遠(yuǎn)的大型城市。隨著城市的不斷發(fā)展，烏魯木齊市的地下水資源不僅遭到超采，同時(shí)亦遭到不同程度的污染，制約了城市經(jīng)濟(jì)和資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著國家西部大規(guī)模開發(fā)和“一帶一路”的發(fā)展規(guī)劃，烏魯木齊市還將進(jìn)入大規(guī)模的開發(fā)和建設(shè)的新時(shí)期，伴隨著人口增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，未來將對(duì)烏魯木齊市的水源的質(zhì)量和數(shù)量提出更高的要求。由于自然條件的不斷變化以及愈來愈頻繁的人類活動(dòng)的影響，其地下水資源被污染的可能性進(jìn)一步增大。在充分了解烏魯木齊市地下水賦存的基礎(chǔ)條件的情況下，本次研究采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)研究區(qū)內(nèi)淺層地下水脆弱性，并進(jìn)行了地下水脆弱性分區(qū)，為烏魯木齊市地下水資源管理與規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為烏魯木齊市行政區(qū)范圍，位于新疆中部、北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣、歐亞大陸腹地，東西寬約185km，南北最長(zhǎng)約270km，土地總面積13788km2，海拔高程680～920m。區(qū)內(nèi)總體地勢(shì)南高北低，由西南向東北傾斜，地形復(fù)雜，地形大致為東、南、西三面環(huán)山，北部為烏魯木齊河流域傾斜平原。

研究區(qū)屬溫帶大陸性干旱和半干旱氣候。其主要特點(diǎn)是：降水量少，年平均降水量不足200mm，蒸發(fā)能力強(qiáng)，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)；冬季寒冷，夏季炎熱，春秋兩季不甚明顯，年較差及晝夜溫差大，具有寒熱多變的典型大陸性氣候特征。該地區(qū)2014年全年月平均氣溫7.4℃，全年月平均降水量24.8mm，全年月平均日照時(shí)數(shù)248.9h。

研究區(qū)境內(nèi)河流水系主要由烏魯木齊河流域、頭屯河流域和白楊河水系構(gòu)成。烏魯木齊河流域包括原烏魯木齊河及南山十余條小河。流域內(nèi)較大的河流有烏魯木齊河、板房溝、水磨溝等。

區(qū)內(nèi)發(fā)育地層有古生界泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系和新生界古近系、新近系以及第四系。巖漿巖不甚發(fā)育，多為華力西早、中期小型侵入巖體、巖株，以酸性花崗巖、中酸性石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖、中性閃長(zhǎng)巖和基性輝綠巖為主?？傮w上由南向北、從山區(qū)到平原，地層由老到新分布。其中第四系廣泛分布于烏魯木齊河、頭屯河流域、柴窩堡盆地及北部平原區(qū)。

按含水介質(zhì)和埋藏條件，平原區(qū)地下水類型以第四系松散巖類孔隙水為主，碎屑巖類孔隙裂隙水以及基巖裂隙水多賦存于山區(qū)及低山丘陵區(qū)（圖1）。其中第四系松散巖類孔隙水分布于柴窩堡山間盆地、烏魯木齊市河谷地段、山前傾斜平原以及達(dá)坂城區(qū)一帶，從山前到平原中部，從河流上游至下游，地下水由第四系松散巖類單一潛水變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)潛水—承壓水；碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在低山區(qū)及丘陵區(qū)，賦存在二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第三系碎屑巖類的裂隙孔隙中；基巖裂隙水主要分布于烏魯木齊東部、南部中低山區(qū)，賦存于石炭系、二疊系及泥盆系碎屑巖和花崗巖類的裂隙中（圖2）。

圖1 烏魯木齊市水文地質(zhì)略圖Fig.1 Hydrogeological map of Urumqi

圖2 烏魯木齊市區(qū)域水文地質(zhì)剖面圖Fig.2 Hydrogeological section of Urumqi city region

2 地下水脆弱性評(píng)價(jià)

