基于DRASTIC指標體系評價平泉地區(qū)地下水脆弱性

■楊熙張勃楊學亮榮慧峰

（1河北省地礦局第四水文工程地質大隊 河北滄州061000；2河北省環(huán)境地質勘查院河北石家莊050000；3河北省地礦局第十一地質大隊 河北邢臺054000）

基于DRASTIC指標體系評價平泉地區(qū)地下水脆弱性

■楊熙1張勃1楊學亮2榮慧峰3

（1河北省地礦局第四水文工程地質大隊 河北滄州061000；2河北省環(huán)境地質勘查院河北石家莊050000；3河北省地礦局第十一地質大隊 河北邢臺054000）

本文以河北省承德市平泉地區(qū)為研究區(qū)，對地下水脆弱性評價研究的概念、發(fā)展、趨勢進行了綜述與分析，建立了地下水脆弱性評價DRASTIC指標體系，對地下水脆弱性進行評價，將研究區(qū)按地下水脆弱性程度分成四個區(qū)域，并分析了原因。評價結果客觀，能夠為研究區(qū)地下水開發(fā)利用保護提供科學參考依據(jù)。

平泉地下水脆弱性DRASTIC指標體系評分體系

1　引言

河北省承德市平泉縣地處河北、內蒙古、遼寧三省交界處，為歷史文化底蘊深厚，旅游業(yè)發(fā)達,礦產資源豐富的山區(qū)縣。該地區(qū)地貌復雜，年降水量少，地下水資源非常寶貴。近年，由于工農業(yè)生產快速發(fā)展，旅游業(yè)欣欣向榮，用水量較大，加上對地下水粗放式開采，生產和生活污水排放量進一步增加，致使水環(huán)境有惡化的趨勢。但是對于維系該區(qū)現(xiàn)代生態(tài)環(huán)境的水資源研究比較少見，具有針對性的地下水脆弱性分析評價工作較少展開。本文旨在利用DRASTIC指標體系對研究區(qū)進行地下水脆弱性評價研究，確定脆弱性分區(qū)，為地下水資源保護提供科學依據(jù)。

2　研究區(qū)水文地質概況

研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風型氣候，總的氣候特點為降水量少、干燥度大、干旱嚴重、夏季降雨集中，且經常伴有冰雹和大風。區(qū)域全境皆山，屬于侵蝕構造山地區(qū)，地形復雜，內有瀑河水系，主要支流為老牛河、老哈河等，河谷階地呈條帶狀分布在各條河流及其支流兩側。大氣降水垂直入滲補給是本區(qū)最基本的地下水補給來源，降水量、降水強度及降水補給特征對地下水形成起著主要控制作用，總的徑流方向是由北向南順勢徑流，但由于地形條件的差異，山區(qū)地下水的流向又具有局部多向性。地下水主要賦存于松散巖類孔隙、碳酸鹽巖類裂隙溶洞、基巖類的構造節(jié)理裂隙、風化帶網狀裂隙以及碎屑巖裂隙孔隙之中，分布受地層巖性、地質構造和地貌等賦存條件的綜合影響，具有較大的不均勻性。含水巖組的基本類型主要劃分為松散巖類孔隙水含水巖組、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水含水巖組、碎屑巖類裂隙孔隙水含水巖組、基巖裂隙含水巖組四個大類。

3　研究區(qū)地下水脆弱性評價方法

3.1評價分級及標準

在國內外地下水脆弱性研究領域，評價方法主要有迭置指數(shù)法、過程數(shù)學模擬法、統(tǒng)計方法及模糊數(shù)學方法等。本文采用迭置指數(shù)法中的DRASTIC評價方法對研究區(qū)地下水脆弱性做出評價，選取7個最主要的要素作為評價指標，地下水埋深(D)、含水層凈補給量(R)、含水層介質類型(A)、土壤介質類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶介質類型(I)及含水層水力傳導系數(shù)(C)。將每一個評價因子劃分為10個等級，用評分值進行量化，范圍在1～10之間，影響最小的被賦予1，影響最大的被賦予10。

3.2評價權重及評價指數(shù)

DRASTIC評價方法給每個指標都賦予了一個相對權重值，范圍為1～5，用來反映各個指標與地下水脆弱性的關系，對地下水最具影響的指標權重為5，影響程度最小的權重為1。地下水受到污染的潛在可能性越大，評分值越大，地下水脆弱性程度越強。需要特別指出的是，DRASTIC指數(shù)并不表示地下水污染的絕對數(shù)值，它僅表示不同區(qū)域地下水的相對脆弱性。由正常情況下和農田噴灑農藥兩種情況下獲得的DRASTIC指數(shù)是不等同的。本次研究只考慮正常狀態(tài)的指標評分方法，同時結合研究區(qū)具體環(huán)境背景情況，改進DRASTIC體系，按地下水脆弱性程度的不同，將其劃分為4個級別，即地下水脆弱性程度較弱、較不易被污染的區(qū)域，脆弱性程度中等、易被污染的區(qū)域，脆弱性程度較強、較易被污染的區(qū)域，脆弱性程度強、極易被污染的區(qū)域等四個區(qū)域。

