王松 管后春

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，合肥市淺層地下水受到了不同程度的污染。本文選取地下水位埋深、凈補(bǔ)給量、含水層滲透系數(shù)、地形坡度、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)及非飽和帶介質(zhì)等7個(gè)指標(biāo)，用層次分析法確定權(quán)重，建立了合肥市地下水易污性評(píng)價(jià)的DRASTIC指標(biāo)體系。借助Mapgis軟件的空間分析及制圖功能，對(duì)該地區(qū)淺層地下水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和分區(qū)。評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)測(cè)研究區(qū)地下水質(zhì)量較好地吻合，說(shuō)明基于DRASTIC模型的淺層地下水防污性能相關(guān)成果在一定程度上可為本地區(qū)政府管理部門制定城市規(guī)劃、工業(yè)布局和地下水資源保護(hù)提供決策參考。

關(guān)鍵詞：地下水防污性能；DRASTIC模型；層次分析法；Mapgis

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致地下水污染日益嚴(yán)重，地下水防污性能已成為研究熱點(diǎn)。受城市“三廢”排放的影響，城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降，水土污染日趨嚴(yán)重，地表水和地下水水質(zhì)明顯下降，危害人體健康。

目前，合肥老城區(qū)淺層地下水單項(xiàng)指標(biāo)污染嚴(yán)重，屬中一重度污染，估算經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4660萬(wàn)元，給城市發(fā)展帶來(lái)較嚴(yán)重的負(fù)面影響。此外，地下水污染難以被發(fā)現(xiàn)，且污染后的治理與恢復(fù)困難。

本文根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)《地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》（DD2008-01）推廣的DRASTIC模型進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，建立研究區(qū)淺層地下水易污性評(píng)價(jià)DRASTIC指標(biāo)體系，利用Mapgis空間分析功能和制圖技術(shù)編制防污性評(píng)價(jià)分區(qū)圖，為研究區(qū)地下水污染、地下水資源的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，并為地方政府土地利用、規(guī)劃等提供參考。

1.水文地質(zhì)概況

根據(jù)研究區(qū)地下水的賦存條件、水力性質(zhì)及地層巖性組合特征，將本區(qū)地下水劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖（紅層）空隙裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水和基巖裂隙水四大類型。根據(jù)巖性、水量等的差異，進(jìn)一步細(xì)分為不同亞類（表1）。

2.地下水防污性能影響因素

地下水防污性能是指地下水環(huán)境對(duì)于自然條件變化和人類活動(dòng)影響破壞帶來(lái)的一系列問(wèn)題的敏感程度，通俗的說(shuō)法就是地下水的易受污染程度。地下水防污性能與多種影響因素密切相關(guān)，其中主要包括含水層結(jié)構(gòu)、埋藏條件、水動(dòng)力條件、地下水形成條件及地下水環(huán)境。影響地下水固有防污性能的因素主要包括補(bǔ)給量、土壤介質(zhì)、包氣帶、飽和帶，其次為地形、地表水和下伏含水層。

3.地下水防污性能評(píng)價(jià)方法

本次研究是基于合肥市區(qū)域地下水固有屬性的研究，因此僅考慮研究區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，選取基于Mapgis和AHP的DRASTIC法作為此次評(píng)價(jià)方法。該方法為地下水防污性能評(píng)價(jià)的經(jīng)典方法，也是目前應(yīng)用最廣、效果最好的一種評(píng)價(jià)方法。

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)自然地理、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，選取地下水埋深（D）、凈補(bǔ)給量（R）、含水層介質(zhì)（A）、土壤介質(zhì)（S）、地形坡度（T）、包氣帶介質(zhì)（I）及含水層滲透系數(shù)（C）7個(gè)指標(biāo)，建立合肥地區(qū)地下水易污性DRASTIC評(píng)價(jià)因子。其中，D、R、C、T為數(shù)值分類，A、S、I為介質(zhì)分類。

