李吉學(xué) 孔 舒 宋秀真 李 偉

（山東省濟(jì)寧水文水資源勘測(cè)局 濟(jì)寧 272019）

地下水是水資源的重要組成部分，地下水一旦受到污染，其治理和恢復(fù)的難度和代價(jià)都很大。通過(guò)對(duì)地下水脆弱性分析，評(píng)價(jià)地下水潛在的易污染性，圈定脆弱的地下水分布范圍，明示地下水開(kāi)發(fā)和保護(hù)要求，為地下水資源的可持續(xù)利用提供技術(shù)支撐。

1 地下水脆弱性研究方法概述

目前地下水脆弱性評(píng)價(jià)的主要方法有迭置和指數(shù)法，過(guò)程數(shù)學(xué)模擬法，統(tǒng)計(jì)方法與模糊數(shù)學(xué)法。國(guó)內(nèi)外地下水脆弱性研究發(fā)展很快，大多數(shù)研究是針對(duì)地下水的本質(zhì)脆弱性，所用的評(píng)價(jià)方法多為迭置和指數(shù)法，其中不少是應(yīng)用DRASTIC方法進(jìn)行評(píng)價(jià)或?qū)RASTIC方法進(jìn)行若干改進(jìn)。DRASTIC方法是美國(guó)環(huán)境保護(hù)局于1987年由Aller等提出的，它是采用7個(gè)影響和控制地下水流和污染質(zhì)運(yùn)移的參數(shù)構(gòu)成該方法的脆弱性評(píng)價(jià)的因子體系，它們分別是：地下水埋深、含水層的凈補(bǔ)給、含水層的巖性、土壤類(lèi)型、地形、包氣帶的影響及含水層滲透系數(shù)。

2 地下水脆弱性評(píng)價(jià)方法——DRAIQC模型的建立

2.1 建立DRAIQC模型

DRASTIC方法主要考慮了以下參數(shù)：地下水埋深、凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)、地形、包氣帶性質(zhì)、含水層導(dǎo)水系數(shù)，并將以上參數(shù)分成幾個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都賦以一個(gè)分值，并且每個(gè)參數(shù)均賦以一個(gè)權(quán)值，權(quán)值反映了參數(shù)與地下水脆弱性之間的關(guān)系。DRASTIC系統(tǒng)是評(píng)價(jià)給定水文地質(zhì)條件的特定區(qū)域地下水污染敏感性的有效工具。這一系統(tǒng)可以定量地分析，影響和控制污染物運(yùn)動(dòng)的主要水文地質(zhì)因素。DRASTIC系統(tǒng)借助GIS可以綜合水文地理信息且使用方便，最后的DRASTIC指標(biāo)分布圖也十分直觀清晰。

濟(jì)寧市地處平原區(qū)，地形平緩，按照DRASTIC方法的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)研究區(qū)的地形參數(shù)評(píng)分均為10分，地形參數(shù)對(duì)該地區(qū)地下水水質(zhì)脆弱性的判別已無(wú)實(shí)際意義，可以不考慮該項(xiàng)因子。在研究區(qū)范圍內(nèi)土壤型和包氣帶介質(zhì)的類(lèi)型也比較統(tǒng)一，分布比較均衡，全區(qū)幾乎沒(méi)有差異。全區(qū)評(píng)分也只有4分和3分，對(duì)地下水水質(zhì)脆弱性的判別也無(wú)實(shí)際意義，故本研究體系亦不考慮這兩項(xiàng)因子。濟(jì)寧市長(zhǎng)期過(guò)量開(kāi)采地下水，引起地下水水位持續(xù)下降，已經(jīng)形成了較大規(guī)模的以城市為中心的水位降落漏斗。由于受地下水水動(dòng)力場(chǎng)的影響，污染物在漏斗中心的富集狀況比較嚴(yán)重，說(shuō)明地下水水質(zhì)脆弱性相對(duì)較高。因此，對(duì)于濟(jì)寧市的地下水水質(zhì)脆弱性的研究，本文增加了地下水開(kāi)采強(qiáng)度和地下水水質(zhì)現(xiàn)狀這兩個(gè)評(píng)價(jià)因子。由于針對(duì)地下水水質(zhì)的優(yōu)劣程度，一般可以采取相應(yīng)的保護(hù)和治理對(duì)策。在脆弱性評(píng)價(jià)中加入這一因子有利于對(duì)應(yīng)政策的制定，更具有實(shí)際意義。

基于以上分析，在DRASTIC模型的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)適合濟(jì)寧市水文地質(zhì)條件下的濟(jì)寧城市地下水水質(zhì)脆弱評(píng)價(jià)模型——DRAIQC模型（見(jiàn)表1）。

2.2 GIS技術(shù)的應(yīng)用

GIS技術(shù)可以對(duì)地理空間數(shù)據(jù)和信息實(shí)現(xiàn)輸入、存儲(chǔ)、管理、檢索、處理和綜合分析等功能，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。DRASTIC方法的普遍應(yīng)用與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的迅速發(fā)展與該方法與GIS技術(shù)的簡(jiǎn)單方便的耦合密不可分，為地下水脆弱性評(píng)價(jià)提供了有力的支持，極大地推動(dòng)了地下水脆弱性研究的發(fā)展，并已廣泛應(yīng)用于地下水脆弱性評(píng)價(jià)因子的提取和評(píng)價(jià)成果的制圖中。

表1 DRASTIC指標(biāo)和DRAIQC指標(biāo)及其權(quán)重

表2 綜合指數(shù)法脆弱性評(píng)價(jià)分級(jí)