3.3評價因子特殊性說明

研究區(qū)水文地質條件較復雜，在評價過程中根據(jù)實際情況對DRASTIC評價方法進行了調整。地下水埋深在一定程度上影響著污染物進入地下水中的可能性，不同污染物在遷移過程之間會產生絡合、氧化還原、沉淀溶解、吸附—解吸等一系列化學反應，這些反應對污染物的遷移轉化有重大影響，本次評價主要考慮了地下水埋深對地下水污染的影響程度，并未過多考慮化學反應對其所起的作用。正常情況下，凈補給量越大，地下水被污染的潛在可能性越大，呈現(xiàn)正比關系。但如果凈補給量足夠大，能夠稀釋污染物時，地下水污染的潛勢將轉為減小。由于凈補給的精度較低，本評價方法只把年平均入滲量作為凈補給量，對凈補給量的評分沒有反映污染物稀釋這一因素，未考慮補給的分布、強度、持續(xù)時間以及灌溉和廢水排放等的補給量，使凈補給的評分范圍比較寬。含水層中的地下水滲流受含水層巖性的影響，污染物的運移路線以及運移路徑的長度由含水層巖性所控制。運移路徑的長度決定著稀釋過程，如吸附、反應和彌散。污染物運移的路線是由裂隙和相互連接的溶洞所控制的。在多層含水系統(tǒng)中，只選擇了典型含水層進行評價。確定了含水層后，只把該含水層中主要的、關鍵的含水介質作為含水層介質。土壤介質是指非飽和帶最上部具有顯著生物活動的部分，土壤層通常為距地表平均厚度≤2m的地表風化層。對于當某一區(qū)域的土壤介質由兩種類型的土壤組成時，選擇最不利的介質類型確定級別。當有三種介質存在時，選擇中間的介質確定級別。同時，考慮了土壤的自凈能力也是影響地下水脆弱性的一個方面。地形坡度對于污染物被沖走或滯留具有顯著作用，尤其是河谷地貌區(qū)，地形起伏高差大，坡度變化較大。當?shù)匦纹露刃∮?%時，給污染物滲入地下提供了最大的機會，因為在這一范圍內，污染物及降雨量都不會流失，具有較強的地下水脆弱性；然而，地形坡度大于18%時，一旦存在地表水，則較易形成地表徑流，大大降低了污染物滲入的可能性，地下水脆弱性降低。包氣帶介質類型的選擇類似于含水層介質類型的選擇，介質類型決定著土壤層和含水層之間巖土介質對污染物的削減特性，是地下水免受直接污染的重要屏障。本次評價選取影響能力最大的作為包氣帶介質，在有多層介質存在的情況下，選擇厚度最大的一組，對于固結巖石介質，考慮了其裂隙、巖溶發(fā)育程度。含水層水力傳導系數(shù)主要取決于土體顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等，水力傳導系數(shù)越高，防污性能越差，富水程度越高，水力傳導系數(shù)越大，污染物在含水層內的遷移速度越快，地下水中的污染物就會越容易擴散，造成污染范圍擴大，對地下水資源的利用是一種負面的影響。本次評價綜合考慮了實際現(xiàn)場試驗方法和經驗估算值來確定其取值。

4　研究區(qū)地下水脆弱性評價結果

把研究區(qū)地下水脆弱性各評價指標的評分值做橫縱向比較，并根據(jù)研究區(qū)地下水脆弱性程度級別的劃分，得出評價結果。如下：

（1）地下水脆弱性程度較弱、較不易被污染的區(qū)域主要是指以碳酸鹽巖類為主的低山區(qū)。主要分布于雙洞子—槽碾溝兩側地帶、山口—岔溝門及北干溝—岔溝門一帶。含水巖組多為碳酸鹽巖類裂隙溶洞水含水巖組，含水層介質主要由薊縣系、寒武系、奧陶系灰?guī)r、白云質灰?guī)r、灰質白云巖及白云巖等組成。該區(qū)域接受大氣降水補給，在一定程度上受到巖溶、節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙寬且延伸長，切割深，垂直節(jié)理發(fā)育等特征的影響，降水入滲補給系數(shù)大，凈補給量大。大氣降水經裂隙溶洞匯聚，以泉的形式出露于溝谷地帶，地下水為潛水、承壓水，其排泄方式以向下游徑流與泉水出露為主。地下水埋深大，較不易被地表污染物污染，且在地下滲流途徑較長，含水層介質對污染物的削弱作用較大，污染物向下遷移能力弱，地下水抗污染能力強，水質較好。土壤層厚度小，包含部分碳酸鹽巖表層風化殼風化所形成的石灰土。包氣帶對污染物存在阻擋能力和過濾作用，含水層水力傳導系數(shù)小。區(qū)域一般地面縱、橫坡度變化大，地形坡度大于10%，有利于形成地表徑流，加劇污染物流失。相對來說，該地區(qū)具有較弱的地下水脆弱性，對于外界污染具有較強的抵御能力，較不易被污染。

