黑龍江省黑河市地下水脆弱性評(píng)價(jià)及地下水資源保護(hù)區(qū)劃

孔慶軒，劉彩虹，吳庭雯

（1.黑龍江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，黑龍江哈爾濱150030；2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130026；

3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083）

0 引言

地下水是我國(guó)北方地區(qū)重要的飲用水源，長(zhǎng)期以來(lái)由于過(guò)量開(kāi)采及處理不當(dāng)，導(dǎo)致地下水受到嚴(yán)重污染.眾所周知，地下水污染具有隱蔽性、延時(shí)性和不可逆性的特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)，其治理較難.因此，合理解決不斷出現(xiàn)的地下水污染問(wèn)題以及因地下水開(kāi)采造成的環(huán)境負(fù)效應(yīng)，應(yīng)采取“以防為主、防治結(jié)合、防重于治”的方針，制訂合理的區(qū)域地下水保護(hù)方案.開(kāi)展地下水污染脆弱性評(píng)價(jià)，劃分保護(hù)防治區(qū)是區(qū)域地下水資源保護(hù)的重要手段［1-2］.通過(guò)對(duì)地下水脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，可識(shí)別出地下水易于污染的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，為水資源管理提供強(qiáng)有力的工具，有助于決策者和管理者制定有效的地下水保護(hù)管理戰(zhàn)略和措施［3］.

本論文依托國(guó)土資源調(diào)查項(xiàng)目，在黑龍省主要城市開(kāi)展了城市環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的調(diào)查和研究，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)及其鄰區(qū)地下水資源過(guò)度開(kāi)發(fā)，大規(guī)模的地面和地下工程建設(shè)，以及排污水溝渠及滲坑窖開(kāi)挖較深，接近或直接連通砂礫石層，工業(yè)廢水、生活污水、垃圾均排放洼地及溝渠中，導(dǎo)致地下水環(huán)境惡化.借助野外調(diào)查和污染源調(diào)查資料，在系統(tǒng)分析該區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，綜合考慮該區(qū)含水層固有脆弱性因子，建立了地下水脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.利用DRASTIC模型，結(jié)合MapGIS軟件平臺(tái)對(duì)黑河市淺層地下水進(jìn)行了地下水脆弱性評(píng)價(jià)，定量評(píng)價(jià)了該區(qū)地下水環(huán)境的易污染程度，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)黑河市進(jìn)行了地下水保護(hù)防治區(qū)的劃分，為保障該市供水安全和地下水資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件及存在問(wèn)題

黑河市位于黑龍江省北部，地理坐標(biāo)東經(jīng)124°45′~129°18′，北緯 47°42′~51°03′.處于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫0.1℃，多年降水量521.2mm，多年平均蒸發(fā)量676.8mm.

研究區(qū)地下水主要包括松散巖類孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙微承壓水、基巖裂隙水三類.其中，松散巖類孔隙潛水又分為上更新統(tǒng)沖積砂、砂礫石含水層和全新統(tǒng)砂礫石、礫卵石含水層.碎屑巖類孔隙裂隙微承壓水分為第三系孫吳組砂礫巖孔隙裂隙水和白堊系碎屑巖類孔隙裂隙水.基巖裂隙水分為風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水、孔洞裂隙水和構(gòu)造裂隙水［3］.

地下水污染源主要是工業(yè)污染、生活污染、交通運(yùn)輸車輛燃料燃燒所排廢物及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用的農(nóng)藥、化肥等.目前，該市尚無(wú)大型污水處理系統(tǒng)，工業(yè)及生活廢水排放量較大，部分以滲坑、滲窖形式排放，直接污染淺層地下水.沿江一帶寬約1~1.5 km地區(qū)淺層地下水豐水期接受江水補(bǔ)給，而黑龍江是黑河市的主要納污水體，被污染的江水補(bǔ)給淺層地下水，給淺層地下水造成污染.部分村屯衛(wèi)生條件極差，遍布露天茅廁且飼養(yǎng)家畜，降水淋滲將污染物帶入淺層地下水.近郊村屯以農(nóng)業(yè)為主，農(nóng)藥、化肥、除草劑及各種糞肥大面積使用，灌溉回滲或降水淋滲污染淺層地下水.工業(yè)及生活廢氣直接污染大氣層，隨大氣降水滲入地下，間接污染淺層地下水.受原生水文地質(zhì)環(huán)境影響，黑河市淺層地下水中鐵、錳含量普遍較高，超過(guò)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).

