基于GIS的DRASTIC下遼河平原地區(qū)地下水防污性評(píng)價(jià)

趙旭，陳曦

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽(yáng) 110031

基于GIS的DRASTIC下遼河平原地區(qū)地下水防污性評(píng)價(jià)

趙旭，陳曦

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽(yáng) 110031

在運(yùn)用基于GIS的DRASTIC評(píng)價(jià)方法，對(duì)下遼河平原潛水的防污性進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程中，分析了影響下遼河平原固有防污性的最主要的7個(gè)水文地質(zhì)參數(shù)，分別評(píng)價(jià)各個(gè)因子.利用GIS的空間分析功能中區(qū)對(duì)區(qū)的合并分析功能，依次對(duì)各單指標(biāo)分級(jí)圖進(jìn)行區(qū)合并操作，合并后生成區(qū)文件，繪制出防污性分布圖.結(jié)果表明，防污性能較差區(qū)主要分布在下遼河平原河谷地帶，面積2 993.51 km2，占全區(qū)總面積的12.78%.評(píng)價(jià)結(jié)果有利于合理利用土地，有效保護(hù)地下水資源和防止地下水污染.

DRASTIC方法；GIS；下遼河平原；地下水；防污性

1 區(qū)域自然地理?xiàng)l件

下遼河平原位于遼寧省中部，地處遼東及遼西山地之間，遼北丘陵的西南部，傾向遼東灣，由遼河等水系沖積而成.地勢(shì)低平，總體由北向南緩傾，地面總體標(biāo)高在50 m以下，向兩側(cè)遼東、遼西丘陵山地過(guò)渡地區(qū)地形增高.平原內(nèi)，地面坡降較小，分布有大面積沼澤洼地、河灘及牛軛湖.下遼河平原行政區(qū)劃涉及沈陽(yáng)、鐵嶺、撫順、遼陽(yáng)、鞍山、阜新、營(yíng)口、盤錦和錦州9個(gè)地級(jí)市，總面積約23 470 km2.下遼河平原地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)、半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為623.2 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 669.6 mm.春季降水少，空氣干燥，多偏南風(fēng)，蒸發(fā)量大，平均蒸發(fā)量達(dá)600 mm，降水量小，平均為90 mm；夏季多南風(fēng)，氣候濕熱，平均降水量可達(dá)390 mm；秋季多晴朗天氣，氣溫明顯轉(zhuǎn)涼，降水量劇減，平均降水量不足120 mm；冬季寒冷，降水量小，平均降水量?jī)H有13 mm.下遼河平原區(qū)河流發(fā)育，有遼河水系、繞陽(yáng)河水系、大凌河水系及小凌河水系.其中遼河是遼寧省第一條大河，全長(zhǎng)1 390 km，流域面積21.9×104km2，在遼寧境內(nèi)長(zhǎng)480 km，流域面積為6.092×104km2.

2 地下水防污性的影響因素分析

地下水防污性［1］是指地下水環(huán)境由于自然條件變化和人類活動(dòng)影響遭受破壞帶來(lái)的一系列問(wèn)題的敏感程度，它反映了地下水環(huán)境自我防護(hù)能力.從另一個(gè)角度來(lái)看，地下水防污性就是指地下水的易污染性［2］.地下水防污性依賴于各種因素，往往與含水層結(jié)構(gòu)、埋藏條件、水動(dòng)力條件、地下水形成條件及地下水環(huán)境對(duì)各種污染物自我防護(hù)能力的各種影響因素密切相關(guān)［3-4］.影響地下水固有防污性的主要因素有補(bǔ)給量、土壤介質(zhì)、包氣帶、飽和帶，次要因素還有地形、地表水和下伏含水層.影響補(bǔ)給量的主要因素有降水量、蒸發(fā)量、溫度等；對(duì)介質(zhì)而言主要考慮土壤的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度和有機(jī)質(zhì)、黏土含量、土壤含水量等；包氣帶的特征和其潛在吸附、降解能力對(duì)研究地下水的防污性程度起決定性作用.主要涉及到的參數(shù)為厚度、巖性和垂直滲透性.含水層結(jié)構(gòu)、分布及埋藏條件是地下水防污性的主要因素，主要考慮含水層的類型和形狀、孔隙度、滲透系數(shù)、儲(chǔ)存特性、傳遞系數(shù)等.地下水的水動(dòng)力條件指含水層的導(dǎo)水系數(shù)、流速及水力坡度等.