（2）地下水脆弱性中等、易被污染的區(qū)域包括部分丘陵區(qū)及低山區(qū)，分布于蒙和烏蘇蒙古族鄉(xiāng)—黃土梁子鎮(zhèn)—沙坨子鄉(xiāng)以西，七家鄉(xiāng)、七家岱滿族鄉(xiāng)、王土房鄉(xiāng)一帶及曹家店—鄭杖子一線。含水巖組主要為基巖裂隙含水巖組，含水層介質主要由變質巖及巖漿巖構成，主要包括太古代單塔子群、遷西群片麻巖、變粒巖、淺粒巖類及侏羅系花崗巖類等。地下水賦存在節(jié)理、構造裂隙、風化裂隙和張裂隙發(fā)育的斷裂破碎帶，以潛水為主，斷裂破碎帶局部有脈狀承壓水。基巖裂隙水受大氣降水補給，地下徑流短，儲水空間小，富水性不均，在地勢低洼部位以泉的形式排泄，或者以潛流的形式側向補給河（溝）谷孔隙水。

地下水脆弱性中等、較易被污染的區(qū)域還包括小部分河谷地貌區(qū)—谷坡亞區(qū)—湖河相沉積物組成的谷坡帶，主要為河湖相沉積含水巖組。含水層介質主要是粉砂和砂質粉砂巖，土壤介質多為粒徑很小的粘土，同時受包氣帶介質類型的影響，對污染物起到了過濾作用，并使其遷移速度緩慢。該區(qū)域多為谷坡形態(tài)，地形坡度較緩，降水入滲補給系數(shù)及含水層水力傳導系數(shù)小。

綜合以上原因分析，該區(qū)域雖然具有一定的地下水自我防務能力,但依然容易被污染。

（3）地下水脆弱性較強、較易被污染的區(qū)域主要指以碎屑巖類為主的低山區(qū)，主要分布于平泉—桑園壓性斷裂附近，北五十家子—楊樹嶺鎮(zhèn)一線。含水層介質主要由三疊系、侏羅系、長城系砂質泥巖、砂巖、礫巖等碎屑巖類組成。山坡松散物薄，表層風化，形成小范圍薄層弱含水層，基巖裂隙不發(fā)育，能夠接受大氣降水補給，但不利于大氣降水向更深處入滲，凈補給量相對較小。地下水為潛水、微承壓水性質，埋深不深且水量較小，含水層水力傳導系數(shù)不大，其排泄以向第四系孔隙水補給為主，一般無泉水出露。土壤介質包括砂土、砂礫石、粉砂等，顆粒較小，同時受包氣帶介質類型及厚度的影響，在一定程度上過濾了污染物。地形坡度的范圍為5%～10%，在降雨量大的時候，可以形成地表徑流，減弱污染物對地下水的的污染能力。該區(qū)域地下水脆弱性較強、較易被污染。

（4）地下水脆弱性強、極易被污染的區(qū)域為瀑河河谷、河床、河谷兩岸階地、谷坡等地區(qū)。含水巖組主要為松散巖類孔隙水含水巖組。含水層介質為河流沖積砂礫石、洪坡積碎石土、沖洪積碎石黃土、砂卵礫石等，磨圓度高分選性好，多接受大氣降水及山區(qū)側向補給，孔隙空間較大，降水入滲系數(shù)大，凈補給量強度大。土壤介質顆粒大，如砂卵礫石層，砂礫石層等，對污染物過濾作用較小，包氣帶自凈能力弱，水力傳導系數(shù)大，地下水為淺層潛水，埋深小，水量較小、不穩(wěn)定，可供一些小的自然村人畜飲用，水質大多符合飲用水標準。地形坡度小，地勢低平，利于污染物滲入地下，對地下水造成污染。該區(qū)域人口聚集,除河床以外大部分溝底被改造成農田，農業(yè)污染和生活污染對地下水有較大影響,生產生活中對環(huán)境的破壞、垃圾廢水的不合理排放也導致了生態(tài)環(huán)境的惡化和水文地質本質條件的進一步脆弱，使防護能力差，人為影響進一步加劇了區(qū)域地下水脆弱性,地下水易受到污染，脆弱性高。

5　結論

本次研究根據(jù)平泉地區(qū)的實際情況，建立了地下水脆弱性評價DRASTIC指標體系，評價因子較好的反映出影響研究區(qū)地下水質量的主要因素，評價結果反映了研究區(qū)地下水基本特點，規(guī)律性較強，效果良好。

[1]鄭喜珍，趙忠義等，區(qū)域水文地質普查報告 (冀北地區(qū)).1995.12.

[2]曾令海、張成兵、杜興明、邢忠信等，冀北地區(qū)（重點缺水區(qū)）后備地下水水源地勘查報告.2011.12

[3]曹劍峰、遲寶明等，《專門水文地質學》，北京：地質出版社，2006.05.

[4]楊熙，河北陽原泥河灣盆地東部地下水脆弱性研究，2011.05.

TU991.11+2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-108-2

楊熙（1984~），女，2008年畢業(yè)于石家莊經濟學院地質工程專業(yè)，碩士，工程師，研究方向為水文地質工程地質。