基于DRASTIC模型的地下水脆弱性評價方法及應用

謝朝福

摘要：文章對地下水脆弱性的概念、脆弱性評價方法進行了介紹。針對荊泉斷塊巖溶地下水的水文地質特征，選用DRASTIC方法對該地區(qū)的地下水進行了脆弱性評價，并對評價結果進行了分析。最后，文章指出地下水脆弱性評價是地下水資源管理與保護的重要依據(jù)。

關鍵詞：地下水脆弱性；DRASTIC方法；權重

前言

“地下水脆弱性”是指由于自然條件變化或人類活動影響，地下水遭受破壞的趨向和可能性，它反映了地下水對自然和（或）人類活動影響的應付能力。地下水脆弱性一般分為固有脆弱性和特殊脆弱性。目前地下水脆弱性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、模糊數(shù)學方法等幾種。過程數(shù)學模擬法和統(tǒng)計方法側重于特殊脆弱性評價，模糊數(shù)學方法側重于固有脆弱性評價，迭置指數(shù)法對于固有脆弱性和特殊脆弱性評價均適用。迭置指數(shù)法又分為水文地質背景參數(shù)法和參數(shù)系統(tǒng)法。參數(shù)系統(tǒng)法由美國環(huán)境保護局于1987年提出，是目前國內(nèi)外地下水脆弱性評價中應用最廣泛的方法，參數(shù)系統(tǒng)法中的DRASTIC方法采用的是一種經(jīng)典的加權評分法，這種經(jīng)典的加權評分法簡單易行，被廣泛采用于地下水脆弱性評價工作中，并取得了良好的效果。

本次研究根據(jù)荊泉斷塊巖溶地下水的水文地質特征和區(qū)域特色，選用DRASTIC方法，對荊泉斷塊巖溶地下水固有脆弱性進行評價。

1.研究區(qū)概況

本區(qū)屬于溫帶季風型大陸性氣候，一般盛行風向東風和東南風，氣候適宜、四季分明、雨量充沛、氣溫較高、光照充足、無霜期長，年均氣溫13.5℃，年平均降水量875mm，70%降雨多集中在6月～9月，約為612mm，其它月份年降水量約263mm。

荊泉斷塊巖溶水系統(tǒng)位于嶧山斷裂以東，桑村穹窿以北，包括滕州市東北部、山亭區(qū)西北部和鄒城市東南部的11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積約224.72km²。荊泉斷塊為三面高、中間低的簸箕狀地形，開口于西南部，荊河由東北——西南斜穿本區(qū)，構成了簸箕谷底。本區(qū)按地貌形態(tài)分為低山丘陵區(qū)和山前傾斜平原區(qū)；三面高地為低山丘陵基巖裸露、半裸露區(qū)，海拔在100m～400m；中部為山前傾斜平原第四系覆蓋區(qū)，海拔在70.20m～100m；西南的洪村為本區(qū)的最低點，海拔70.20m。丘陵至簸箕谷底的地形坡降為2.0‰～3.75‰。本區(qū)巖溶地下水主要含水介質為奧陶系和寒武系碳酸鹽巖；第四系覆蓋區(qū)淺表地層巖性多為粉土、粉質粘土，地勢平坦，地面坡降小，不易形成地表徑流。

研究區(qū)裂隙巖溶主要發(fā)育在奧陶系馬家溝組灰?guī)r、白云巖中，其連通性好，導水性強，水量豐富，是區(qū)內(nèi)巖溶水的主要賦水巖體。巖溶水極強富水區(qū)位于嶧山斷裂東側的俞寨——羅莊一帶，巖溶發(fā)育極為強烈，含水層厚50m～70m，井孔單位涌水量大于3000m³/（d·m），最大達6988.98m³/（d·m）。其中，小寨、王莊一帶為強富水區(qū)，巖溶發(fā)育、導水性好、富水性強，含水層厚約25～70m，鉆孔單位涌水量1000～3000m³/（d·m），其它地段富水性不均一，受構造影響明顯，鉆孔單位涌水量小于1000m³/（d·m），北部基巖山區(qū)鉆孔單位涌水量小于100m³/（d·m）。巖溶水的水化學類型以HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca-Mg型為主，少部分地區(qū)見HCO₃·SO₄-Ca型，溶解性總固體（TDS）一般400mg/L～800mg/L，PH值7.1～8.0。局部地段的深層巖溶水水質較差，溶解性總固體（TDS）高達1200mg/l。巖溶水水位動態(tài)變化與大氣降水、人工補給和開采以及地形地貌條件有關。

