山西省平原區(qū)孔隙地下水脆弱性評價

梁寅嬌

（山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001）

1 概況

山西省位于我國北方陰山山脈與秦嶺之間，華北平原西側(cè)，黃土高原東緣。自北向南依次有大同、忻定、太原、臨汾、長治、運城6個地塹型斷陷盆地。海拔由北向南呈階梯下降，盆地內(nèi)地勢平坦，水土資源豐富，是全省工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟主要聚集地。全省年降雨量400~600 mm，且呈現(xiàn)由東南向西北遞減趨勢。地下水資源豐富，巖溶區(qū)面積11萬m2，占全省總面積的75.2%。

2 地下水脆弱性評價方法

地下水脆弱性是指自然條件變化或人類活動影響，地下水遭受破壞的趨勢和可能性，它反映了地下水對自然和（或）人類活動影響的響應(yīng)能力，包括本質(zhì)脆弱性和特殊脆弱性。對于地下水脆弱性的研究較多，地下水脆弱性評價的主要方法有迭置指數(shù)法、過程數(shù)學(xué)模擬法、統(tǒng)計方法、模糊數(shù)學(xué)方法。目前國內(nèi)外在實際地下水脆弱性評價過程中主要使用較為成熟的迭置指數(shù)法。

1985年美國環(huán)境保護局（USEPA）和美國水井協(xié)會（NWWA）提出了DRASTIC評價方法。該方法采用7個影響和控制地下水運動的因素，包括地下水位埋深、凈補給、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)、地面坡度、包氣帶介質(zhì)、水力傳導(dǎo)系數(shù)，來定量分析各單元的脆弱性高低，并賦予每個參數(shù)一個權(quán)重，以加權(quán)結(jié)果對地下水脆弱性做出評價。

3 評價區(qū)水文地質(zhì)特征

3.1 評價范圍

以山西省六大盆地作為基本平原區(qū)，平原區(qū)淺層地下水以孔隙地下水為主，本次評價以孔隙水作為基本評價對象。

3.2 水文地質(zhì)特征

山西平原區(qū)六大盆地為新生代斷陷盆地，自邊山向盆地中部依次為黃土丘陵、洪積傾斜平原及沖積平原。構(gòu)成新生代斷陷盆地的含水巖組主要由全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)及第三系上新統(tǒng)等含水巖層組成。盆地邊緣主要河流入口處的沖洪積扇含水層粒度較粗，盆地中部及洪積扇間含水層粒度較細；邊山洪積扇有的是連續(xù)堆積的砂卵礫石層，盆地中部有的是連續(xù)的黏性土層。

含水巖組的富水程度受巖性、地貌和補給條件控制。邊山黃土丘陵富水程度最弱，含水巖層多為砂卵石透鏡體及中更新統(tǒng)鈣質(zhì)結(jié)核層。洪積扇群（包括埋藏古洪積扇）富水程度多為強或中等，含水巖層為下、中、上更新統(tǒng)砂礫石層。黃土臺地富水程度較弱，含水巖層一般為中、下更新統(tǒng)及上新統(tǒng)砂礫石層；沖洪積扇傾斜平原富水程度多為強或中等，含水巖層多為中上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)砂礫石層。沖積平原巖相較穩(wěn)定，富水程度多為中等，含水巖層以下、中、上更新統(tǒng)為主。運城盆地因上部水質(zhì)較差，主要含水巖層為下更新統(tǒng)；長治盆地主要含水巖層為中上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，且多為砂礫石層。

3.3 地下水影響因素

由于研究區(qū)屬平原區(qū)，地形坡度一般在2°以下，因此地貌特征對本區(qū)域的影響較小。影響評價區(qū)地下水的因素除側(cè)向補給外主要是垂向補給。從垂向地質(zhì)特征看，平原區(qū)上層為黃土覆蓋層，因此土壤質(zhì)地、包氣帶巖性成為本區(qū)域最大影響要素。從地下水垂向補給來看，影響因素主要包括降雨量及其入滲量、降雨強度、河網(wǎng)密度等。

