賀小桐，李 朗，黃曉燕，姚炳魁

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

近日江蘇省生態(tài)環(huán)境廳、自然資源廳、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、水利廳及農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)江蘇省地下水污染防治實(shí)施方案的通知》，旨在全面打好污染防護(hù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，保障我省地下水安全，需進(jìn)行地下水污染防治分區(qū)劃分，其中地下水防污性能評價(jià)是其中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。

當(dāng)前國內(nèi)外的地下水防污性能評價(jià)主要應(yīng)用美國環(huán)保局提出的DRASTIC方法[1]。為取得更佳的評價(jià)效果，各國學(xué)者對DRASTIC評價(jià)模型被進(jìn)行修正和完善，并運(yùn)用于實(shí)際區(qū)域的地下水防污性能評價(jià)中，如黃曉燕[2]等將改進(jìn)的DRAVT模型進(jìn)行江蘇淺層孔隙地下水防污性能評價(jià)。姚宇平[3]等改進(jìn)為DRTA模型對泰興淺層地下水的防污性能進(jìn)行評價(jià)。張璜[4]等改進(jìn)DRICS模型評價(jià)北京新機(jī)場淺層地下水防污性能。文中根據(jù)宿遷城市規(guī)劃區(qū)的水文地質(zhì)條件，采用改進(jìn)的DRSTIC模型評價(jià)該區(qū)域淺層地下水的防污性能，從而更科學(xué)地進(jìn)行區(qū)域地下水污染防治分區(qū)及保護(hù)淺層地下水。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省北部，地理坐標(biāo)為北緯33°30′～34°15′，東經(jīng)117°56′～118°40′，總面積2 153 km2。規(guī)劃區(qū)由宿豫區(qū)、宿城區(qū)、湖濱新區(qū)、洋河新區(qū)等組成?？偟貏萦晌鞅毕驏|南傾斜，地貌以黃泛沖積平原為主，約占全區(qū)面積的2/3，地面高程一般在15～30 m。

研究區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。近60年來多年平均降水量910 mm，但年際變化較大。年內(nèi)降水也分配不均，主要集中在汛期(5-9月)，多年平均汛期降水量為680 mm，占全年降水量75%，易形成春旱、夏澇、秋冬干燥的天氣。

本次僅對淺層地下水進(jìn)行研究，即與大氣降水和地表水體聯(lián)系較為密切的潛水、第Ⅰ承壓地下水。

2 防污性能評價(jià)

以DRASTIC模型為基礎(chǔ)，提出更適合宿遷城市規(guī)劃區(qū)水文地質(zhì)特征的地下水防污性能評價(jià)模型—DRIAC模型。

2.1 評價(jià)因子的選取及影響機(jī)理

地下水防污性能表示外界污染物對地下水可能影響程度。其與水文地質(zhì)因素如土壤介質(zhì)、包氣帶介質(zhì)、含水層介質(zhì)、水動力條件、地下水補(bǔ)給條件、地形緊密相關(guān)關(guān)，根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件，選取以下評價(jià)因子：

2.1.1 潛水水位埋深(D)

表示地表到潛水面的距離，距離越大，污染物與包氣帶土壤介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)間越長，污染物對地下水的影響越小，則地下水防污性能越強(qiáng)。

整理并分析本次實(shí)測潛水位埋深數(shù)據(jù)(2017年枯水期)，根據(jù)平面展布特征，將水位埋深分為1.0～2.0 m、2.0～4.0 m以及大于4.0 m三個(gè)等級，并對各個(gè)等級賦予相應(yīng)分值(表1)，從而繪制潛水含水層水位埋深分區(qū)圖(見圖1)。

圖1 潛水位埋深分區(qū)圖

2.1.2 凈補(bǔ)給量(R)

表示外界補(bǔ)給地下水量的多少，補(bǔ)給量越少，地下水防污性能越強(qiáng)。

為了直觀起見，將補(bǔ)給資源量換算為水量深度進(jìn)行計(jì)算，單位為mm/a。通過分析工作區(qū)內(nèi)各種垂向、側(cè)向補(bǔ)給條件，將凈補(bǔ)給量分為200～250 mm/a、150～200 mm/a、小于150 mm/a三個(gè)等級，各級分值見表1，并繪制凈補(bǔ)給量分區(qū)圖(圖2)。

圖2 凈補(bǔ)給量分區(qū)圖

2.1.3 包氣帶巖性(I)

包氣帶是污染物欲進(jìn)入地下水的必經(jīng)的渠道，包氣帶巖性顆粒越小，透水性越差，污染物與土壤介質(zhì)接觸時(shí)間越長，越能充分的進(jìn)行反應(yīng)，地下水防污性能越強(qiáng)。

工作區(qū)潛水位埋深在5 m以淺，因此，包氣帶巖性指標(biāo)評價(jià)時(shí)主要參考淺表4m以淺的土層巖性及其組合特征。收集并整理區(qū)內(nèi)工程、水文鉆孔和地質(zhì)槽型鉆等225個(gè)點(diǎn)位資料，將包氣帶巖性分為粉土、粉質(zhì)粘土、粉土及粉質(zhì)粘土互層、粘土、粉土及粘土互層五個(gè)等級，各級分值見表1，并繪制分區(qū)(圖3)。

圖3 包氣帶巖性分區(qū)圖

2.1.4 淺層地下水富水性(A)