2.DRASTIC評價方法

2.1評價因子的選擇

地下水環(huán)境脆弱性評價DRASTIC方法的評價指標包括地下水水位埋深（D）、地下水凈補給量（R）、含水層介質（A）、土壤介質（S）、地形地貌（T）、包氣帶介質（I）和水力傳導系數(shù)（C）等。本次研究由于受評價區(qū)研究程度的限制，在此取前六項指標進行評價。

2.2 DRASTIC模型簡介DRASTIC方法的評價模型為：

式中：DRASTIC-評價指標值；

T_i-第i個評價因子的取值；

w_i-第i個評價因子的權重。

w_i直接采用DRASTIC提供的權重值（見表1），T_i采用DRASTIC提供的評價因子的等級分量值（見表2）。

2.3指標計算

地下水系統(tǒng)脆弱性指標由公式（1）進行計算：

DRASTIC=5D+4R+3A+2S+1T+5I

具有較高脆弱性指標的區(qū)域，該區(qū)域的地下水就易于被污染，相反則不易被污染。脆弱性指標最小為23，最大指標為196，為計算方便，最大值196折算為100，最小值約為12。

2.4脆弱性區(qū)域劃分

地下水脆弱性分區(qū)按照綜合指數(shù)大小由大到小，可劃分五個級別：

第一級：100～80，地下水脆弱性高；

第二級：80～60，地下水脆弱性較高；

第三級：60～40，地下水脆弱性中等；

第四級：40～20，地下水脆弱性較低；

第五級：<20，地下水脆弱性低。

3.地下水脆弱性分區(qū)

3.1應用GIS軟件進行脆弱性評價

根據(jù)研究區(qū)具體情況及獲得的數(shù)據(jù)資料，分別建立各個因子在各個評價單元上的評分，得到研究區(qū)各個因子的評分圖，再應用GIS軟件的地理分析系統(tǒng)按各因子對應的評分圖按各個因子的相對權重值進行圖層間的疊加分析，得到各單元的地下水脆弱性分區(qū)圖（見圖1）。

3.2評價結果分析

應用GIS軟件對6個參數(shù)對應的評分圖按各個因子的相對權重值進行圖層間的疊加分析得到脆弱性分區(qū)圖（見圖1）。根據(jù)前述脆弱性綜合指數(shù)劃分的五個級別可知，研究區(qū)內(nèi)由東北、東南部向西部地下水脆弱性有逐漸減弱的趨勢，即研究區(qū)東北、東南部低山丘陵區(qū)巖溶地下水脆弱性較高，地下水較易受污染；反之，研究區(qū)中部和西部巖溶地下水脆弱性較東部脆弱性低一些，較不易受污染。

4.結語

（1）本次地下水脆弱性評價只考慮了地下水防污性能相關的水文地質特征，并未考慮污染物質的化學特性。當一個建設項目規(guī)劃實施前，必須先評價其對項目所在地段地下水環(huán)境的影響程度；對地下水可能造成污染的工程項目盡量避免規(guī)劃建設在高脆弱性分區(qū)范圍內(nèi)，如若項目必須實施，則需在建設項目所在地及其周邊地面采取相應的防滲工程措施，以盡量減少地下水污染事故發(fā)生的可能性。

（2）地下水脆弱性評價是一個典型的定性與定量相結合的問題，DRASTIC方法采用加權評分法掩蓋了各評價因素指標值的連續(xù)變化對地下水環(huán)境脆弱性的影響，因此，地下水脆弱性是一個動態(tài)過程，需要不斷監(jiān)測、搜集相關資料，實時更新數(shù)據(jù)，不斷修正地下水脆弱性分區(qū)，使之更好地為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與規(guī)劃建設服務。

（3）在利用DRASTIC方法進行地下水脆弱性填圖時，可以結合其它方法進行地下水脆弱性分區(qū)評價，以便利用評價結果進行互相比較驗證。