4 脆弱性評價

4.1 評價方法

平原區(qū)孔隙地下水本質(zhì)脆弱性評價主要采用DRASTIC方法。在使用本方法過程中，根據(jù)研究區(qū)特征以及相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量對評價指標(biāo)和權(quán)重進行調(diào)整。首先根據(jù)每個評價指標(biāo)的變化范圍或其內(nèi)在屬性劃分為若干范圍，構(gòu)建評分評價體系；其次根據(jù)每個評價指標(biāo)對地下水脆弱性影響的相對重要程度給予一個合理的權(quán)重，構(gòu)成權(quán)重評判體系；最后各指標(biāo)評分的加權(quán)和為地下水脆弱性綜合指數(shù)。綜合指數(shù)越大，相應(yīng)區(qū)域的地下水脆弱性越高，即遭受污染的風(fēng)險越大。

4.2 評價指標(biāo)選擇及賦值

根據(jù)平原區(qū)水文地質(zhì)基本條件和對含水層主要影響要素，本次山西省平原區(qū)孔隙地下水評價主要采用指標(biāo)包括土壤特性、包氣帶巖性、河網(wǎng)密度、降雨入滲補給量、地下水埋深、含水層厚度和滲透系數(shù)。

以上地下水指標(biāo)可分為兩類：一類為含水層以上、對含水層補給具有影響的各要素，為補給性指標(biāo)，包括補給量、河網(wǎng)密度、土壤介質(zhì)、包氣帶巖性；另一類為反映含水層特性，包括地下水埋深、含水層厚度和含水層滲透系數(shù)。在第一類指標(biāo)中，補給量和河網(wǎng)密度為負向指標(biāo)，即數(shù)值越大，脆弱性指標(biāo)越高，越易遭受污染；土壤質(zhì)地和包氣帶巖性為正向指標(biāo)，數(shù)值越大，脆弱性指標(biāo)越小，越不易遭受污染。第二類指標(biāo)全部為負向指標(biāo)。包氣帶巖性利用山西省平原區(qū)小于10 m包氣帶巖性圖；降雨入滲補給量根據(jù)2012年平原區(qū)降雨入滲補給量，通過降雨強度、包氣帶巖性及其降雨入滲系數(shù)計算得到；土壤特性利用山西省機井普查7000多眼井地層資料中深度小于2 m的土壤分類數(shù)據(jù)；地下水埋深利用山西省2012年年末數(shù)據(jù)；河網(wǎng)密度利用山西六級河流作為河長，以縣為單位統(tǒng)計河網(wǎng)密度；含水層厚度和滲透系數(shù)采用山西省平原區(qū)水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖成果。

4.3 權(quán)重確定

本次脆弱性評價權(quán)重確定采用層次分析法，各指標(biāo)權(quán)重之和為20，根據(jù)指標(biāo)重要程度進行比較賦值，最終確定權(quán)重。各指標(biāo)權(quán)重見表1所示。

4.4 評價結(jié)果及校核

4.4.1 評價標(biāo)準

根據(jù)各指標(biāo)的評分和權(quán)重值，可知地下水脆弱性綜合指數(shù)取值范圍為44~200。地下水脆弱性級別與綜合指數(shù)對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表1 脆弱性評價指標(biāo)權(quán)重

表2 孔隙水脆弱性評價標(biāo)準

4.4.2 評價結(jié)果

根據(jù)全省地下水脆弱性評價指數(shù)可知，山西省平原區(qū)地下水脆弱性總體較低，脆弱性指數(shù)在100以下面積占到80%以上，其中大同盆地西南部和太原盆地南部較高，存在地下水污染風(fēng)險。

4.4.3 結(jié)果校核

地下水中硝酸鹽濃度背景值一般低于2 mg/L，參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準》，本次評價硝酸鹽（單位為mg/L）等值線區(qū)間為≤2，（2，5]，（5，20]，（20，30]，>30。一般情況下，地下水脆弱性高的地區(qū)，硝酸鹽濃度值相對較高[11，12]。通過選取2012年9月對平原區(qū)280眼地下水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制硝酸鹽濃度分區(qū)圖進行脆弱性分區(qū)成果合理性校核。根據(jù)兩個脆弱性分區(qū)結(jié)果和硝酸鹽濃度分區(qū)結(jié)果吻合度進行評價，吻合度在80%以上，說明本次脆弱性評價結(jié)果較合理。