周海玲, 江思義, 李淑萍

(廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣西 南寧 530029)

0 引言

地下水是我國(guó)城鄉(xiāng)居民飲用水的重要水源之一，防治地下水污染對(duì)于保障飲用水安全具有重要的戰(zhàn)略意義。潛水含水層距離地表較近，與包氣帶直接連通，和地表水圈、大氣圈聯(lián)系緊密，潛水含水層易受到人為因素的影響，對(duì)潛水含水層防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究對(duì)地下水污染防治有較大的意義。

目前，對(duì)地下水防污性能的研究有很多，劉淑芬等[1]以河北平原為例，對(duì)區(qū)域地下水防污性能的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究；李貴明[2]以河南省項(xiàng)城市為例，對(duì)水質(zhì)型缺水區(qū)的地下水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與防治研究；王燕秋[3]以泰安市為例，對(duì)巖溶地區(qū)巖溶水系統(tǒng)地下水防污性能進(jìn)行了研究；林洪義[4]采用DRTA模型對(duì)松花江松原市江段重點(diǎn)地段地下水環(huán)境質(zhì)量與防污性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究；蔚輝[5]對(duì)北京城近郊“三氮”特殊防污性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，對(duì)“三氮”的特殊污染性能與在包氣帶中的運(yùn)移及轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了研究；鐘佐燊[6]對(duì)國(guó)內(nèi)外地下水防污性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了歸納與探討，對(duì)比了各類模型的優(yōu)缺點(diǎn)并進(jìn)行了總結(jié)，相關(guān)的研究不勝枚舉。

本次研究依托于“廣西壯族自治區(qū)地下水污染現(xiàn)狀調(diào)查”和“廣西壯族自治區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)”項(xiàng)目，其成果可為廣西區(qū)地下水污染防治和生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等提供指導(dǎo)和借鑒。

1 研究區(qū)概況

廣西地處我國(guó)南部，位于北緯20°54′～26°23′，東經(jīng)104°28′～112°04′。南臨北部灣，與海南省隔海相望，東連廣東，東北接湖南，西北靠貴州，西鄰云南，西南與越南毗鄰。陸地區(qū)域面積23.67 × 104km2，占全國(guó)國(guó)土總面積的2.5%，居各省區(qū)市第9位，大陸海岸線全長(zhǎng)1 500 km，沿海灘涂面積1 005 km2。全區(qū)地下水分為孔隙水、孔隙裂隙水、巖溶水和裂隙水等四種地下水類型。又按不同的含水巖類劃分成松散巖類、紅層鈣質(zhì)礫巖類、紅層碎屑巖類、碳酸鹽巖類、碳酸鹽巖夾碎屑巖類、碎屑巖類、變質(zhì)巖類和巖漿巖類等八個(gè)含水巖組。

廣西是地下水資源豐富的地區(qū)，多年平均天然補(bǔ)給資源量為754.65 × 108m3/a，枯水年天然補(bǔ)給資源量為661.37 × 108m3/a，可開資源量為273.38 × 108m3/a。全區(qū)地下水開發(fā)均為淺層淡水，開采方式有井采、引泉等。故對(duì)區(qū)內(nèi)潛水的防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究，對(duì)防治地下水污染及保障飲用水安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

2 評(píng)價(jià)方法研究

天然防污性能是指在一定的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，人類活動(dòng)產(chǎn)生的所有污染物進(jìn)入地下水的難易程度。本次研究采用DRASTIC模型，具體研究思路為：①資料搜集和野外調(diào)查；②建立評(píng)分體系和權(quán)重體系；③計(jì)算評(píng)分指標(biāo)值；④劃分防污性能區(qū)域；⑤繪制防污性能分級(jí)圖。

2.1 評(píng)價(jià)因子選取

DRASTIC模型是由美國(guó)環(huán)保局(U.S.EPA)于1985年提出的，該地下水水質(zhì)模型用于評(píng)價(jià)區(qū)域地下水污染風(fēng)險(xiǎn)[7]，該模型包括：地下水埋深(D)、含水層凈補(bǔ)給量(R)、含水層介質(zhì)類型(A)、土壤類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶巖性(I)和含水層的導(dǎo)水系數(shù)(C)7個(gè)因子。各評(píng)價(jià)因子的選取及參數(shù)獲取說明如下：

(1)地下水埋深(D)：地下水埋深決定著污染物到達(dá)含水層時(shí)間及其與含水介質(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(huì)[8-9]。地下水埋深一般通過枯水季節(jié)水位監(jiān)測(cè)孔獲得，也可通過地下水等水位圖、鉆孔資料等資料獲得。本次調(diào)查主要通過收集資料和實(shí)測(cè)獲得。