針對(duì)該區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景及地下水污染現(xiàn)狀，本文采用國(guó)際通用的地下水脆弱性評(píng)價(jià)模型開(kāi)展評(píng)價(jià).

2 地下水脆弱性評(píng)價(jià)

地下水脆弱性由法國(guó)Margat首次提出，目前比較公認(rèn)的是美國(guó)環(huán)保署和國(guó)際水文地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(huì)的定義：“地下水脆弱性是地下水系統(tǒng)對(duì)人類和（或）自然的敏感性”［4-5］.

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法主要有迭置指數(shù)法、過(guò)程數(shù)學(xué)模擬法、統(tǒng)計(jì)方法和模糊數(shù)學(xué)方法，其中DRASTIC方法［6］作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法被普遍采用.

2.1 評(píng)價(jià)因子體系

地下水脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括自然因素指標(biāo)和人為因素指標(biāo).自然因素指標(biāo)主要包括含水層的地形、地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件以及與污染物運(yùn)移有關(guān)的自然因子等.人為因素指標(biāo)主要指可能引起地下水環(huán)境污染的各種行為因子.由于影響因子較多且復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)研究的目的、范圍、研究區(qū)的自然地理背景、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件以及污染和人類活動(dòng)等方面來(lái)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)兼顧指標(biāo)體系的可操作性和系統(tǒng)性［7］.

本文選取地下水水位埋深（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）和水力傳導(dǎo)系數(shù)（C）等7個(gè)參數(shù)構(gòu)成DRASTIC法脆弱性評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)因子體系.

因每個(gè)指標(biāo)的性質(zhì)和單位不同，在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)需對(duì)其統(tǒng)一量化.DRASTIC評(píng)價(jià)方法采用評(píng)分值對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化，其范圍在l~10.指標(biāo)值是通過(guò)指標(biāo)對(duì)地下水脆弱性的影響程度得到的.一般來(lái)說(shuō)，影響最小的被賦予1，影響最大的被賦予10.具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示.

2.2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重

DRASTIC評(píng)價(jià)模型中，每個(gè)評(píng)價(jià)因子被賦予一個(gè)相對(duì)權(quán)重值，其范圍為1~5，以體現(xiàn)各個(gè)因子對(duì)地下水脆弱性貢獻(xiàn)的相對(duì)大小.其中，對(duì)地下水脆弱性最具影響的因子權(quán)重為5，影響程度最小的因子權(quán)重為1，本次評(píng)價(jià)采用專家打分的方法確定各因子權(quán)重（見(jiàn)表2）.

2.3 DRASTIC脆弱性指數(shù)

應(yīng)用DRASTIC模型進(jìn)行地下水脆弱性評(píng)價(jià)時(shí)，首先先選定適用的地區(qū)劃分成評(píng)價(jià)單元，然后確定各單元各評(píng)價(jià)因子的評(píng)分和權(quán)重，最后采用下面的計(jì)算公式計(jì)算各單元的脆弱性指數(shù).

式中：W表示各因子的權(quán)重；r表示各因子的評(píng)分值.

具體計(jì)算過(guò)程：利用MapGIS將上述7項(xiàng)因子矢量化，即完成單因子評(píng)價(jià)，提取各單元對(duì)應(yīng)的因子屬性值，然后將屬性值和權(quán)值帶入上述公式，計(jì)算脆弱性指數(shù).

表1 定量評(píng)價(jià)因子等級(jí)分值Table1 Grade valuesofquantitativeevaluation factors

表2 DRASTIC評(píng)價(jià)因子的權(quán)重體系Table2 W eightsystem ofDRASTIC evaluation indexes

計(jì)算獲得的DRASTIC脆弱性指數(shù)越大，表明相應(yīng)區(qū)域的相對(duì)地下水脆弱性就越高，則該區(qū)域的地下水就易于被污染．為計(jì)算方便，最大值226折算為100，最小值23折算約為10．地下水系統(tǒng)綜合指數(shù)劃分成5個(gè)級(jí)別，見(jiàn)表3．

表3 地下水脆弱性評(píng)價(jià)程度劃分Table3 Grading ofgroundwater vulnerability assessment

根據(jù)黑河市水文地質(zhì)特征，結(jié)合地下水水質(zhì)、包氣帶巖性及厚度等資料，采用表1所列各因子指標(biāo)值和表2各項(xiàng)的權(quán)值，利用DRASTIC模型對(duì)地下水進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4．