3 地下水防污性評(píng)價(jià)方法

3.1 評(píng)價(jià)體系的建立

地下水環(huán)境均具有某種程度的防污性,其影響因素具有多樣性和復(fù)雜性.地下水防污性是相對(duì)的，影響其防污性的原因很多.因此，按照中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合下遼河平原實(shí)際情況，選取DRASTIC法作為此次評(píng)價(jià)方法.該方法為地下水防污性能評(píng)價(jià)的典型方法，是目前應(yīng)用最為廣泛且成功的一種評(píng)價(jià)方法.

DRASTIC指標(biāo)法是一種參數(shù)加權(quán)得分法，對(duì)應(yīng)的是7項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)（因素）［5-6］評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)值. 這7項(xiàng)水文地質(zhì)因素分別為：地下水埋深（D）、凈補(bǔ)給（R）、含水層介質(zhì)（A）、土壤介質(zhì)（S）、地面坡度（T）、包氣帶介質(zhì)（I）和含水層的水力傳導(dǎo)系數(shù)（C）［4］. DRASTIC地下水防污性指標(biāo)［7］由式（1）確定.

式中：R表示指標(biāo)值，W表示指標(biāo)的權(quán)重.

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

按指標(biāo)對(duì)防污性能影響的大小分別給予權(quán)重經(jīng)驗(yàn)值，見表1.

表1 地下水防污性能評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 1 Evaluation index weight of groundwater vulnerability

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)

根據(jù)（1）式計(jì)算出的DRASTIC指標(biāo)為防污性能評(píng)價(jià)指數(shù)值，范圍為23～230，平均分為5個(gè)等級(jí)（如表2）.值越高，防污性能越差；反之防污性能越好.

表2 地下水防污性能評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation index grading standard of groundwater vulnerability

4 地下水防污性能評(píng)價(jià)

4.1 單指標(biāo)分級(jí)圖

利用GIS的矢量化制圖功能，設(shè)置相應(yīng)的屬性結(jié)構(gòu)，按照表3中各指標(biāo)評(píng)分值進(jìn)行分級(jí)，編制單指標(biāo)圖，并以區(qū)文件的形式存儲(chǔ).7個(gè)指標(biāo)的分級(jí)圖見圖1～7.

表3 下遼河平原區(qū)含水層參數(shù)分區(qū)值Table 3 Partition parameters of aquifer in Lower Liaohe River Plain

圖1 下遼河平原潛水水位埋深等值圖Fig.1 Isogram for depth of phreatic water level in Lower Liaohe River Plain

圖2 下遼河平原近多年平均降雨量等值線Fig.2 Average rainfall isogram for Lower Liaohe River Plain in recent years

圖3 下遼河平原含水層巖性分區(qū)圖Fig.3 Lithology distribution of Lower Liaohe River Plain aquifer

4.2 評(píng)價(jià)過(guò)程及結(jié)果分析

在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，利用GIS的空間分析功能中區(qū)對(duì)區(qū)的合并分析功能，依次對(duì)各單指標(biāo)分級(jí)圖進(jìn)行區(qū)合并操作，合并后生成區(qū)文件.由計(jì)算公式，得出研究區(qū)地下水防污性能評(píng)價(jià)指數(shù)DI范圍為71～188.按照結(jié)果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分為3級(jí)類型區(qū)，即防污性能較差區(qū)、防污性能中等區(qū)和防污性能較好區(qū)，并繪制研究區(qū)淺層地下水防污性能評(píng)價(jià)分區(qū)圖（圖8）.

（1）防污性能較差區(qū)：主要分布在下遼河平原河谷地帶，面積2 993.51 km2，占全區(qū)總面積的12.78%.地下水埋深較淺，污染物傳播過(guò)程中與包氣帶介質(zhì)接觸時(shí)間較短，容易受到污染物污染；含水層介質(zhì)主要為砂類土，顆粒較粗，滲透性好，污染物的衰減能力較差，自凈能力較差.利用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，DRASTIC指標(biāo)在150～190.

