威海市地下水防污性能評價

王玉蓮，王振興，鐘振楠

(山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

0 引言

近年來，由于水資源短缺，人們對地下水資源的保護日益重視，因此，不同地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的地下水的防污性能評價研究成了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱門課題[1]。該文采用世界上使用最廣泛的美國DRASTIC模型，并依據(jù)威海市的具體情況，對威海市地下水防污性能進行了評價。

該文地下水防污性能為天然防污性能(Intrinsic vulnerability),是指在一定的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，人類活動產(chǎn)生的所有污染物進入地下水的難易程度，它與含水層所處的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無關(guān)[1]。

1 評價區(qū)自然概況

威海市位于膠東半島最東端，東、西、北三面瀕臨黃海，北與遼東半島相對，東及東南與朝鮮半島和日本列島隔海相望，西與煙臺市接壤。威海市地處中緯度，屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季變化和季風(fēng)進退都較明顯。與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比，具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點。年平均氣溫11～13℃，多年平均降水量778.4mm，多年平均日照2569.4h。

威海市為低山丘陵區(qū)，地勢起伏和緩，除少數(shù)山峰海拔500m以上外，大部分為200～300m的波狀丘陵。山體多巖石裸露，土層覆蓋較薄，平原多為濱海平原和山前傾斜平原。

威海市無大河，但水系尚發(fā)育。在各山脈之間發(fā)育和分布著各類間歇性河流。由于山脈臨近海岸，所以河流短促，流域面積與徑流量小，季節(jié)性變化大。主要有五渚河、徐家河、羊亭河、張村河等，是境內(nèi)地表徑流入海的主要通道。

2 評價區(qū)水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水類型較為簡單，依據(jù)地下水的賦存條件、含水層的水理性質(zhì)及水力特征等，地下水含水巖組分為松散巖類孔隙含水巖組、變質(zhì)巖-巖漿巖裂隙含水巖組、碎屑巖孔隙裂隙含水巖組。

2.1 松散巖類孔隙含水巖組

地下水主要賦存于坡積、洪積、沖積、海積砂礫石層中，分布于山間、河谷及濱海堆積區(qū)，受地形、地貌控制。在沿河地區(qū)，由上游至下游，含水層厚度由薄變厚，顆粒由粗變細；由河床向兩側(cè)，含水層厚度由厚變??；垂直方向上，底部顆粒較上部粗，分選比上部好。在濱海地區(qū)，沿垂直海岸線方向，由內(nèi)陸向沿海，顆粒由粗變細。

2.2 變質(zhì)巖-巖漿巖類裂隙含水巖組

區(qū)內(nèi)大面積出露，占總面積的70%以上，地下水主要賦存于風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中。風(fēng)化層深度一般在10～30m，該層地下水的富水性受地形、地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造控制，一般單井涌水量<100m3/d，在匯水面積較大或受構(gòu)造影響處，局部富水性較強，單井涌水量100～500m3/d。地下水交替循環(huán)強烈，水質(zhì)良好，多為HCO3-Ca·Mg或HCO3·Cl-Ca·Na，礦化度≤1g/L。

2.3 碎屑巖孔隙裂隙含水巖組

在該區(qū)小面積出露，主要分布于海西頭以東中生代火山巖構(gòu)造盆地中。巖性以安山巖、玄武凝灰?guī)r為主。巖石原生孔洞裂隙不甚發(fā)育，僅有1～10m深的風(fēng)化裂隙，且裂隙多被泥沙充填，富水性弱，單井涌水量<100m3/d，水化學(xué)類型以HCO3·Cl-Ca·Na和Cl·HCO3-Ca·Na為主。

3 評價區(qū)地下水環(huán)境特征

威海地區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，地下水資源較為匱乏，地下水唯一補給來源是大氣降水。以古老變質(zhì)巖及侵入巖為主體所組成的丘陵山區(qū)，地形坡陡、崎嶇，巖石裂隙不發(fā)育，使大氣降水不易滲入，多以地表徑流形式運動，地下水流向與地表水系基本一致。地下水接觸大氣降水補給后，自分水嶺較大的水力坡度順坡而下，往往以潛流或下降泉的形式排入河谷。河谷第四紀(jì)孔隙水不僅得到山區(qū)地下水側(cè)向補給，還有大氣降水滲入補給，一部分地下水自上游流向下游，最終排泄入海，一部分蒸發(fā)排泄或人工開采。區(qū)內(nèi)地下水由于受強烈的溶慮作用及海洋性氣候影響，水化學(xué)類型具有明顯水平分帶性，丘陵山區(qū)為礦化度<1g/L的HCO3型及HCO3·Cl型水，濱海地區(qū)則為礦化度1～2g/L的Cl·HCO3水。

4 地下水系統(tǒng)防污性能評價

目前國外現(xiàn)有的防污性能評價指數(shù)模型很多，共有30多種，其中，DRASTIC模型應(yīng)用最為廣泛，DRASTIC評價方法是美國環(huán)境保護局(USEPA)和美國水井協(xié)會(NWWA)綜合了40多位水文地質(zhì)學(xué)專家的經(jīng)驗，于1985年合作開發(fā)的[2]，該方法已被許多國家采用。

