王少娟，高帥，陳奐良，張文強(qiáng)

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250000；2.山東省地下水環(huán)境保護(hù)與修復(fù)工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250000；3.山東省地礦局地下水資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

水資源是人類(lèi)生存和發(fā)展的基本要素，我國(guó)淡水資源人均占有量?jī)H占世界人均的1/4，隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展及人口的大量增長(zhǎng)，水資源需求也在不斷增加[1-3]。同時(shí)，我國(guó)水資源存在時(shí)空分布不均、利用率低和污染嚴(yán)重等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展。地下水作為水資源重要的組成部分，可更新的地下水資源量占我國(guó)水資源總量的31%，特別是在我國(guó)北方地區(qū)，大部分生活、工業(yè)及農(nóng)業(yè)用水取自于地下水。隨著地下水資源的大量開(kāi)采，在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列的地下水環(huán)境問(wèn)題，例如地面沉降、海水入侵、地下水污染等[4-6]，嚴(yán)重影響地下水生態(tài)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，在保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)，更需要科學(xué)合理地進(jìn)行地下水資源保護(hù)規(guī)劃。開(kāi)展地下水防污性評(píng)價(jià)是研究和預(yù)防地下水污染的一種有效途徑，可為地下水資源保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用提供基礎(chǔ)的科學(xué)依據(jù)。

地下水環(huán)境對(duì)自然條件變化和人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題的防護(hù)能力稱(chēng)為地下水防污性，主要與含水層結(jié)構(gòu)、水動(dòng)力條件、地下水形成條件、埋藏深度等對(duì)各種污染物具有自我防護(hù)能力的因素有關(guān)[7]，又分為自然防污性能和特殊防污性能兩種。自然防污性能是指在一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，人類(lèi)產(chǎn)生的污染物進(jìn)入地下水的難易程度，只與地下水所處的地質(zhì)環(huán)境條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無(wú)關(guān)。特殊防污性能是指某種或者某類(lèi)污染物進(jìn)入地下水的難易程度，主要考慮污染物性質(zhì)及其在地下水的遷移能力。國(guó)外水文地質(zhì)學(xué)者在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始地下水防污性能的研究工作并取得了大量研究成果[8-10]。自20世紀(jì)80年開(kāi)始，我國(guó)學(xué)者相繼評(píng)價(jià)了不同地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下的地下水防污性能或污染敏感性[7,11-12]。目前，常用的地下水防污性評(píng)價(jià)方法有迭置指數(shù)法、過(guò)程數(shù)學(xué)模擬法、統(tǒng)計(jì)方法、模糊數(shù)學(xué)法等，最常用的是迭置指數(shù)法中的加權(quán)率定系統(tǒng)法。加權(quán)率定系統(tǒng)法又包含GOD，DRASTIC，SEEPAGE，RPIK等方法，其中地下水防污性DRASTIC評(píng)價(jià)方法是美國(guó)環(huán)境保護(hù)署于1987年提出的[13]，由于其可操作性強(qiáng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)信息容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，該方法在世界各國(guó)地下水防污性評(píng)價(jià)中得到廣泛的應(yīng)用。

山東省魯中南水文地質(zhì)區(qū)(1)山東省地礦工程勘察院，山東省地下水水源地調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告，2019年。以中低山、丘陵為主，出露以太古代侵入巖及寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)碳酸鹽巖為主，該區(qū)是省內(nèi)碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水主要分布區(qū)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)魯中南地區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件研究較多[14-16]，同時(shí)，徐慧珍、袁春鴻等人[17-19]對(duì)魯中南地區(qū)局部區(qū)域地下水防污性能進(jìn)行了研究，不過(guò)針對(duì)魯中南地區(qū)水源地專(zhuān)門(mén)性防污性評(píng)價(jià)研究較少。因此本文以魯中南水文地質(zhì)區(qū)主要水源地為研究對(duì)象，采用DRASTIC評(píng)價(jià)模型對(duì)研究區(qū)重要水源地進(jìn)行防污性評(píng)價(jià)，對(duì)不同水文地質(zhì)亞區(qū)、水源地類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)研究，掌握研究區(qū)水源地防污性能分布規(guī)律及主要影響因素。