圖4 下遼河平原地表巖性分區(qū)圖Fig.4 Surface lithology distribution of Lower Liaohe River Plain

圖5 下遼河平原地形坡度分區(qū)圖Fig.5 Topographic slope partition map of Lower Liaohe River Plain

圖6 下遼河平原包氣帶巖性分區(qū)圖Fig.6 Lithology distribution of aeration zone in Lower Liaohe River Plain

圖7 下遼河平原區(qū)含水層厚度等值線圖Fig.7 Thickness isogram of Lower Liaohe River Plain aquifer

（2）防污性能中等區(qū)：該區(qū)分布面積廣泛，進(jìn)一步劃分為地下水防污性能中等偏好區(qū)與地下水防污性能中等偏差區(qū).

地下水防污性能中等偏差區(qū)：主要分布在下遼河平原中部地帶，面積7 102.36 km2，占全區(qū)總面積的30.34%.該區(qū)包氣帶巖性主要為亞砂土和粉砂質(zhì)亞黏土，顆粒大小中等，污染運(yùn)移能力中等，吸附降解能力中等；含水層介質(zhì)巖性為中細(xì)砂，顆粒大小中等，滲透性中等，自凈能力中等.利用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，DRASTIC指標(biāo)在130～150.

地下水防污性能中等偏好區(qū)：主要分布在下遼河平原東西兩側(cè)山前地帶、南部沿海地帶，面積12 734.85 km2，占全區(qū)總面積的54.40%.該區(qū)包氣帶巖性主要為亞黏土，顆粒較細(xì)，污染物運(yùn)移能力差，吸附降解能力強(qiáng).但是該區(qū)含水層介質(zhì)主要為粗砂含礫，顆粒較大，滲透性較好，自凈較差.地形坡度較大，水力傳導(dǎo)系數(shù)較大，污染物傳播速度較快，污染物擴(kuò)散能力較強(qiáng).根據(jù)上述性質(zhì)利用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，DRASTIC指標(biāo)在110～130.

（3）防污性能較好區(qū)：主要分布在下遼河平原東南部，面積580.28 km2，占全區(qū)總面積的2.48%.該區(qū)含水層介質(zhì)巖性主要為細(xì)砂，顆粒細(xì)小，滲透性較差，自凈能力較強(qiáng)；地形坡度較小，水力傳導(dǎo)系數(shù)較小，污染物傳播速度慢，擴(kuò)散能力較差.根據(jù)上述性質(zhì)利用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，DRASTIC指標(biāo)在70～110.

5 結(jié)論

本文在下遼河平原地下水污染評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用基于DRASTIC的評(píng)價(jià)方法，選取了地下水埋深、補(bǔ)給量、包氣帶巖性、滲流區(qū)巖性、含水層巖性、地形坡度、滲透系數(shù)等7個(gè)最主要的地下水防污性影響因素，對(duì)下遼河平原地下水防污性進(jìn)行了評(píng)價(jià).結(jié)果表明，在自然條件影響下，下遼河平原地下水防污性能較差區(qū)主要分布在下遼河平原河谷地帶.該研究結(jié)果對(duì)下遼河平原的土地利用和水資源保護(hù)具有一定的參考價(jià)值.

圖8 下遼河平原地下水防污性能評(píng)價(jià)分區(qū)圖Fig.8 Groundwater vulnerability assessment partition map of Lower Liaohe River Plain

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ASSESSMENT OF GROUNDWATER VULNERABILITY IN THE LOWER LIAOHE RIVER PLAIN WITH DRASTIC METHOD BASED ON GIS

ZHAO Xu,CHEN Xi

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

The authors evaluate the groundwater vulnerability in the Lower Liaohe River Plain with GIS-based DRASTIC method,analyze 7 major hydrogeological parameters that affect the vulnerability,and evaluate each factor respectively. Using merger analysis of spatial analysis function in GIS,the classification graphs for each single index are integrated to generate zone files and vulnerability map.The result shows that the areas with poor antifouling property are mainly distributed in the valleys of Lower Liaohe River Plain,with an area of 2993.51 km2,accounting for 12.78%of the total.The assessment result is beneficial to the rational utilization of land and effective protection of groundwater resources.

DRASTIC method;GIS;Lower Liaohe River Plain;groundwater;vulnerability

1671-1947（2015）04-0394-05

X523；X824

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：張哲．

趙旭（1982—），男，工程師，從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面的研究工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)寧山中路42號(hào)羽豐大廈，E-mail//68348934@qq.com