4.1 評價因子的選擇及分級

根據(jù)DRASTIC模型，地下水系統(tǒng)防污性能主要受地下水埋深(D)、地下水凈補給量(R)、含水層介質(zhì)(A)、土壤介質(zhì)(S)、地形地貌(T)、包氣帶介質(zhì)(I)和水力傳導(dǎo)系數(shù)(C)等因素影響。因此選擇這7項評價因子對地下水防污性能進行評價。各評價因子評分標(biāo)準(zhǔn)見表1[3]。

在DRASTIC方法所采用參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)可獲得的資料和具體的水文地質(zhì)條件，以降雨入滲補給量代替含水層的凈補給量，其他的因子不變。

4.2 確定權(quán)重

直接參考DRASTIC方法中給定的權(quán)重，即地下水埋深、降雨入滲補給量、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)、地形坡度、包氣帶介質(zhì)和含水層滲透系數(shù)的權(quán)重值分別為5,4,3,2,1,5,3。

4.3 指標(biāo)計算

DRASTIC地下水系統(tǒng)防污性能指標(biāo)由下式確定：

DRASTIC=5×D+4×R+3×A+2×S+1×T+5×I+3×C

具有較高指標(biāo)的區(qū)域，則該區(qū)的地下水就易于被污染，反之亦然，DRASTIC指標(biāo)提供的僅僅是相對概念，而不是絕對的。最小指標(biāo)為23，最大指標(biāo)為226，一般DRASTIC指標(biāo)值在50～200之間，為計算方便，最大值折算為100，最小值約為10[注]甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,郭富赟、尹念文、魏玉濤等，甘肅省蘭州市城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價報告，2007年。。

根據(jù)DRASTIC指標(biāo)將地下水防污性能劃分為5個等級，見表2。

5 威海市地下水防污性能評價

5.1 評價程序

該次評價工作程序為：野外調(diào)查和資料收集→劃分評價單元、確定評價區(qū)指標(biāo)參數(shù)→建立評分體系和權(quán)重體系→計算評價指標(biāo)值→防污性能區(qū)域劃分→繪制脆弱性評價圖[4]。

5.2 資料來源

降雨入滲系數(shù)采用《山東省文(登)榮(成)環(huán)(翠)地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查報告》的數(shù)據(jù)，降雨量采用多年平均降雨量；地形坡度主要根據(jù)威海市1∶5萬地形圖；地下水埋深、土壤介質(zhì)、包氣帶介質(zhì)、含水層介質(zhì)根據(jù)該次調(diào)查工作調(diào)查的26個水點；滲透系數(shù)采用經(jīng)驗值。

表1 地下水防污性能評價指標(biāo)等級分量標(biāo)準(zhǔn)

表2 地下水防污性能評價程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

5.3 評價結(jié)果

采用DRASTIC方法進行評價，得出威海市地下水防污性能指標(biāo)值在54～82之間，分為地下水防污性能差(Ⅴ)、較差(Ⅳ)、中等(Ⅲ)3個級別。

(1)地下水防污性能差區(qū)(Ⅴ)：主要分布在威海市西北部第四紀(jì)覆蓋的區(qū)域以及楊家灘至東山口一帶，DRASTIC防污性能指標(biāo)為80.1～82.3，該區(qū)表層主要為中粗砂，含水層巖性主要為中粗砂及礫石，地形坡度較小，地下水防污性能差，是市區(qū)地下水極易遭受污染的區(qū)域。

(2)地下水防污性能較差區(qū)(Ⅳ)：分布在威海市的大部分地區(qū)，DRASTIC防污性能指標(biāo)為61.5～79.6，該區(qū)地表上覆地層薄或缺失，含水層巖性主要為砂礫石或花崗巖，地形坡度較大，地下水防污性能較差，是市區(qū)地下水容易遭受污染的區(qū)域。

(3)地下水防污性能中等區(qū)(Ⅲ)：主要分布在威海市布谷夼、陶家夼一帶，DRASTIC防污性能指標(biāo)為54～56.2，該區(qū)地下水為基巖裂隙水，地表基巖裸露，含水層巖性主要為花崗巖，地形坡度大，地下水防污性能中等。

參考文獻：

[1] 鐘佐燊.地下水防污性能評價方法探討[J].地學(xué)前緣,2005,(4)：3-11.

[2] 張?zhí)?馮小銘,劉紅櫻,等.DRASTIC評價模型在臺州市淺層地下水脆弱性評價中的應(yīng)用[J].資源調(diào)查與環(huán)境,2007,2(28):138-144.

[3] 楊慶,欒茂田.地下水易污性評價方法——DRASTIC指標(biāo)體系[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),1999,(2)：4-9.

[4] 劉細元.江西省吉安市地下水系統(tǒng)防污性能評價[J].地質(zhì)調(diào)查與研究,2006,(9)：217-221.