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