宋仁亮，韓 迪，馬 雷

(1.安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000；2.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001；3.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展與城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重，人們對(duì)地下水資源的保護(hù)越來(lái)越重視，地下水防污性能評(píng)價(jià)研究倍受關(guān)注。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的地下水防污性能評(píng)價(jià)方法是DRASTIC模型[1][2]，該方法模型簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可定量分析影響污染物運(yùn)移的水文地質(zhì)因素[3]，但該方法在指標(biāo)權(quán)重分配方面存在缺陷[4]。多年來(lái)，我國(guó)學(xué)者從不同角度對(duì)地下水防污性能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了改進(jìn)，如戴元毅等[5]提出將模糊分析評(píng)價(jià)理論及層次分析法(AHP-DRASTIC)引入地下水易污性評(píng)價(jià)中；付俊旺，鄺智慧等[6]應(yīng)用層次分析法的DRASTIC指標(biāo)評(píng)價(jià)體系地下水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。周朝等[7]提出利用地下水?dāng)?shù)值模型為改進(jìn)的DRASTIC方法提供數(shù)據(jù)支持，并探討地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法。

本文旨在通過(guò)研究影響位于六安市豐樂(lè)河-杭埠河河間平原地區(qū)地下水防污性能的地質(zhì)因素，采用改進(jìn)的DRASTIC模型并結(jié)合自然地理、土壤、水文地質(zhì)等特征，增減評(píng)價(jià)因子重組建立新的地下水防污性能評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)小流域河間平原區(qū)地下水防污性能，為地下水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理

研究區(qū)位于六安市豐樂(lè)河和杭埠河之間的平原地區(qū)，屬河漫灘地貌，地面海拔高程5.9～21.6 m，地形總體平緩；降水量年均值1 080 mm，蒸發(fā)量年均值1 397.8 mm。

研究區(qū)屬于長(zhǎng)江流域巢湖水系，主要河流有杭埠河、豐樂(lè)河。杭埠河，發(fā)源于大別山區(qū)岳西同安寨南界嶺，研究區(qū)段河寬40～180 m，最大流量1 322 m3/s。豐樂(lè)河，發(fā)源并流經(jīng)六安丘陵地區(qū)，至三河鎮(zhèn)大潭灣匯入杭埠河，研究區(qū)段河寬20～70 m，最大流量661 m3/s。

研究區(qū)土壤為潮土類灰潮土亞類，土壤母質(zhì)為河流沉積物，杭埠河沉積物砂多粘少，豐樂(lè)河沉積物粘多砂少。

1.2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地層屬于北淮陽(yáng)地層小區(qū)?；鶐r地層隱伏于松散層之下，東部巖性為白堊系上統(tǒng)張橋組(K2z)鮮紅色薄層細(xì)砂巖、厚層含礫中細(xì)砂巖和紫紅色泥巖；西部巖性為下第三系始新統(tǒng)戚家橋組(E2q)磚紅、棕紅色含鈣質(zhì)結(jié)核砂礫巖和礫砂巖互層，夾砂巖、粗砂巖。松散地層廣泛出露，為第四系全新統(tǒng)豐樂(lè)鎮(zhèn)組(Q4f)地層，層厚20.0～35.7 m。巖性自上向下，砂性增強(qiáng)、砂礫增多；上部巖性為灰黃、灰白色粉質(zhì)粘土、粘土、砂質(zhì)粘土和砂土，中部巖性為淺灰、灰黃色粉細(xì)砂、中粗砂、含礫中粗砂，夾砂質(zhì)粘土，底部巖性為棕黃色砂礫石、含礫粗砂。

研究區(qū)松散巖類孔隙水(圖1)為潛水，水位埋深0.5～2.0 m、年變幅0.5～4.0 m，層厚10.00～30.00 m，巖性為新生界第四系全新統(tǒng)豐樂(lè)鎮(zhèn)組的粉砂、中粗砂、含礫中細(xì)砂及砂礫石，局部夾砂質(zhì)粘土薄層；單井出水量97.86～542.59 m3/d，水量中等，以重碳酸鈣鈉型水為主。紅層裂隙水孔隙為覆蓋型承壓水，區(qū)域水文地質(zhì)資料表明：含水巖組由粗砂巖、含礫砂巖組成，富水性差異較大，一般水量貧乏、局部水量可達(dá)中等；目前未開(kāi)采該層水，故該類水不作為本次研究對(duì)象。松散巖類孔隙水直接接受大氣降水補(bǔ)給；受區(qū)域地形及地層結(jié)構(gòu)影響，地下水徑流自西流向東；地下水排泄方式主要為蒸發(fā)和人工開(kāi)采。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 評(píng)價(jià)方法