1 研究區(qū)概況

1.1 水文地質(zhì)條件

根據(jù)山東省區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌及含水巖組的分布和地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等區(qū)域水文地質(zhì)特征，劃分為魯東水文地質(zhì)區(qū)、魯中南水文地質(zhì)區(qū)和魯西北水文地質(zhì)區(qū)。魯中南水文地質(zhì)區(qū)位于山東省中南部，處在魯西北平原與沂沭斷裂帶的東邊界之間，包括濟(jì)南、泰安、淄博、濰坊、濟(jì)寧、棗莊、臨沂及日照市的部分地區(qū)(圖1)，面積約占全省的30.8%，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，受地形影響，山區(qū)和丘陵氣候也有所不同。多年平均氣溫13.3℃，多年平均降水量675.2mm，受地形、氣流運(yùn)動(dòng)等因素影響，降水量時(shí)空分布不均，夏季盛行偏南風(fēng)，炎熱多雨，冬季以偏北風(fēng)為主，寒冷干燥，春季天氣多變，干旱少雨多風(fēng)沙，秋季天氣晴爽，冷暖適宜，多年蒸發(fā)量1100～2200mm。冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岢睗?，降水集中于夏、秋兩季?/p>

1—松散巖類(lèi)孔隙水；2—碎屑巖類(lèi)孔隙水及夾碳酸鹽巖孔隙巖溶裂隙水；3—碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水；4—巖漿巖、變質(zhì)巖類(lèi)裂隙水；5—城市；6—河流；7—水文地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ—平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)；Ⅱ—肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)；Ⅲ—大汶口-沂南單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)；Ⅳ—曲阜-臨沂單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)；Ⅴ—鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)；Ⅵ—安丘-臨沭水文地質(zhì)亞區(qū))

研究區(qū)內(nèi)水系比較發(fā)育，黃河橫貫東西，京杭大運(yùn)河縱貫?zāi)媳?，其他中小河流以泰沂山脈為中心，形成向四周分流的輻射狀水系。南流河流主要是沂河和沭河，均經(jīng)江蘇入海；北流河流主要有濰河、彌河、白浪河及小清河的支流淄河、孝婦河和繡江河等；西流河流只有大汶河，經(jīng)東平湖匯入黃河；其他還有泗河、城河、白馬河、十字河、界河、泉河等，均匯入南四湖。東流河流均很小，如付疃河、潮河、吉利河、洋河、王戈莊河等，集水面積均在500km2以下。

研究區(qū)為以構(gòu)造侵蝕為主的中低山丘陵區(qū)，呈一向北展布的扇形山地，長(zhǎng)期緩慢上升，以構(gòu)造侵蝕為主，地貌與地層、構(gòu)造具有明顯的一致性。中山區(qū)侵蝕切割強(qiáng)烈，山勢(shì)險(xiǎn)峻，峰頂海拔超過(guò)1000m，最高為泰山主峰，海拔1545m，切割深度大于400m；低山丘陵區(qū)，谷淺坡緩，切割深度小于400m。該區(qū)出露由碳酸鹽巖地層構(gòu)成的侵蝕溶蝕或剝蝕溶蝕形成的低山丘陵，谷坡陡峭，地表巖溶發(fā)育，同時(shí)還發(fā)育有剝蝕山間平原和山間河谷盆地。