DI值越高，防污性能越差；反之防污性能越好。D1分級(jí)見(jiàn)表2。

3.1評(píng)價(jià)因子

本次研究設(shè)計(jì)各評(píng)價(jià)因子的評(píng)分值范圍為1～10，分值越低防污性能越好，評(píng)分越高防污性能越差。對(duì)各評(píng)價(jià)因子的分級(jí)及評(píng)分值見(jiàn)表3。

（1）地下水埋深（D）

地下水埋深是對(duì)地下水防污性能影響最大的因子之一。本次調(diào)查評(píng)價(jià)對(duì)象為潛水含水層，由地下水位確定含水層埋深，埋深越深，防污性能越好。此次將地下水位埋深對(duì)地下水防污陛能影響分為7個(gè)級(jí)別，并分別賦予分值（表3）。

（2）凈補(bǔ)給量（R）

補(bǔ)給水控制著污染物在包氣帶和含水層中的彌散和稀釋。調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)淺層地下水補(bǔ)給主要來(lái)源于降雨量，采用降水人滲系數(shù)計(jì)算R值，具體計(jì)算方法見(jiàn)《合肥市濱湖新區(qū)三維地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告》。南淝河、派河、豐樂(lè)河、杭埠河、店埠河、二十里埠河、板橋河等河谷平原區(qū)中一級(jí)階地、漫灘R值為129mm/a、波狀平原R值為43mm/a，丘陵山區(qū)中紅層孑L隙裂隙水含水層與一般構(gòu)造裂隙水含水層R值均約為86mm/a，風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水含水層R值約為103mm/a。

（3）含水層介質(zhì)（A）

污染物滲透途徑和滲流長(zhǎng)度強(qiáng)烈受含水層介質(zhì)性質(zhì)的影響，通常狀況下，含水層中介質(zhì)顆粒越大，裂隙或溶隙越多，滲透性越強(qiáng)。調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)含水層中介質(zhì)評(píng)分從高到低有碳酸鹽巖、礫石層、含礫砂層、砂層、粉質(zhì)粘土、粘土、礫巖、砂巖、千枚巖、片麻巖、泥巖、塊狀安山巖等。

（4）土壤介質(zhì)（S）

土壤介質(zhì)是包氣帶頂部具有肥力并能生長(zhǎng)植物的疏松物質(zhì)層，影響著污染物垂直進(jìn)入包氣帶的能力。一般情況下，粘土顆粒越小，防污性能越好。調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)中基巖區(qū)土壤層很薄或缺失，其他區(qū)域大部分為粉質(zhì)粘土或含礫粘土。

（5）地形坡度（T）

地形坡度影響著地表徑流，決定污染物是隨著地表徑流而被沖走還是留在一定的地表區(qū)域內(nèi)最終向下墊面人滲。地形坡度>18%的地區(qū)，地表徑流大，污染物很大部分隨地表徑流沖走，人滲小，地下水防污性能就好；相反，地形坡度<5%的地區(qū)，地表徑流微弱，污染物人滲的機(jī)會(huì)大，地下水防污性能就相對(duì)較差。

以1：5萬(wàn)地形圖中等高線為數(shù)據(jù)源，采用Mapgis空間分析中DTM模塊分析功能，按照表3分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，做出地形坡度對(duì)淺層地下水防污性能評(píng)價(jià)（圖1）。分布于南淝河、派河、豐樂(lè)河、杭埠河、店埠河、二十里埠河、板橋河等河谷兩側(cè)的一級(jí)階地和河漫灘，地形平坦，略向河床及下游傾斜，坡度大部分小于5。，地下水較易一很易受污染；橋頭集、紫蓬山等基巖區(qū)及江淮分水嶺一帶，地形坡度較大，地下水較難一很難受污染。

（6）包氣帶影響（I）

調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)包氣帶指潛水水位以上非飽水帶，包氣帶介質(zhì)裂隙欠發(fā)育，對(duì)地下水防污性能的影響主要表現(xiàn)在其顆粒的粗細(xì)。

