?？诘貐^(qū)地下水脆弱性評(píng)價(jià)

楊明明 徐會(huì)芹

【摘要】本文運(yùn)用GMS對(duì)?？诘貐^(qū)深度在500m內(nèi)的地下水進(jìn)行數(shù)值模擬，確定該區(qū)各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)；并在此基礎(chǔ)上利用改進(jìn)型的DRASTIC模型方法對(duì)海口地區(qū)地下水進(jìn)行脆弱性評(píng)價(jià)。為該區(qū)地下水資源開(kāi)發(fā)和保護(hù)提供一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】脆弱性；GMS；DRASTIC；模糊層次分析法（FAHP）

1.前言

DRASTIC模型方法由美國(guó)水井協(xié)會(huì)（NWWA）和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（USPEA）于1987年合作開(kāi)發(fā)，是宏觀尺度大范圍區(qū)域地下水脆弱性評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?？诘貐^(qū)分布有大量新生代火山巖，分布面積超過(guò)研究區(qū)面積的50%。由于玄武巖裂隙發(fā)育，降雨和地表徑流可通過(guò)火山口和玄武巖裂隙直接補(bǔ)給較深層水，使污染物隨雨水進(jìn)入地下含水層的潛在可能性大。因此，通過(guò)地下水脆弱性評(píng)價(jià)來(lái)圈畫(huà)出地下水的污染敏感帶，精確刻畫(huà)出易于被人為活動(dòng)影響的區(qū)域，對(duì)該區(qū)的水資源開(kāi)發(fā)保護(hù)具有指導(dǎo)意義。

2.氣象水文

?？诘貐^(qū)屬于熱帶季風(fēng)氣候，陽(yáng)光充足，雨量豐沛，多年平均氣溫23.8℃。多年平均降雨量為1676.8mm，5～10月份為雨季，降雨量約占全年的78.1%，11月至翌年4月為旱季，降雨量約占全年的21.9%，多年平均蒸發(fā)量1975.7mm。

3.地質(zhì)地貌

?？谖挥诤Ｄ蠉u東北部，地勢(shì)總體呈南高北低，微向海傾。在火山活動(dòng)和江河海水長(zhǎng)期作用下，?？诘貐^(qū)形成以火山巖臺(tái)地、河流沖積平原和濱海堆積平原為主的地貌。

研究區(qū)廣泛分布侵入巖、火山巖、沉積巖和變質(zhì)巖。侵入巖分布于?？跂|部，約占工作區(qū)總面積的21.5%，巖石類(lèi)型以中酸性的花崗巖類(lèi)為主?；鹕綆r在?？诘貐^(qū)廣泛分布，出露面積約占總面積的約55.1%；其中古近系火山巖大部分隱伏于地下，第四系火山巖則廣泛出露于地表并形成大面積的玄武巖臺(tái)地和眾多的火山錐。沉積巖分布于研究區(qū)南部，約占總面積的18.5%，巖性為砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等。變質(zhì)巖少量分布，巖性以變質(zhì)砂巖、板巖、千枚巖為主。

4.建立適合該區(qū)的地下水脆弱性評(píng)價(jià)體系

①DRCETIC潛水含水層評(píng)價(jià)體系

?？诘貐^(qū)潛水整體埋深淺（大部分地區(qū)小于5m），水量豐富，除考慮包氣帶介質(zhì)外，本次加入富水性來(lái)對(duì)含水層水量進(jìn)一步量化。且以往DRASTIC并未將地下水水質(zhì)納入評(píng)價(jià)體系，但水質(zhì)的好壞卻是地下水體納污能力不可或缺的一個(gè)背景值，對(duì)地下水脆弱性有直接影響。所以本次評(píng)價(jià)體系加入地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)因子。綜上，潛水評(píng)價(jià)因子為：水位埋深（D）、含水層凈補(bǔ)給（R）、含水層富水性（C）、含水層水質(zhì)（E）、地形坡度（T）、包氣帶介質(zhì)（I）、含水層滲透系數(shù)（C）。

②DCCMEM承壓水評(píng)價(jià)體系

承壓水埋深反映了含水層抵御地表和上部潛水影響的能力；而本區(qū)承壓含水層組均屬于瓊北盆地內(nèi)的松散-半固結(jié)承壓層的范圍，含水層介質(zhì)與隔水層介質(zhì)在本次研究范圍內(nèi)并未有明顯的辨識(shí)度，不能明顯反應(yīng)其脆弱性的地區(qū)差異。但?？诘貐^(qū)承壓層水量豐富，水質(zhì)較好，當(dāng)?shù)匾验_(kāi)采多年，且第一承壓含水組是主采層。故從水量、水質(zhì)和人類(lèi)影響的角度出發(fā)，承壓水評(píng)價(jià)體系選取因子為：含水層埋深（D）、含水層滲透系數(shù)（C）、含水層富水性（C）、含水層厚度（M）、地下水水質(zhì)（E）、地下水開(kāi)采強(qiáng)度（M）。