2.1 地下水脆弱性評(píng)價(jià)因素

地下水是一個(gè)開放系統(tǒng)，其脆弱程度往往是多種因素共同作用的結(jié)果，其中包括地形、地貌、含水層特征等內(nèi)部因素，也包括各種人為的可能引起污染的外部因素（劉仁濤等，2006）。地下水脆弱性評(píng)價(jià)分為固有脆弱性評(píng)價(jià)以及特殊脆弱性評(píng)價(jià)。其中固有脆弱性評(píng)價(jià)考慮的評(píng)價(jià)因素主要是水文地質(zhì)等內(nèi)部因素，特殊脆弱性評(píng)價(jià)主要考慮外部因素。通常對(duì)地下水進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)是對(duì)兩種脆弱性進(jìn)行綜合考慮。

在實(shí)際應(yīng)用中由于各種原因，不可能對(duì)所有內(nèi)外部因素全部考慮，通常是根據(jù)研究區(qū)的自然地理?xiàng)l件、人類活動(dòng)現(xiàn)狀以及污染實(shí)際情況，并結(jié)合研究目的進(jìn)行具體分析，盡量找出對(duì)地下水脆弱性影響較大的主要因素（敏感因子），建立一套客觀、系統(tǒng)、易操作的指標(biāo)體系，根據(jù)指標(biāo)體系進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)方法的選擇

目前國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)提出了許多不同的評(píng)價(jià)方法，其中有側(cè)重于小比例尺（大范圍）的淺層地下水的固有脆弱性評(píng)價(jià)或者固有脆弱性評(píng)價(jià)和特殊脆弱性評(píng)價(jià)的聯(lián)合的迭置指數(shù)法；有適用于大比例尺（小范圍）的土壤、包氣帶的特殊脆弱性評(píng)價(jià)的過程數(shù)學(xué)模擬法；有適用于小比例尺（大范圍）的潛水的特殊脆弱性評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)法；也有適用于小比例尺（大范圍）的潛水的固有脆弱性評(píng)價(jià)的模糊數(shù)學(xué)方法（DIXON et al,2007）。這些方法都各有側(cè)重點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。目前，對(duì)地下水脆弱性的評(píng)價(jià)，迭置指數(shù)法中的DRASTIC方法是應(yīng)用較為廣泛和成功的。

DRASTIC法中的主要指標(biāo)為7項(xiàng)，均為水文地質(zhì)參數(shù)。其中D代表地下水位埋深，R代表含水層的凈補(bǔ)給量，A代表含水層組介質(zhì)類型，S代表土壤介質(zhì)類型，T代表地形坡度，I代表滲流區(qū)介質(zhì)類型，即包氣帶介質(zhì)，C代表含水層滲透系數(shù)。7項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)總和為最后的脆弱性評(píng)價(jià)得分，該方法提供的是相對(duì)概念，并不表示地下水污染的絕對(duì)數(shù)值。

2.3 評(píng)價(jià)模型的建立

本次地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法。首先對(duì)7個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分范圍為1～10，對(duì)地下水脆弱性影響越大，評(píng)分越高；然后為每個(gè)指標(biāo)賦予一個(gè)相對(duì)權(quán)重值，代表每個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程度，權(quán)重值的范圍為1～5，其中對(duì)地下水污染影響力最大的指標(biāo)的權(quán)重值賦為5，影響力最小的指標(biāo)權(quán)重賦為1，權(quán)重為不可變的定值；最后脆弱性評(píng)價(jià)得分Di為以上7個(gè)指標(biāo)的加權(quán)總和（范琦等，2007）。

Di的計(jì)算方式為：

式中：Di代表DRASTIC指數(shù)得分；Wj代表因子j的權(quán)重；Rj代表因子j得分。

2.4 各指標(biāo)評(píng)分體系的建立

根據(jù)《地下水資源調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)方法匯編》（中國地質(zhì)調(diào)查局）中“地下水脆弱性評(píng)價(jià)技術(shù)要求GWI-D3”的指標(biāo)特征值，通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)各種地質(zhì)資料的收集、分析結(jié)果，按DRASTIC方法的評(píng)價(jià)原則，建立各指標(biāo)的評(píng)分體系。