（7）含水層滲透系數(shù)（C）

水力傳導(dǎo)系數(shù)越高，污染物在含水層隨地下水遷移轉(zhuǎn)化的速度越快，防污性能就越差。據(jù)水文地質(zhì)鉆孔中抽水試驗(yàn)，合肥市中晚更新世裂隙孔隙含水巖組和基巖裂隙含水巖組滲透系數(shù)極小，如基巖裂隙含水巖組滲透系數(shù)c值0.0036m/d～0.0059m/d；滲透系數(shù)最大的巖溶含水巖組c值0.8m/d～5.0m/d。即該區(qū)域內(nèi)無(wú)論河谷平原、波狀平原還是基巖區(qū)均屬單因子極難污染等級(jí)。

3.2因子權(quán)重

本次研究對(duì)各因子賦權(quán)重方法參照管后春等（2016）。按因子對(duì)防污性能影響大小給予不同權(quán)重，傳統(tǒng)的影響因子最大的權(quán)重值為5，最小的為1，權(quán)重和為23。本次調(diào)查評(píng)價(jià)采用層次分析法（AHP）確定各影響因子的權(quán)重，為使表2分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)仍適用于式（1）評(píng)價(jià)結(jié)果判定，將由AHP法歸一化確定的權(quán)重乘以23。

根據(jù)各因子之間相對(duì)重要性比較，利用專家打分法，構(gòu)建了用于確定DRASTIC模型中各評(píng)價(jià)因子權(quán)重的判斷矩陣A如表4所示。利用AHP法歸一化確定的權(quán)重如表5所示。將由AHP法歸一化確定的權(quán)重乘以23，得到適用于于式①評(píng)價(jià)結(jié)果判定的各評(píng)價(jià)因子權(quán)重（表3）。

3.3基于Mapgis的地下水防污性能評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)

首先，對(duì)地下水防污性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中的單因子進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用Mapgis矢量化制圖功能，編制單因子分區(qū)圖，對(duì)不同等級(jí)的區(qū)域賦予不同的顏色，并設(shè)置相應(yīng)的屬性結(jié)構(gòu)，利用“區(qū)編輯”中“根據(jù)參數(shù)賦屬性”功能，對(duì)不同顏色標(biāo)識(shí)的區(qū)域賦予相應(yīng)的評(píng)分值存于區(qū)屬性結(jié)構(gòu)中。

其次，利用Mapgis將全區(qū)分割成500mx500m的評(píng)價(jià)單元，每個(gè)評(píng)價(jià)單元視為一個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)，共8360個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)。在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，利用Mapgis的“空間分析”功能中“點(diǎn)對(duì)區(qū)的相交分析”功能，依次對(duì)各單因子分區(qū)圖進(jìn)行點(diǎn)對(duì)區(qū)相交分析并合并，合并后形成的點(diǎn)文件綜合屬性庫(kù)。通過(guò)庫(kù)管理模塊中屬性庫(kù)管理輸出屬性，按照各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重計(jì)算得出各評(píng)價(jià)單元防污性能指數(shù)值，再應(yīng)用“連接屬性”功能將“防污性能指數(shù)”字段連回新點(diǎn)文件中。最后，按照地下水防污性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，基于DTM分析模塊繪制的平面等值線圖經(jīng)適當(dāng)整飾得出地下水防污性能分級(jí)評(píng)價(jià)圖（圖2）。

4.評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

4.1評(píng)價(jià)結(jié)果

此次調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，調(diào)查區(qū)地下水防污性能好、中、差面積幾乎各占全區(qū)面積（2096k㎡）的三分之一（表6，圖2）。

（1）地下水防污性能好區(qū)

主要分布于調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)中紫蓬山（I-1）、橋頭集一帶基巖區(qū)（I-4）、江淮分水嶺（I-3）及波狀平原（I-2），總面積713.63k㎡。

I-1區(qū)、I-3區(qū)和I-4區(qū)影響因子特點(diǎn)是地形坡度大、淺層地下水位埋深較大、含水層滲透系數(shù)極小，均為地下水防污性有利因子。