地下水防污性能評(píng)價(jià)通常以地下水的固有防污性能評(píng)價(jià)為主[8]，多采用點(diǎn)評(píng)分指數(shù)模型評(píng)價(jià)[1]；固有防污性能評(píng)價(jià)常采用美國(guó)環(huán)保局提出的DRASTIC方法。傳統(tǒng)DRASTIC方法[9]由評(píng)價(jià)因子、評(píng)價(jià)因子權(quán)重、評(píng)價(jià)因子評(píng)分體系和地下水防污性能綜合指數(shù)計(jì)算4部分組成：即由地下水埋深(D)、地下水凈補(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)、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)(C)等七個(gè)因子建立DRASTIC模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。

鑒于DRASTIC模型存在的缺陷和應(yīng)用局限性，本次評(píng)價(jià)根據(jù)研究目的并結(jié)合自然地理、土壤、水文地質(zhì)等特征，增減評(píng)價(jià)因子重組評(píng)價(jià)指標(biāo)，改進(jìn)了地下水防污性能評(píng)價(jià)模型。

2.1 評(píng)價(jià)因子

研究區(qū)地下水埋深(D)0.5～2.0 m；地下水凈補(bǔ)給量(R)210～330 mm；含水層介質(zhì)(A)主要為粉砂、中粗砂和含礫中細(xì)砂，含水層厚度(M)10.00～30.00 m，含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)(C)3.14～3.29 m/d。土壤介質(zhì)(S)近豐樂(lè)河一側(cè)主要為粘質(zhì)壤土、近杭埠河一側(cè)主要為砂質(zhì)壤土；地形坡度(T)小于2%；包氣帶介質(zhì)(I)近豐樂(lè)河一側(cè)主要為粉質(zhì)粘土，近杭埠河一側(cè)主要為粉砂土。

研究區(qū)地處河間平原且地形差異很小，地形對(duì)污染物入滲的影響可忽略；整個(gè)區(qū)松散巖類地下水概化為一個(gè)含水層，含水層介質(zhì)、水力傳導(dǎo)系數(shù)實(shí)際是兩個(gè)重復(fù)的因子；DRASTIC模型對(duì)水力傳導(dǎo)系數(shù)大使水交替加快的稀釋作用未予考慮且難以評(píng)分，含水層厚度大小決定地下水水量多少和地下水稀釋能力強(qiáng)弱，能夠很大程度反映地下水防污性能大小[1][10]。

因此，本次研究在DRASTIC模型基礎(chǔ)上，綜合研究目的及氣象水文、土壤、水文地質(zhì)特征等具體參數(shù)，將評(píng)價(jià)模型改進(jìn)為由地下水埋深(D)、地下水凈補(bǔ)給量(R)、含水層厚度(M)、土壤介質(zhì)(S)、包氣帶介質(zhì)(I)五個(gè)因子組建的DRMSI模型。

2.2 評(píng)價(jià)因子評(píng)分及權(quán)重

DRMSI模型評(píng)價(jià)因子分值根據(jù)其使得地下水受污染難易程度而設(shè)置，越容易使地下水污染的因子評(píng)分越高，反之評(píng)分越低；評(píng)價(jià)因子權(quán)重根據(jù)其對(duì)地下水防污性能貢獻(xiàn)的大小而賦值，貢獻(xiàn)越大則權(quán)重賦值越大，反之賦值越小，DRMSI模型評(píng)價(jià)因子及其評(píng)分見(jiàn)表1。

表1 DRMSI模型各因子類別評(píng)分及權(quán)重賦值

2.3 計(jì)算方法

DRMSI模型5項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的類別評(píng)分與相應(yīng)權(quán)重乘積的總和，即為DRMSI模型防污性能指數(shù)(DI)，以此來(lái)評(píng)價(jià)地下水的防污性能。