由計(jì)算結(jié)果可知，黑河市地下水脆弱性為Ⅲ～Ⅳ級(jí)，即容易受到污染、極易受到污染，說(shuō)明地下水受污染的可能性較大，對(duì)地下水質(zhì)的保護(hù)須給予足夠的重視．地下水脆弱性較高區(qū)分布于黑龍江漫灘區(qū)及其支溝的溝谷中，這些地區(qū)地表巖性為粉土和砂、砂礫石，透水透氣性能好，水循環(huán)交替強(qiáng)烈，且地下水埋藏淺，受污染的可能性較大．黑河大部分地區(qū)地下水固有脆弱性中等，當(dāng)這些地區(qū)受到長(zhǎng)期持續(xù)的污染時(shí)，地下水質(zhì)量將明顯下降，導(dǎo)致水質(zhì)不斷惡化，將會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失．

3 地下水資源保護(hù)區(qū)劃及防治措施

3．1 地下水資源保護(hù)區(qū)劃

依據(jù)地下水脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合該區(qū)地下水質(zhì)量狀況及污染現(xiàn)狀、污染源分布狀況、土地利用現(xiàn)狀，同時(shí)考慮城市總體規(guī)劃與發(fā)展需要，將脆弱性評(píng)價(jià)圖與該市水源地分布及污染源調(diào)查成果圖疊加，制訂出該市的地下水保護(hù)防治區(qū)劃圖，見(jiàn)圖1．

表4 地下水系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)表Table4 Vulnerability evaluation ofgroundwater system

圖1 黑河市地下水保護(hù)防治區(qū)劃圖Fig．1 Groundwaterprotection division in Heihe City1—地下水水源地保護(hù)區(qū)（groundwater protection area forwater supply source）；2—修復(fù)治理防護(hù)區(qū)（remediation and protection area）；3—重點(diǎn)防護(hù)區(qū)（key protection area）；4— 一般防護(hù)區(qū)（common protection area）；5—自然防護(hù)區(qū)（nature reserves）；6—黑河市邊界（boundaryofHeihe City）

根據(jù)疊加結(jié)果將工作區(qū)劃分為地下水水源地保護(hù)區(qū)、修復(fù)治理防護(hù)區(qū)、重點(diǎn)防護(hù)區(qū)、一般防護(hù)區(qū)和自然防護(hù)區(qū)等5個(gè)區(qū)．

1）地下水水源地保護(hù)區(qū)：針對(duì)黑河市南郊163水源地而設(shè)立，水源地處于地下水固有脆弱性中等區(qū)，水質(zhì)輕微不合格，主要原因是大量加入消毒氯而使pH值降低，地下水呈微酸性，地下水污染雖不重，但由于163水源是市政供水的主要水源，因此作為一級(jí)保護(hù)區(qū)．

2）修復(fù)治理防護(hù)區(qū)（一級(jí)防護(hù)區(qū)）：主要分布于城市中心區(qū)和城郊東南一帶，是污染源分布較為集中，地下水質(zhì)量嚴(yán)重不合格的區(qū)域．主要分布于城建區(qū)和河南屯至小黑河村一帶．

3）重點(diǎn)防護(hù)區(qū)（二級(jí)防護(hù)區(qū)）：主要分布于一級(jí)防護(hù)區(qū)的外圍，地下水脆弱性較高，地下水質(zhì)量中等不合格，污染源分布較多的區(qū)域．

4）一般防護(hù)區(qū)（準(zhǔn)保護(hù)區(qū)）：分布在城南部的大分部地區(qū)，這些地區(qū)地下水脆弱性中等，局部地段較高，污染源分布較少，地下水水質(zhì)輕微不合格，污染輕微，地下水主要用于農(nóng)業(yè)灌溉和村屯生活用水，供水量小且分散.

5）自然防護(hù)區(qū)（準(zhǔn)保護(hù)區(qū)）：高地營(yíng)子、上二宮村及建城區(qū)以西的二級(jí)階地區(qū)，地下水固有脆弱性中等，地下水末受污染，水質(zhì)合格，污染源分布零星，定為自然防護(hù)區(qū)（準(zhǔn)保護(hù)區(qū)）.