該區(qū)的主要特點(diǎn)是大面積分布碳酸鹽巖類(lèi)裂隙巖溶水，一般分布在盆(谷)地南側(cè)，主要走向?yàn)镹W向，呈單斜產(chǎn)狀向N傾伏于盆(谷)地的中部、北部，具有大面積降水直接或間接補(bǔ)給，小面積富集和集中排泄的特點(diǎn)，富水的不均勻性受構(gòu)造、巖性的嚴(yán)格控制，在山前和山間盆地、谷地中的隱伏灰?guī)r分布區(qū)形成巖溶水的富集帶，單井出水量一般3000m3/d，局部可達(dá)5000～10000m3/d，為魯中南地區(qū)大、中城市的主要供水水源，如濟(jì)南、淄博、泰安等地。松散巖類(lèi)孔隙水一般沿山間盆地、山間平原和河流兩側(cè)呈帶狀分布，水位埋深1～5m，含水層厚度1～10m，主要巖性為砂及砂礫石，單井出水量1000～3000m3/d，形成富水地段。

1.2 水源地概況

魯中南水文地質(zhì)區(qū)共有地下水水源地112個(gè)，主要分布在斷裂帶及巖性接觸帶等富水區(qū)域，根據(jù)地下水賦存條件，可將區(qū)內(nèi)地下水水源地分為孔隙水型、巖溶水型水源地，其中孔隙水型水源地20個(gè)，巖溶水型水源地92個(gè)，主要以巖溶型水源地為主(圖2)。

1—巖溶水源地；2—孔隙水源地

巖溶水型水源地主要分布在山前地帶及山區(qū)單斜斷陷盆地中，各巖溶水水文地質(zhì)單元一般具有相對(duì)獨(dú)立的補(bǔ)給、徑流、排泄功能區(qū)，在匯集排泄區(qū)具有巖溶發(fā)育程度高、水量豐富、水位埋藏淺、易于開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，構(gòu)成巖溶水系統(tǒng)的富水地段，適于建設(shè)大型、特大型集中供水水源地?？紫端退吹刂饕植荚诤恿鳑_洪積扇、河谷和山前沖洪積平原地區(qū)，地下水位埋深不大，規(guī)模主要以中型水源地為主。

2 防污性能評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)方法

影響含水層防污性能的內(nèi)因是水文地質(zhì)單元的物理特性，允許用不同反映含水層介質(zhì)及其特征的水文地質(zhì)參數(shù)來(lái)綜合反映含水層的防污性能。DRASTIC模型應(yīng)用于世界許多國(guó)家的地下水防污性評(píng)價(jià)工作中，取得了良好的效果[20-24]。因此本文選取DRASTIC模型對(duì)魯中南水文地質(zhì)區(qū)水源地進(jìn)行防污性能評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)模型

地下水防污性能評(píng)價(jià)因子的選擇原則是對(duì)地下水防污性能影響大且容易獲取的指標(biāo)。DRASTIC評(píng)價(jià)模型采用影響地下水防污性能的7個(gè)因子，如地下水埋深、含水層凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)、地形坡度、包氣帶影響、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)，根據(jù)每個(gè)因子對(duì)地下水防污性能影響的相對(duì)重要程度給予其相應(yīng)的權(quán)重(1～5)，并用1～10的量化得分體系代表各因子數(shù)值范圍區(qū)間或介質(zhì)類(lèi)型，因子量化得分越低表示地下水防污性能越好，反之越差。最后，各因子評(píng)分的線性加權(quán)和得到防污性能指數(shù)，DI值越高，防污性能越差，反之越好。根據(jù)防污性能指數(shù)劃分評(píng)價(jià)區(qū)防污性能分級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)地下水受污染的相對(duì)難易程度。

DI=wdDR+wrRR+waAR+wsSR+wtTR+wiIR+wcCR

式中：DI為基于DRASTIC模型的防污性能指數(shù)；DR，RR，AR，SR，TR，IR，CR為各評(píng)價(jià)因子的量化得分；wd，wr，wa，ws，wt，wi，wc為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

2.3 評(píng)價(jià)因子權(quán)重

不同評(píng)價(jià)因子對(duì)污染物穿過(guò)包氣帶、飽水帶進(jìn)入含水層過(guò)程的影響大小不同，因此，需要對(duì)各評(píng)價(jià)因子給定權(quán)重值，來(lái)反映各評(píng)價(jià)因子的相對(duì)重要性。權(quán)重的取值范圍為1～5，對(duì)地下水防污性能影響大的權(quán)重值越大，反之越小。權(quán)重是不可改變的定值，分為所有污染物權(quán)重值和農(nóng)藥類(lèi)污染物權(quán)重值，本文采取了基于所有污染物的典型權(quán)重值體系(表1)。

