楊勁枝，丁文萍，劉世琦，張 巖

(河北省地質調查院，河北 石家莊 050081)

隨著城市的不斷擴張，地下水環(huán)境遭受著嚴峻的考驗。“重開發(fā)、輕管理”的經(jīng)濟模式以及環(huán)境保護措施的不完善，造成了地下水污染事件頻出，制約著國家的生態(tài)文明建設。地下水防污性能評價是有效保護和合理開發(fā)利用地下水資源的重要技術手段[1-2]。

目前針對地下水防污性能評價，應用最為廣泛的是DRASTIC模型，由美國環(huán)境保護署于1987年提出[3]。該評價模型簡單易懂，但其仍存在一定局限性，如評價因子和權重系數(shù)固定不變，不隨評價區(qū)域水文地質條件的不同而發(fā)生變化，另外未考慮人類活動因素，影響了評價結果的客觀性和精準性[4]。因此一些研究學者針對具體區(qū)域對該方法進行了不斷調整改進[5-6]。

文安縣隸屬河北省廊坊市，緊鄰雄安新區(qū)，地處京津保中心位置，屬于京津保中心區(qū)生態(tài)過渡帶，對于京津保核心功能區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)具要重要的調節(jié)作用。本文以河北省文安縣為研究對象，在現(xiàn)有評價模型的基礎上進行調整，優(yōu)化權重系數(shù)計算方法，采用改進的DRASTIC模型及區(qū)間數(shù)層次分析法(IAHP)，對該區(qū)域防污性能開展評價。

1 工作區(qū)概況

文安縣地理坐標為E38°44′～39°03′，N116°11′～116°45′，位于華北平原相對低洼部位，地形平坦開闊，為多條河流的下游部位。文安縣自西南向東北略有傾斜。區(qū)內(nèi)地貌類型有沖積平原和沖湖積平原兩大類。沖積平原主要分布于西南部，按地貌形態(tài)又可分為高地或微高地、泛濫坡平地、泛濫洼地和灘地小區(qū)。沖湖積平原是區(qū)內(nèi)主要的地貌類型，約占總面積的2/3，據(jù)地貌形態(tài)劃分為入湖河口三角洲小區(qū)、平地小區(qū)和洼地小區(qū)。

2 評價方法

2.1 評價因子選取

在開展文安縣地下水防污性能評價時，需根據(jù)該區(qū)域的水文地質、氣候等條件，且考慮人類活動的影響因素。該區(qū)域內(nèi)水文地質要素具有以下特點：

(1)研究區(qū)地勢平坦，地形坡度差異較?。?/p>

(2)地下水凈補給量差異較小，主要集中在71～92 mm/a；

(3)水力傳導系數(shù)采用含水層厚度來表征；

(4)土地的利用性質不同，對其防污性能的影響不同。如耕地、工礦用地等容易形成污染源，其地下水防污性能差，而林地草地人類社會活動較低，對地下水的污染少，則防污性能強；

(5)土壤介質與包氣帶介質具有一定相關性、重復性，不能客觀準確反映地表情況。

綜上，對傳統(tǒng)DRASTIC模型[7]進行調整，改進的DRASTIC模型共包含5個評價因子，分別為地下水埋深(D)、包氣帶介質(I)、含水層介質(A)、含水層厚度(H)、土地利用類型(L)。

2.2 評價因子評分量化

由于各評價因子的性質和量綱不同，模型計算時需要進行統(tǒng)一量化。影響最小的為1，影響最大的為10，評分標準如表1所示。

結合工作區(qū)各評價因子的實際情況，依據(jù)表1評分標準，得到各評價因子的分級情況，分別如圖1～圖5所示。

表1 評價因子評分標準

圖1 地下水埋深(D)分級圖

圖2 包氣帶介質(I)分級圖

圖3 含水層介質(A)分級圖

圖4 含水層厚度(H)分級圖

圖5 土地利用類型(L)分級圖

2.3 權重系數(shù)計算

傳統(tǒng)DRASTIC模型對評價因子賦予固定的經(jīng)驗性權重，不隨研究區(qū)域水文地質特征的不同而改變，缺乏客觀性，因此一些研究人員采用層次分析法，來計算評價因子的權重系數(shù)[8]。