表示含水層介質(zhì)對污染物稀釋能力，富水性越大，稀釋能力越強(qiáng)，地下水防污性能越好。

整理并分析水文地質(zhì)鉆孔資料，將淺層含水層富水性劃分為含水層缺失區(qū)、單井涌水量小于300 m3/d、單井涌水量300～500 m3/d、單井涌水量大于500 m3/d 這4個(gè)等級，各級分值見表1，并繪制淺層含水層富水性分區(qū)(圖4)。

圖4 淺層地下水富水性分區(qū)圖

2.1.5 淺層地下水滲透系數(shù)(C)

表示地下水流速的大小，滲透系數(shù)越小，地下水流速越小，污染物越易以地下水為載體進(jìn)入其他含水層，從而進(jìn)行污染更深層地下水，地下水防污性能越差。

根據(jù)工作區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)鉆孔資料，將工作區(qū)淺部含水層滲透系數(shù)劃分為缺失區(qū)、小于2.5、2.5～3.5、3.5～4、大于4這五個(gè)等級(圖5)，各級分值見表1。

圖5 滲透系數(shù)分區(qū)圖

2.2 指標(biāo)評分及單元格劃分

在對5個(gè)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級評分后(如表1)，并利用GIS空間分析功能，對5個(gè)評價(jià)指標(biāo)分別進(jìn)行賦值，并按照權(quán)重進(jìn)行疊加后進(jìn)行地下水防污性能評價(jià)。

表1 DRIAC參數(shù)等級評分表

2.3 基于AHP[5]的指標(biāo)權(quán)重[6]確定

本文結(jié)合宿遷城市規(guī)劃區(qū)地下水特征，引入AHP計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。本次權(quán)重層次結(jié)構(gòu)見圖6，因素從屬關(guān)系(標(biāo)度)見表2，判別矩陣見圖7，運(yùn)用MATLAB求解得到各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果為：包氣帶巖性0.346，水位埋深取0.269，凈補(bǔ)給量0.192，滲透系數(shù)0.115，富水性0.078(表3)。

表3 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

圖7 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣

表2 層次分析法判斷矩陣標(biāo)度的定義

圖6 權(quán)重層次結(jié)構(gòu)分析圖

2.4 防污性能計(jì)算

對各指標(biāo)分層次評分并疊加分析，可得到每個(gè)評價(jià)單元的地下水防污性能綜合指標(biāo)，即防污性能綜合指數(shù)為各評價(jià)因子評分的加權(quán)和。

DRIAC=Dw×Dr+Rw×Rr+Iw×Ir+Aw×Ar+Cw×Cr

式中的各字母的評價(jià)因子如前所示，下標(biāo)w表示權(quán)重，r表示評分。

運(yùn)用建立的DRIAC評價(jià)模型，計(jì)算得到的研究區(qū)防污性能綜合指數(shù)為1.1～4.57。

3 防污性能分區(qū)及結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，將防污性能總共分為3級，Ⅰ級，V<3.0，防污性能較好；Ⅱ級，3.0≤V<3.6，防污性能一般；Ⅲ級，V≥3.6，防污性能較差。詳見圖7。

圖7 防污性能分區(qū)圖

3.1 防污性能較好區(qū)

分布面積約306 km2，占總面積的17.97%。該區(qū)域巖性主要以顆粒較細(xì)的粘土、粉質(zhì)粘土為主，潛水位埋深大多數(shù)2 m以深，凈補(bǔ)給量小于200 mm/a，單井涌水量多在500～1 000 m3/d，富水性較好。滲透系數(shù)大于3.5 m/d。主要位于曉店-侍嶺鎮(zhèn)北部、保安-新莊東南部、龍河鎮(zhèn)東南部、羅圩鄉(xiāng)中部及南部、陳集鎮(zhèn)西南部、中揚(yáng)鎮(zhèn)北部及中部。

3.2 防污性能較差區(qū)

分布面積約306 km2，占總面積的21.4%。該區(qū)域巖性主要以粉土為主，潛水水位埋深大多數(shù)在2～4 m，凈補(bǔ)給量在200～250 mm/a，單井涌水量多在300～500 m3/d，富水性較差，滲透系數(shù)3.5～4.5 m/d。主要位于耿車鎮(zhèn)、雙莊中部及南部、三棵樹鄉(xiāng)、埠子鎮(zhèn)的中部及北部、南蔡鄉(xiāng)、順河鎮(zhèn)的中部及西部、陸集鎮(zhèn)及洋北鎮(zhèn)的西部、倉集鎮(zhèn)、屠園鄉(xiāng)的北部、大興鎮(zhèn)的南部、陸集鎮(zhèn)的東南部、仰化鎮(zhèn)的西北部。

3.3 防污性能一般區(qū)域

分布面積約306 km2，占總面積的21.4%。主要位于在工作區(qū)中北部，東南部。

4 結(jié)語

針對DRASTIC方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和研究區(qū)的實(shí)際情況，提出基于AHP的DRIAC評價(jià)模型，該模型能夠真實(shí)地反映研究區(qū)地下水防污性能的主要影響因素及其權(quán)重，降低了評價(jià)指標(biāo)間的干擾度以及人為主觀因素的影響，評價(jià)結(jié)果能較為客觀地反映區(qū)內(nèi)地下水防污性能。為地下水污染防治分區(qū)劃分及淺層地下水保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。