表1 評(píng)價(jià)因子權(quán)重體系

2.4 評(píng)價(jià)因子量化

評(píng)價(jià)因子的量化過(guò)程是地下水防污性評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，DRASTIC模型中存在兩類(lèi)評(píng)價(jià)因子，其中，D，R，T，C為數(shù)值型因子，A，S，I為分類(lèi)型因子。評(píng)價(jià)因子的量化思路是量化分值范圍為1～10，防污性最好的評(píng)分為1，最差的為10，數(shù)值型因子的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間賦予一個(gè)分值，分類(lèi)型因子的每種分類(lèi)賦予一個(gè)分值，最后得到評(píng)分體系(表2)。

表2 評(píng)價(jià)因子評(píng)分體系

2.5 防污性評(píng)價(jià)分級(jí)

地下水防污性能評(píng)價(jià)的目的在于科學(xué)合理的劃分評(píng)價(jià)區(qū)不同防污性能等級(jí)，指導(dǎo)評(píng)價(jià)區(qū)水源保護(hù)區(qū)劃分及地下水資源的開(kāi)發(fā)利用。為了更好地評(píng)價(jià)防污性能差異，根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)防污性能指數(shù)范圍，將評(píng)價(jià)區(qū)地下水防污性能分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ5個(gè)級(jí)別(表3)。

表3 防污性能等級(jí)劃分

3 結(jié)果與討論

對(duì)研究區(qū)地下水水源地地下水防污性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，巖溶水源地中地下水防污性能中等及以上的有81個(gè)，占巖溶水源地總數(shù)的88.04%，其中防污性能為高的巖溶水源地?cái)?shù)量最多為37個(gè)，占巖溶水源地總數(shù)的40.21%。而防污性能為低和非常低的有11個(gè)，僅占巖溶水源地總數(shù)的11.96%。表明研究區(qū)內(nèi)大部分巖溶水源地防污性能較好，僅有少部分巖溶水源地具有污染物極易進(jìn)入地下水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)(圖3)。

圖3 水源地防污性能統(tǒng)計(jì)柱狀圖

孔隙水源地中地下水防污性能中等及以上的有12個(gè)，占孔隙水源地總數(shù)的60%，其中防污性能為高的數(shù)量最多為10個(gè)，無(wú)防污性能非常高的孔隙水源地。而防污性能為低和非常低的有8個(gè)，占孔隙水源地總數(shù)的40%，要大于相應(yīng)的巖溶水源地。

3.1 巖溶水源地防污性能評(píng)價(jià)

防污性能非常低的巖溶水源地分布于平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)及鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)(圖4)，防污性能低的巖溶水源地主要位于平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)及肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)，防污性能中等的巖溶水源地主要分布于平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)、肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)及鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)南部，防污性能高和非常高的巖溶水源地主要分布于平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)、曲阜-臨沂單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)及鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)西北部。

1—防污性能非常低；2—防污性能低；3—防污性能中等；4—防污性能好；5—防污性能非常好

從水文地質(zhì)功能區(qū)來(lái)看，防污性能中等及以下的巖溶水源地多分布于巖溶水系統(tǒng)的徑流補(bǔ)給區(qū)，該區(qū)域多為裸露的寒武紀(jì)張夏組、炒米店組、三山子組及奧陶紀(jì)馬家溝群灰?guī)r，受到構(gòu)造影響，地表巖溶裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，大氣降水可通過(guò)巖溶裂隙或溶洞快速轉(zhuǎn)化為地下水，地表污染物容易進(jìn)入含水層，導(dǎo)致巖溶含水層防污性能較差。其次位于山前地帶的巖溶水源地，第四系厚度較薄，砂性土厚度一般0～0.5m，其下為巖溶含水層，第四系對(duì)污染物的阻擋能力有限，地下水防污性能較差。