區(qū)間數(shù)層次分析法(Interval-based Analytic Hierarchy Process, IAHP)將傳統(tǒng)層次分析法與區(qū)間數(shù)學進行融合，采用區(qū)間數(shù)代替點值，構造區(qū)間數(shù)判斷矩陣，然后根據(jù)區(qū)間數(shù)判斷矩陣計算出評價因子的權重系數(shù)[9-10]。

2.3.1 區(qū)間數(shù)層次分析法

(1)

根據(jù)區(qū)間數(shù)判斷矩陣，可計算出各評價因子的權重系數(shù)。

2.3.2 權重系數(shù)的計算

組織水工環(huán)地質專家等，根據(jù)各評價因子對防污性能影響的相對重要程度，采用指數(shù)標度法，進行比較打分。

根據(jù)專家評判結果，構建區(qū)間數(shù)判斷矩陣，如表2所示。

表2 區(qū)間數(shù)判斷矩陣

采用特征根法計算出5個評價因子的權重系數(shù)，如表3所示。

表3 評價因子權重系數(shù)

3 評價結果分析

結合DRASTIC防污性能劃分原則，制定地下水防污性能分級標準，如表4所示。

表4 地下水防污性能分級標準

根據(jù)各評價因子評分值、權重系數(shù)，評估分析該區(qū)域地下水的防污性能。依次對各單指標分級圖進行迭加，按照防污性能分級標準，實現(xiàn)防污性能評價分區(qū)，如圖6所示。

圖6 地下水防污性能分區(qū)圖

由圖6可看出，該區(qū)域按照防污性能分級標準，主要包含較好區(qū)、中等區(qū)和較差區(qū)。

3.1 防污性能較好區(qū)

分布面積較小，僅為41.27 km2，占總面積的3.98%。土地利用類型主要為林地、草地地帶；包氣帶介質主要為粘土，防污性能越好；水位埋深、含水層介質、含水層厚度取值也較為零散。即該區(qū)域內(nèi)，包氣帶介質和土地利用類型對防污性能起主要影響作用。

3.2 防污性能中等區(qū)

在工作區(qū)內(nèi)廣泛分布，面積791.05 km2，占總面積的76.28%。

3.3 防污性能較差區(qū)

面積204.69 km2，占總面積的19.74%。主要有三塊區(qū)域：

(1)一塊位于中部及西南地區(qū)。水位埋深2～20 m，相對較淺，包氣帶介質主要為砂和粉土，含水層介質主要為粉砂、細砂，土地利用類型在縣城為住宅用地，其它大部分為耕地。即該區(qū)域內(nèi)，評價因子普遍評分較低，防污性能較差。

(2)一塊在工作區(qū)西北部一帶。水位埋深2～4 m，埋深較淺；包氣帶介質為粉粘；含水層介質粉砂，含水層介質顆粒較?。缓畬雍穸?0～15 m；土地利用類型為耕地。即該區(qū)域內(nèi)，地下水埋深、土地利用類型、含水層介質評分較低，導致防污性能較差。

(3)一塊在中東一帶。區(qū)域地下水埋深<2 m，埋深很淺，包氣帶介質為粉粘，含水層介質為細砂，含水層厚度5～10 m為主，含水層厚度較薄，土地利用類型為耕地。即該區(qū)域內(nèi)，地下水埋深、土地利用類型、含水層厚度評分較低，導致防污性能較差。

4 結語

(1)根據(jù)文安縣域水文地質條件，優(yōu)化調整了評價因子，構建了改進的DRASTIC模型；采用區(qū)間數(shù)層次分析法計算權重系數(shù)，一定程度上克服了傳統(tǒng)方法設置的固定權重問題，評價結果更為科學合理。

(2)根據(jù)地下水防污性能評價結果，該工作區(qū)主要包含較好區(qū)、中等區(qū)和較差區(qū)，分別占總面積的3.98%、76.28%和19.74%。評價結果將為該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境規(guī)劃奠定基礎。