3 DRAIQC模型的評(píng)價(jià)方法

本文結(jié)合水質(zhì)評(píng)價(jià)中的綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，對(duì)傳統(tǒng)的ARSTIC方法中權(quán)重獲取的主觀因素加以改進(jìn)，采用新的打分評(píng)價(jià)計(jì)算方法，得到最終的濟(jì)寧市地下水水質(zhì)脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)論。

首先進(jìn)行上述各單項(xiàng)因子評(píng)價(jià)，劃分所屬的脆弱性類(lèi)別，并對(duì)各類(lèi)別按表2分別確定單項(xiàng)因子指數(shù)值Fi和綜合評(píng)判分值F。

綜合評(píng)判分值F的確定：

Fmax——評(píng)價(jià)因子評(píng)分值Fi的最大值；

Fi——各評(píng)價(jià)因子評(píng)分值

n——項(xiàng)數(shù)。

最終的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)表2劃定所屬類(lèi)別，決定脆弱性等級(jí)。

4 濟(jì)寧市研究區(qū)地下水水質(zhì)脆弱評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)因子確定

本研究依據(jù)濟(jì)寧市城區(qū)地下水埋深、含水層凈補(bǔ)給量、含水層巖性、含水層的滲透系數(shù)、地下水開(kāi)采強(qiáng)度和地下水水質(zhì)現(xiàn)狀，在評(píng)價(jià)過(guò)程中對(duì)每個(gè)指標(biāo)劃分等級(jí)，并賦予相應(yīng)的值。每個(gè)評(píng)價(jià)因子一般劃分為10個(gè)等級(jí)，分別建立各評(píng)價(jià)因子的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，各因子的評(píng)分范圍都介于1～10分，根據(jù)其最大與最小值的范圍，按照大致平均分級(jí)的理念設(shè)定其評(píng)分，評(píng)分越大，脆弱性越大，評(píng)分值越大，影響越大，各個(gè)評(píng)價(jià)因子的評(píng)分體系見(jiàn)表3。

表3 各評(píng)價(jià)因子評(píng)分表

4.2 計(jì)算步驟

DRASTIC結(jié)合GIS進(jìn)行區(qū)域地下水污染脆弱性評(píng)價(jià)，可分為以下步驟：（1）資料的收集和處理：需要收集的資料包括地下水測(cè)井的抽水觀測(cè)資料和水文地質(zhì)報(bào)告、水資源報(bào)告（降水、徑流和蒸發(fā)等）、土壤調(diào)查報(bào)告和地形圖等。（2）參數(shù)分布圖的準(zhǔn)備：將收集到的資料進(jìn)行分析，對(duì)沒(méi)有直接給出值的參數(shù)進(jìn)行推算或換算，然后將其分別標(biāo)在7幅不同的底圖上。若是數(shù)字型參數(shù)，可用等值線或分區(qū)圖表示；若為介質(zhì)型參數(shù)，只能用分區(qū)圖表示，并用不同的顏色來(lái)表示參數(shù)的不同值。用數(shù)字化儀或其他方法將其輸入計(jì)算機(jī)，即得到7幅參數(shù)分布圖。（3）指標(biāo)值的確定：對(duì)數(shù)值型參數(shù)，其指標(biāo)值的確定十分方便；但對(duì)于介質(zhì)參數(shù)，其指標(biāo)必須根據(jù)各處的水文地質(zhì)條件對(duì)照評(píng)分表仔細(xì)地分析確定。（4）指標(biāo)值分布圖的生成：借助于GIS將參數(shù)分布圖轉(zhuǎn)換為指標(biāo)值分布圖。（5）DRASTIC綜合指標(biāo)分布圖可以清楚地看出不同水文地質(zhì)單元的地下水污染敏感性的大小。顏色的深淺表示DRASTIC指標(biāo)的大小，一般顏色越深，DRASTIC綜合指標(biāo)越大，表示地區(qū)越易被污染，反之亦然。本文應(yīng)用該方法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)。

首先，要對(duì)各圖層進(jìn)行數(shù)字化處理和屬性賦值。以地下水水質(zhì)現(xiàn)狀為例，用數(shù)字化儀或其它方法將評(píng)價(jià)結(jié)果分布圖輸入計(jì)算機(jī)。在Attributes中，按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)將每一個(gè)Polygon賦上相應(yīng)的評(píng)分值。

在對(duì)每個(gè)圖層進(jìn)行數(shù)字化處理和屬性賦值后，就可以進(jìn)行圖層合并。Toolbox軟件包是ArcGIS自帶工具箱，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析功能。應(yīng)用其分析工具中的Union功能，可以很方便地對(duì)6個(gè)圖層及其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并與疊加隨后，采用編制的VisualBasic計(jì)算程序，對(duì)每個(gè)小單元的各種綜合脆弱性屬性值進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果返回GIS屬性數(shù)據(jù)表中，得到地下水水質(zhì)脆弱性評(píng)價(jià)評(píng)分圖。

4.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述分析，得到各評(píng)價(jià)單元脆弱性指數(shù)的五個(gè)等級(jí)：低脆弱性區(qū)（脆弱性打分為I）；較低脆弱性區(qū)（脆弱性打分為II）；一般脆弱性區(qū)（脆弱性打分為III）；較高脆弱性區(qū)（脆弱性打分為IV）；和高脆弱性區(qū)（脆弱性打分為V）。按各分區(qū)等級(jí)對(duì)相同分區(qū)的評(píng)價(jià)單元進(jìn)行合并，最后得到研究區(qū)的地下水水質(zhì)脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)圖（見(jiàn)圖1）