3.2 地下水資源保護(hù)措施

根據(jù)黑河市地下水資源污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的結(jié)果，制定出以下對(duì)策和防治措施.

1）對(duì)于地下水水源地保護(hù)區(qū)，實(shí)行水源地衛(wèi)生防護(hù)制度，并取消一切可能妨礙取水構(gòu)筑物運(yùn)行的活動(dòng).在此區(qū)內(nèi)要消除一切造成含水層污染的可能性.

2）對(duì)于修復(fù)治理區(qū)和重點(diǎn)防護(hù)區(qū)，首先查明污染源、污染物及污染途徑，并采取措施控制污染的進(jìn)一步擴(kuò)散，然后對(duì)污染區(qū)進(jìn)行逐步治理.由于污染區(qū)主要在城市中心區(qū)，造成地下水污染的污染源有已廢棄的簡(jiǎn)單填埋垃圾場(chǎng)、市政排放的生活工業(yè)污水、分布于居民區(qū)內(nèi)的生活污水滲窖、無(wú)防滲廁所及地表污水體和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)藥、化肥施用等，因此應(yīng)盡快建成污水處理廠，生活、工業(yè)污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后再向周圍環(huán)境排放.應(yīng)盡快建立典型生活垃圾處理場(chǎng)地附近的地下水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行地下水污染預(yù)防控制.

3）一般保護(hù)區(qū)位于農(nóng)業(yè)區(qū)，禁止利用污水灌溉農(nóng)田，同時(shí)限制農(nóng)藥化肥的使用量，將農(nóng)村散置的固體廢棄物進(jìn)行收集和集中處理.

4）自然防護(hù)區(qū)內(nèi)禁止一切污染企業(yè)進(jìn)入，禁止一切污染可能性的出現(xiàn)，大量植樹(shù)造林，加強(qiáng)對(duì)地下水的監(jiān)測(cè).

4 結(jié)論

在對(duì)黑河市進(jìn)行環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)用DRASTIC模型進(jìn)行了地下水脆弱性評(píng)價(jià)與水資源保護(hù)區(qū)劃研究.

1）建立了黑河市地下水脆弱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，利用MapGIS軟件完成了各因子的矢量化，采用專家打分法對(duì)各因子賦權(quán)，應(yīng)用DRASTIC模型計(jì)算了各評(píng)價(jià)單元的地下水脆弱性指數(shù).地下水固有脆弱性較高的區(qū)域主要分布于黑龍江漫灘區(qū)的狹長(zhǎng)地帶，以及二公河和其他支溝的溝谷中，其他地區(qū)地下水固有脆弱性為中等.

2）應(yīng)用MapGIS軟件分析系統(tǒng)分別做出單個(gè)評(píng)價(jià)因子評(píng)分圖，然后按各個(gè)因子的相對(duì)權(quán)重值進(jìn)行圖層疊加得到地下水保護(hù)防治區(qū)劃圖.一級(jí)保護(hù)區(qū)包括地下水水源地保護(hù)區(qū).163水源地和城市中心地帶及其南部修復(fù)治理區(qū)，水源地及城市中心周圍地帶為二級(jí)保護(hù)區(qū)；黑河市西部和南部及二公河一帶劃分為準(zhǔn)保護(hù)區(qū).

3）根據(jù)分區(qū)結(jié)果制定地下水資源保護(hù)的對(duì)策和防護(hù)措施，對(duì)水源地，要禁止一切污染或可能污染的活動(dòng)，合理開(kāi)采利用地下水，防止出現(xiàn)地下水降落漏斗等；對(duì)污染區(qū)查明污染源及污染途徑，防治污染的進(jìn)一步擴(kuò)散，必要時(shí)可以在污染區(qū)建立暗壩，出現(xiàn)污染立即整治；應(yīng)盡快建立污水處理廠和垃圾處理場(chǎng)；對(duì)未受污染的地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水資源的監(jiān)測(cè)，防止一切污染源進(jìn)入，并且加強(qiáng)該區(qū)的綠化工作.

利用地下水脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)可能存在的水環(huán)境污染程度及分布范圍，為及時(shí)、有效地預(yù)防地下水污染提供科學(xué)依據(jù).將脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果與水源地分布、水環(huán)境污染調(diào)查結(jié)果結(jié)合，制訂水資源保護(hù)區(qū)劃，可為水資源管理提供借鑒.

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