(2)含水層凈補(bǔ)給量(R)：DRASTIC模型規(guī)定凈補(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。凈補(bǔ)給主要來源于降雨量，可用降雨量減去地表徑流量和蒸發(fā)量來估計(jì)R因子[8-9]。本次調(diào)查主要通過收集廣西89個(gè)降雨站點(diǎn)的多年(共35年)平均降雨量繪制等直線圖，以及廣西區(qū)各種巖性的滲入系數(shù)，通過兩圖進(jìn)行疊加再減去地表徑流量和蒸發(fā)量來估計(jì)評(píng)價(jià)點(diǎn)R因子。

(3)含水層介質(zhì)類型(A)：含水層介質(zhì)對(duì)含水層中的水流運(yùn)動(dòng)有較大影響，也影響到污染物發(fā)育過程[8-9]。本調(diào)查主要通過收集資料中的抽水試驗(yàn)鉆孔和廣西地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的1 432個(gè)鉆孔柱狀圖中篩選出625個(gè)作為確定A因子的基礎(chǔ)資料。

(4)土壤類型(S)：土壤類型不僅對(duì)地表入滲的補(bǔ)給量影響較大，同時(shí)也對(duì)污染物垂直向包氣帶運(yùn)移的能力有影響[8-9]。本次調(diào)查主要依據(jù)收集的資料中的廣西土壤質(zhì)地分布概圖和1∶100萬的廣西工程地質(zhì)圖以及廣西水文地質(zhì)圖等來確定S因子。

(5)地形坡度(T)：地形坡度不僅控制著污染物的滯留情況，還影響了土壤發(fā)育情況。除此之外，地形還決定了地下水的流向和流速[8-9]。本次研究利用ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件，采用1∶25萬的廣西數(shù)字地形圖中的等高線、高程點(diǎn)以及部分水系要素輸入高程值，生成廣西數(shù)字高程模型(DEM)，通過計(jì)算相鄰元值的差異可求得坡度，按坡度分級(jí)確定T因子。

(6)包氣帶巖性(I)：包氣帶巖性的類型影響著污染物的遷移時(shí)間以及污染物與巖土體之間的反應(yīng)程度[8-9]。本調(diào)查主要通過收集資料中的抽水試驗(yàn)鉆孔和廣西地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的1 432個(gè)鉆孔柱狀圖中篩選出625個(gè)作為確定I因子的基礎(chǔ)資料。

(7)含水層的導(dǎo)水系數(shù)(C)：導(dǎo)水系數(shù)C數(shù)據(jù)難以得到， 滲透系數(shù)K反映了含水層中水流的遷移能力，用滲透系數(shù)K代替導(dǎo)水系數(shù)C也能達(dá)到評(píng)價(jià)的目的。滲透系數(shù)K可根據(jù)含水層的抽水試驗(yàn)計(jì)算得出，也可通過單井涌水量估計(jì)[8-9]。本次研究主要通過收集鉆孔中抽水試驗(yàn)孔和廣西地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)共625個(gè)鉆孔點(diǎn)計(jì)算出來的滲透系數(shù)K，確定C因子。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法

2.2.1 DRASTIC模型評(píng)分體系

DRASTIC模型中因子分為數(shù)值和介質(zhì)兩類。D、R、T、C因子為數(shù)值類；A、S、I是介質(zhì)類。設(shè)計(jì)分值范圍是1～10，防污性能最好的評(píng)分為1，最差的評(píng)分為10，其中，D、R、S、T、C因子每個(gè)區(qū)間或每類介質(zhì)只給一個(gè)評(píng)分值，而A、I因子的每類介質(zhì)給一個(gè)分值范圍和一個(gè)代表值(見表1)。

表1 DRASTIC模型各因子的類別及其評(píng)分表

備注：*括弧內(nèi)的數(shù)字為典型評(píng)分值。

2.2.2 DRASTIC模型權(quán)重體系

按因子對(duì)防污性能影響的大小分別給予權(quán)重值，影響最大的權(quán)重值為5，影響最小的為1。權(quán)重值是不變的常數(shù)，見表2。

表2 DRASTIC模型各因子權(quán)重

2.2.3 計(jì)算評(píng)分指標(biāo)值

根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)具體情況，結(jié)合野外實(shí)際調(diào)查資料和收集到的已有各種資料，兼顧水文地質(zhì)單元進(jìn)行評(píng)價(jià)。本次采用的是離散型點(diǎn)方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，選定恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)點(diǎn)后(刪除同一水文地質(zhì)單元內(nèi)各因子差異性較大的點(diǎn))，根據(jù)表1、表2確定各評(píng)價(jià)點(diǎn)分級(jí)值和權(quán)重值，采用加權(quán)的方法計(jì)算DRASTIC指數(shù)(DI)。DRASTIC指數(shù)(DI)的計(jì)算公式：

DI=DwDr+RwRr+AwAr+SwSr+TwTr+IwIr+CwCr

式中，DI為防污性能指數(shù)；Dr、Rr、Ar、Sr、Tr、Ir、Cr分別為各因子的分級(jí)值；Dw、Rw、Aw、Sw、Tw、Iw、Cw分別為各因子的權(quán)重值。