防污性能高和非常高的巖溶水源地多分布于巖溶水系統(tǒng)的匯集排泄區(qū)，例如平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)北部、鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)西北部等，該區(qū)域隱伏的巖溶含水層一般會(huì)被一層穩(wěn)定的、厚度較大的第四系土層覆蓋，將其與第四系孔隙含水層和地表水隔開(kāi)，能有效阻擋污染物直接進(jìn)入巖溶含水層。部分巖溶水具有承壓性，水位高于上覆第四系，因而對(duì)隱伏的巖溶含水層起到很好的保護(hù)作用。

3.2 孔隙水源地防污性能評(píng)價(jià)

研究區(qū)內(nèi)孔隙水源地主要分布在肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)、大汶口-沂南單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)及安丘-臨沭水文地質(zhì)亞區(qū)，防污性能中等及以下的孔隙水源地主要分布在肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)和安丘-臨沭水文地質(zhì)亞區(qū)，防污性能高的孔隙水源地主要分布在大汶口-沂南單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)，無(wú)防污性能非常高級(jí)別的孔隙水源地(圖5)。一般來(lái)講，孔隙水富水地段巖性以砂和砂礫石為主，包氣帶巖性以砂礫石及粉細(xì)砂為主，且水位埋深較淺，一般在5～20m，由于包氣帶厚度較小，地表污染物更容易通過(guò)包氣帶滲漏進(jìn)入含水層中。

1—防污性能非常低；2—防污性能低；3—防污性能中等；4—防污性能好；5—防污性能非常好

4 結(jié)論

(1)巖溶水源地防污性能具有區(qū)域性特點(diǎn)，防污性能中等及以下的巖溶水源地主要分布在平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)、肥城-沂源單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)及鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)南部，這些區(qū)域巖溶水源地防污性能較差，而平陰-臨朐單斜水文地質(zhì)亞區(qū)、曲阜-臨沂單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)及鄒城-棗莊單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)西北部巖溶水源地防污性能較好。

(2)巖溶水系統(tǒng)功能分區(qū)是影響巖溶水源地防污性能的重要因素，徑流補(bǔ)給區(qū)大多灰?guī)r裸露且地表巖溶裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，缺少土壤介質(zhì)、包氣帶等防護(hù)，大氣降水通過(guò)巖溶裂隙或溶洞快速進(jìn)入含水層，凈補(bǔ)給量較大，地表污染物容易進(jìn)入含水層，巖溶含水層防污性能較差。而排泄區(qū)隱伏的巖溶含水層一般存在較厚的土壤介質(zhì)、包氣帶，有效阻擋污染物直接進(jìn)入巖溶含水層，具備較高的防污性能。

(3)孔隙水源地防污性能整體低于巖溶水源地，孔隙水富水地段巖性以砂和砂礫石為主，水位埋深較淺，包氣帶厚度較小，地表污染物更容易通過(guò)包氣帶滲漏進(jìn)入含水層，導(dǎo)致其防污性能較差。

(4)針對(duì)研究區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)合水源地防污性評(píng)價(jià)成果，認(rèn)為應(yīng)保護(hù)溝谷、河道等滲漏區(qū)，避免地表污染物通過(guò)滲漏區(qū)進(jìn)入含水層；嚴(yán)控在水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)新建、擴(kuò)建有潛在污染的企業(yè)，對(duì)現(xiàn)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)有污染的企業(yè)，嚴(yán)禁污水排放，垃圾堆放；村鎮(zhèn)居民點(diǎn)的污水應(yīng)集中收集、處理；保護(hù)地表水系，防止河流污染；農(nóng)業(yè)要科學(xué)、合理施用化肥和農(nóng)藥，防止污染地下水；鉆井時(shí)必須嚴(yán)格止水，防止串層污染巖溶地下水等。