（1）D（地下水位埋深）：地下水位埋深是地下水脆弱性評(píng)價(jià)中比較重要的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究區(qū)中部為烏魯木齊河谷，河谷兩側(cè)地下水位埋深20～50m不等，南部為山前傾斜平原，地下水位埋深一般大于100m，北部為細(xì)土平原，地下水位埋深10～30m。區(qū)內(nèi)地下水位埋深總體趨勢(shì)為由南向北逐漸減小。通常水位埋深越小，地表污染物越容易遷移至含水層，地下水受到污染的可能性越大，因此，水位埋深越小，評(píng)分越高。按此原則對(duì)研究區(qū)內(nèi)的地下水位埋深區(qū)間進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果見表1。

表1 定量評(píng)價(jià)因子等級(jí)分值及權(quán)重Tab.1 Quantitative Evaluation of the Value and Weight of Factor Grades

（2）R（含水層凈補(bǔ)給量）：該值可以通過區(qū)域降水等值線圖獲得。通常凈補(bǔ)給量的值越大，代表地下水受到污染的可能性越大，其評(píng)分越高。

（3）A（含水層介質(zhì)類型）：研究區(qū)內(nèi)平原區(qū)地下水以第四系松散巖類孔隙水為主，其含水層巖性主要分為砂礫層及層狀砂巖兩類，通常情況下，含水層巖性的孔隙度越大，含水層受到污染的可能性越大，其評(píng)分應(yīng)該越高，反之則越低，因此相比之下，砂礫層評(píng)分相對(duì)于層狀砂巖稍高，見續(xù)表1。

（4）S（土壤介質(zhì)類型）：研究區(qū)的土壤介質(zhì)類型主要指距地表平均厚度2m或小于2m的地表風(fēng)化層，可以分為礫（砂）、泥炭、粉質(zhì)粘土（砂質(zhì)粉土）、粘土及垃圾等5類，土壤厚度越小，顆粒越粗，代表含水層越容易受到污染，則該評(píng)價(jià)因子在評(píng)分體系中評(píng)分越高，反之則越低。對(duì)土壤介質(zhì)類型按照此原則進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果見續(xù)表1。

（5）T（地形坡度）：研究區(qū)總體地形由西南向東北傾斜，東、南、西三面環(huán)山，北部為烏魯木齊河流域傾斜平原；南部低山丘陵區(qū)地形坡度較大，大于20%，北部?jī)A斜平原2%～20%。

（6）I（包氣帶介質(zhì)）：研究區(qū)包氣帶介質(zhì)類型主要包括砂礫、含粉砂和粘土較多的砂礫、砂巖、粉砂/粘土4類，由南向北包氣帶介質(zhì)巖性顆粒呈現(xiàn)出由粗變細(xì)的分布特征。通常包氣帶巖性孔隙度越大，地表污染物越易被帶入含水層，污染物的運(yùn)移時(shí)間也越短，含水層遭受污染的可能性越大，那么該因子評(píng)分越高。

（7）C（含水層滲透系數(shù)）：影響含水層滲透系數(shù)大小的因素主要取決于含水層中介質(zhì)顆粒的形狀、大小等，含水層滲透系數(shù)越大，含水層遭受污染的可能性越大，該因子評(píng)分越高，對(duì)研究區(qū)的滲透系數(shù)按此原則進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果見續(xù)表1。

續(xù)表1 定量評(píng)價(jià)因子等級(jí)分值及權(quán)重Continued from Tab.1 Quantitative Evaluation of the Value and Weight of Factor Grades

2.5 評(píng)價(jià)分析結(jié)果

根據(jù)得到的研究區(qū)DRASTIC模型的7個(gè)指標(biāo)的評(píng)分圖，應(yīng)用ArcGis10.2圖層分析軟件對(duì)7個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的相對(duì)權(quán)重值進(jìn)行圖層間的疊加分析，根據(jù)表2的劃分等級(jí)，分析得到烏魯木齊市地下水脆弱性分區(qū)圖（圖3）。