計(jì)算公式：

DI=DRDW+RRRW+MRMW+SRSW+IRIW

式中：下標(biāo)R為類別評(píng)分，下標(biāo)W為權(quán)重值。

根據(jù)防污性能數(shù)值的大小判別地下水防污性能好差，數(shù)值越小則地下水防污性能越好，數(shù)值越大則地下水防污性能越差。據(jù)此將地下水防污性能分為：好(DI<95)、較好(95≤DI<105)、中等(105≤DI<115)、較差(115≤DI<130)和差(DI≥130)5個(gè)等級(jí)。本次研究利用公式計(jì)算出研究區(qū)DI值范圍為108～139。綜合考慮DI數(shù)值空間分布的聚類性質(zhì)和實(shí)際水文地質(zhì)條件，劃定研究區(qū)地下水防污性能等級(jí)為：中等(108～114)、較差(115～129)和差(130～139)3個(gè)等級(jí)。

3 地下水防污性能評(píng)價(jià)

3.1 防污性能分區(qū)評(píng)價(jià)

利用GIS軟件進(jìn)行圖形處理，獲得DRMSI模型各指標(biāo)的評(píng)分圖；并利用GIS軟件進(jìn)行空間分析，對(duì)各指標(biāo)評(píng)分圖乘以權(quán)重賦值后進(jìn)行疊加，根據(jù)地下水防污性能等級(jí)對(duì)圖形進(jìn)行分區(qū)，得出研究區(qū)地下水防污性能分區(qū)圖(圖2)，絕大部分處于地下水防污性能較差-差的區(qū)域(表2)，地下水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)應(yīng)高度重視。

圖2 研究區(qū)地下水防污性能分區(qū)圖

表2 地下水防污性能分區(qū)說(shuō)明表

3.2 DRMSI模型評(píng)價(jià)驗(yàn)證

3.2.1 地下水質(zhì)量分區(qū)評(píng)價(jià)

本次研究充分利用地下水的調(diào)查采樣測(cè)試分析成果，采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)地下水質(zhì)量常規(guī)指標(biāo)及限值，綜合選取12項(xiàng)單項(xiàng)組分作為評(píng)價(jià)因子開(kāi)展地下水質(zhì)量分類評(píng)價(jià)，編制地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)分區(qū)圖。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：研究區(qū)地下水水質(zhì)狀況大部分較差—極差，地下水質(zhì)量分為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)三種類型[11-12]。

3.2.2 評(píng)價(jià)驗(yàn)證

由圖2可知：地下水Ⅲ類水質(zhì)區(qū)完全分布于防污性能中等區(qū)以內(nèi)，地下水Ⅳ類水質(zhì)區(qū)大部分分布于防污性能較差區(qū)、一部分于防污性能中區(qū)、極小部分布于防污性能差區(qū)，地下水Ⅴ類水質(zhì)區(qū)在防污性能較差區(qū)和差區(qū)均有分布。

考慮到污染物進(jìn)入地下水系統(tǒng)到影響地下水水質(zhì)的過(guò)程，存在著一定的時(shí)間滯后和空間變化，結(jié)合研究區(qū)地下水呈自西向東的流向趨勢(shì)進(jìn)行綜合分析，表明：研究區(qū)地下防污性能等級(jí)和地下水質(zhì)量等級(jí)的分區(qū)區(qū)域基本吻合，即地下水污染性能越弱則地下水水質(zhì)越差；進(jìn)一步表明DRMSI模型評(píng)價(jià)方法適宜于小流域河間平原的地下水防污性能評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)基于改進(jìn)的DRASTIC模型并結(jié)合六安市豐樂(lè)河-杭埠河河間平原地區(qū)的自然地理、土壤、水文地質(zhì)等特征，增減評(píng)價(jià)因子重組評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了適宜研究區(qū)的地下水防污性能評(píng)價(jià)體系。

(2)研究區(qū)地下水防污性能較差區(qū)和差區(qū)占總面積86.19%，地下水的防污性能不容樂(lè)觀。

(3)在DRASTIC評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上綜合分析，合理選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，重建DRMSI模型評(píng)價(jià)小流域河間平原地下水防污性能，并進(jìn)一步分區(qū)評(píng)價(jià)了地下水防污性能，驗(yàn)證了DRMSI模型評(píng)價(jià)小流域河間平原地下水防污性能的適宜性。