I-2區(qū)淺層地下水水位大都為5m-10m，屬稍難污染等級(jí)；R值屬較難污染等級(jí)；地形坡度和土壤介質(zhì)分別屬于極難污染、較難污染；含水層介質(zhì)和包氣帶介質(zhì)均稍易污染等級(jí)。綜合評(píng)價(jià)為淺層地下水防污陛能好。

（2）地下水防污性能中等區(qū)

主要分布于調(diào)查評(píng)價(jià)區(qū)中紫蓬山一上派鎮(zhèn)（Ⅱ-1）、煙墩鄉(xiāng)一蜀山鎮(zhèn)（Ⅱ-2）、崗集鎮(zhèn)一雙墩集一店埠鎮(zhèn)（Ⅱ-3）及復(fù)興集（Ⅱ-4）一帶，總面積683.80k㎡。

Ⅱ-1區(qū)、Ⅱ-2區(qū)、Ⅱ-3區(qū)和Ⅱ-4區(qū)地下水水位大都為5m-10m，屬稍難污染等級(jí)；R值屬較難污染等級(jí)；土壤介質(zhì)屬較難污染等級(jí)。但地形坡度屬稍易一較易污染等級(jí)；含水層介質(zhì)和包氣帶介質(zhì)均稍易污染等級(jí)。綜合評(píng)價(jià)為淺層地下水防污性能中等區(qū)。

（3）地下水防污性能差區(qū)

主要分布于南淝河、店埠河河谷平原（III-1）、派河河谷平原（III-2）和豐樂(lè)河、杭埠河河谷平原（III-3），總面積698.58k㎡。

地下水位埋深屬較易一很易污染；凈補(bǔ)給量R、含水層介質(zhì)和包氣帶介質(zhì)屬很易污染等級(jí)；土壤介質(zhì)屬較難一稍易污染等級(jí)；地形坡度屬較易一極易污染等級(jí)。綜合評(píng)價(jià)為淺層地下水防污性能差區(qū)。

4.2評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性分析

地下水質(zhì)量與地下水防污性能相關(guān)，如圖2所示，區(qū)域上，分布于東大圩一撮鎮(zhèn)鎮(zhèn)一店埠鎮(zhèn)一帶淺層地下水Ⅴ類水質(zhì)分布區(qū)（不宜飲用水區(qū)），主體上屬于南淝河、店埠河河谷平原淺層地下水防污性能中等一差區(qū)；環(huán)巢湖岸帶淺層地下水Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)分布區(qū)，也屬于南淝河、店埠河、派河、豐樂(lè)河、杭埠河等河流下游的平原區(qū)，為淺層地下水防污性能差區(qū)。說(shuō)明了基于Mapgis和AHP法改進(jìn)的DRASTIC模型計(jì)算的合肥市地下水防污性能評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)測(cè)的地下水質(zhì)量較吻合，方法較為可靠。需要指出的是，夏店鄉(xiāng)北東一帶Ⅴ類水質(zhì)分布區(qū)，對(duì)應(yīng)于淺層地下水防污性能好，若排除樣品遭受二次污染可能，則所構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型還有待于進(jìn)一步完善。以便為當(dāng)?shù)卣芾聿块T制定城市規(guī)劃、工業(yè)布局和地下水資源保護(hù)提供更準(zhǔn)確的決策參考。

5.結(jié)論

（1）本文在利用國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)和DRASTIC模型的基礎(chǔ)上，配合Mapgis和AHP的分析方法，結(jié)合合肥市的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，建立了適合研究區(qū)的地下水防污性能評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。

（2）對(duì)合肥地區(qū)淺層地下水的防污性能評(píng)價(jià)表明，研究區(qū)地下水防污性能好的區(qū)域面積713.63k㎡，占34.05%；防污性能中等區(qū)域面積為683.80k㎡，占32.62%；防污性能差區(qū)域面積為698.58k㎡，占33.33%。

（3）地下水防污性能評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)實(shí)測(cè)地下水質(zhì)量能夠較好地吻合，所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系較為可靠，評(píng)價(jià)結(jié)果可為當(dāng)?shù)卣贫ǔ鞘幸?guī)劃、工業(yè)布局和地下水資源保護(hù)提供決策支持。