（1）極高脆弱性區(qū)：主要分布于烏魯木齊河河谷區(qū)及五一農(nóng)場(chǎng)區(qū)域。該區(qū)地下水位埋深小于10m，包氣帶厚度較??；包氣帶自凈能力比較弱；包氣帶巖性以砂礫石、卵礫石為主，透水性較強(qiáng)，滲透系數(shù)40～100m/d，有利于地表的污染物向地下水含水層的遷移和滲透；地下水補(bǔ)給強(qiáng)度大；根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，該區(qū)劃分為地下水極高脆弱性區(qū)。

表2 地下水脆弱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Subsurface water vulnerability classi fi cation criteria

圖3 烏魯木齊市地下水脆弱性分區(qū)圖Fig. 3 Sub-region Chart of Groundwater Vulnerability in Urumqi City

（2）高脆弱性區(qū)：主要分布于三坪農(nóng)場(chǎng)北部、青格達(dá)湖鄉(xiāng)—安寧渠鎮(zhèn)段。該區(qū)域地下水位埋深10m左右，包氣帶厚度較??；包氣帶自凈能力比較弱；包氣帶的巖性以砂礫石、卵礫石為主，其滲透系數(shù)30～80m/d，透水性也較強(qiáng)；地下水補(bǔ)給強(qiáng)度大；根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，該區(qū)劃分為地下水高脆弱性區(qū)。

（3）中等脆弱性區(qū)：主要分布于柴窩堡—烏拉泊村、永豐鄉(xiāng)以南至雅馬里克山、烏魯木齊河河谷兩側(cè)階地及北部山前傾斜平原三坪農(nóng)場(chǎng)—大草灘段。該區(qū)域地下水位埋深30～80m，包氣帶厚度較厚；包氣帶自凈能力比較弱；包氣帶巖性為砂礫石、卵礫石，其滲透系數(shù)5～20m/d，透水性中等，較利于地表污染物向含水層的遷移和滲透；地下水補(bǔ)給強(qiáng)度大，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，劃分為地下水中等脆弱區(qū)。

（4）低脆弱性區(qū)：主要分布于柴窩堡盆地及達(dá)坂城區(qū)及北部三道壩鎮(zhèn)北側(cè)的小部分區(qū)域，該區(qū)域水位埋深30～250m，包氣帶厚度大；包氣帶自凈能力中等；包氣帶巖性細(xì)砂、砂礫石，滲透系數(shù)較小，透水性中等，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，劃分為地下水低脆弱性區(qū)。

（5）極低脆弱性區(qū)：主要分布于烏魯木齊市三道壩鎮(zhèn)以北，該區(qū)包氣帶巖性多為砂粘土、粉土、細(xì)砂；包氣帶的自凈能力比較強(qiáng)；滲透系數(shù)一般較小，地表污染物較難向地下滲透和遷移；地下水補(bǔ)給強(qiáng)度較小，綜合各影響因素，劃分為地下水極低脆弱性區(qū)。

3 結(jié)論

本次研究，在分析烏魯木齊市基礎(chǔ)地質(zhì)條件及地下水賦存條件的基礎(chǔ)上，采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，對(duì)烏魯木齊市平原區(qū)地下水脆弱性進(jìn)行了整體評(píng)價(jià)，同時(shí)采用ArcGis10.2軟件的圖層空間分析平臺(tái)，將各評(píng)價(jià)因子分區(qū)圖疊加并整合，形成烏魯木齊市地下水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)圖。其中烏魯木齊市中心城區(qū)絕大部分地區(qū)的地下水脆弱性為中—高等，主要是由于含水層介質(zhì)多為砂巖、砂礫石等透水性較好的地層，地下水埋深較小，滲透系數(shù)較大，因此在此區(qū)域進(jìn)行城市規(guī)劃及各類企業(yè)建設(shè)及運(yùn)行時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格開展地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作，并控制污廢水的排放，防止地下水水質(zhì)受到污染。