3 研究區(qū)評(píng)級(jí)研究

在評(píng)價(jià)區(qū)23.7 × 104km2范圍內(nèi)，采用上述評(píng)價(jià)方法，對(duì)各離散點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)后得到的防污性能指數(shù)(即各評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)和)，即在67～201之間，根據(jù)各離散點(diǎn)的分布情況，結(jié)合DRASTIC 防污性能的劃分原則和廣西地質(zhì)環(huán)境條件的實(shí)際情況，根據(jù)DRASTIC模型計(jì)算結(jié)果，將廣西的潛水含水層防污性能評(píng)價(jià)區(qū)劃分為3 個(gè)等級(jí)(見表3及圖1):即Ⅰ級(jí)，DI≤110，防污性能較好；Ⅱ級(jí)，110130，防污性能較差。地下水系統(tǒng)防污性能指數(shù)越小，防污性能越好；反之，則防污性能越差。

(1)潛水含水層防污性能較好區(qū)：主要位于東興至靈山裂隙地下水系統(tǒng)，玉林至北海裂隙、孔隙地下水系統(tǒng)北部和橋圩至芩溪裂隙地下水系統(tǒng)分布區(qū)，見表3，具體分布見圖1?？偯娣e1.55 × 104km2，占全區(qū)面積的6.54%。地貌類型為低山丘陵，主要為花崗巖分布區(qū)，上部風(fēng)化殼層厚約10～50 m，主要為黏性土層，顆粒密實(shí)程度好，地下水埋藏較深，自凈能力強(qiáng)。防污性能指數(shù)DI值在67～110之間。

(2)潛水含水層防污性能中等區(qū)：廣西的各個(gè)地下水系統(tǒng)均有分布，見表3，具體分布見圖1?？偯娣e17.31 × 104km2，占全區(qū)面積的73.04%。地貌以中山、中低山、低山丘陵、峰林平原、峰林谷地為主。該區(qū)上部覆蓋有黏性土層，地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件較好，自凈能力中等。防污性能指數(shù)DI值在111～130之間。

(3)潛水含水層防污性能較差區(qū)：分布于隆林至巴馬巖溶、裂隙地下水系統(tǒng)，天峨至融安裂隙地下水系統(tǒng)，環(huán)江至宜山巖溶地下水系統(tǒng)，忻城至黎塘巖溶地下系統(tǒng)，德保巖溶、裂隙地下水系統(tǒng)，天等至武鳴巖溶、裂隙地下系統(tǒng)，龍州至扶綏巖溶地下水系統(tǒng)分布區(qū)，見表3，具體分布見圖1?？偯娣e4.84 × 104km2，占全區(qū)面積的20.42%。該區(qū)基本為灰?guī)r裸露的峰林孤峰平原、峰叢峰林谷地、高峰叢洼地等巖溶地貌區(qū)和濱海平原臺(tái)和地丘陵山地區(qū)，黏性土層一般為0～5 m，地下水埋深較淺，地下河系、巖溶管道以及空隙發(fā)育強(qiáng)烈，連通性較好，一旦地下水受到污染，地下水將沿著地下河、巖溶管道以及孔隙徑流至其他區(qū)域，地下水自凈能力較弱，防污性能指數(shù)DI值在131～201之間。

表3 廣西各地下水系統(tǒng)防污性能評(píng)價(jià)表

圖1 廣西潛水防污染性能指數(shù)分區(qū)圖

4 結(jié)語

利用DRASTIC模型，模型包括地下水埋深(D)、含水層凈補(bǔ)給量(R)、含水層介質(zhì)類型(A)、土壤類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶巖性(I)和含水層的導(dǎo)水系數(shù)(C)7個(gè)因子，對(duì)廣西區(qū)潛水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：潛水含水層防污性能較好區(qū)：主要位于東興至靈山裂隙地下水系統(tǒng)，玉林至北海裂隙、孔隙地下水系統(tǒng)北部和橋圩至芩溪裂隙地下水系統(tǒng)分布區(qū)，總面積1.55 × 104km2，占全區(qū)面積的6.54%；潛水含水層防污性能中等區(qū)：廣西的各個(gè)地下水系統(tǒng)均有分布，總面積17.31 × 104km2，占全區(qū)面積的73.04%；潛水含水層防污性能較差區(qū)：分布于隆林至巴馬巖溶、裂隙地下水系統(tǒng)，天峨至融安裂隙地下水系統(tǒng)，環(huán)江至宜山巖溶地下水系統(tǒng)，忻城至黎塘巖溶地下系統(tǒng)，德保巖溶、裂隙地下水系統(tǒng)，天等至武鳴巖溶、裂隙地下系統(tǒng)，龍州至扶綏巖溶地下水系統(tǒng)分布區(qū)，總面積4.84 × 104km2，占全區(qū)面積的20.42%。其成果可為廣西區(qū)地下水污染防治和生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等提供指導(dǎo)和借鑒。