5.數(shù)值模擬確定水文地質(zhì)參數(shù)

通過(guò)整理?？趨^(qū)內(nèi)的237個(gè)鉆孔資料，把區(qū)內(nèi)500m深度范圍內(nèi)的含水層概化為“潛水含水層”、“第一承壓含水巖組”和“第二承壓含水巖組”，建立海口地區(qū)水文地質(zhì)概念模型，形成描述海口地區(qū)地下水流的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用GMS建立地下水流準(zhǔn)三維數(shù)值模型，通過(guò)流場(chǎng)和典型孔水位過(guò)程線(xiàn)的擬合，識(shí)別水文地質(zhì)條件和參數(shù)，提供較精確脆弱性因子（滲透系數(shù)、凈補(bǔ)給量等）數(shù)值，力求評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

6.各評(píng)價(jià)因子的取值范圍及評(píng)分

根據(jù)各評(píng)價(jià)因子在研究區(qū)內(nèi)的取值范圍將各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)和評(píng)分，見(jiàn)表1和表2。

7.確定權(quán)重

本次評(píng)價(jià)因子權(quán)重使用模糊層次分析法（FAHP）來(lái)確定。通過(guò)構(gòu)造模糊判斷矩陣將下層指標(biāo)與上層比較得到判斷矩陣R。并結(jié)合模糊一致比較矩陣R求出各元素相對(duì)于上一目標(biāo)層關(guān)聯(lián)元素的絕對(duì)權(quán)重值，并求解Riwi=λmaxwi，得到特征向量，wi=（wi1，wi2，……..win），將其歸一化處理，得到wi=（wi1，wi2，……..win）權(quán)重向量，其中；第i-1層上的j個(gè)元素權(quán)重向量可表示為，wj1=（w1ji，w2ji，……wnji）T；第i層對(duì)第i-1層分配權(quán)重向量可表示為，wii-1=w1i，w2i，……wni；綜合各層權(quán)重矩陣可得到n層指標(biāo)相對(duì)于總目標(biāo)層的權(quán)重：

8.評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)公式（式中為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合脆弱性得分值；Wj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值；Rij為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分）計(jì)算得出各含水層評(píng)價(jià)單元脆弱性指數(shù)值，運(yùn)用Gis技術(shù)將?？诘貐^(qū)地下水脆弱性評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)藕合成圖，形成直觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)計(jì)算所得指數(shù)范圍，將海口地區(qū)地下水脆弱性分為4個(gè)區(qū)間：脆弱性高區(qū)（脆弱性指數(shù)>180），脆弱性較高區(qū)（脆弱性指數(shù)150～180），脆弱性較低區(qū)（脆弱性指數(shù)120～150）和脆弱性低區(qū)（脆弱性指數(shù)<120）。

①潛水脆弱性分析

脆弱性高區(qū)（約占研究區(qū)總面積的7.2%）和脆弱性較高區(qū)（約占32.7%）主要分布于北部和東部沿海地帶，以及中部火山口附近的火山巖臺(tái)地區(qū)（見(jiàn)圖2）。沿海地帶由于潛水埋深淺，包氣帶介質(zhì)多為砂礫，且滲透系數(shù)大，水質(zhì)差，導(dǎo)致脆弱性高，易被污染。而火山口一帶地表覆蓋層很薄，雖然埋深相對(duì)較深，但是該地區(qū)玄武巖裂隙比較發(fā)育，降雨入滲系數(shù)大，凈補(bǔ)給量大，易被污染。脆弱性較低區(qū)（約占49.6%）和脆弱性低區(qū)（占10.3%）多分布于中部南部遠(yuǎn)離沿海和火山口地區(qū)，該地區(qū)各項(xiàng)指數(shù)相對(duì)較低，包氣帶介質(zhì)多為（砂質(zhì)）粘土，凈補(bǔ)給量較小，且含水層滲透系數(shù)較小，該地區(qū)較難被污染?？傮w而言，潛水含水層總體埋深較淺，含水層滲透系數(shù)和降雨入滲系數(shù)較大，加之該地區(qū)年降雨量達(dá)1676.8mm，需特別注意防止地表污染物隨雨水進(jìn)入地下。

②第一承壓組含水巖組脆弱性分析

脆弱性高區(qū)（約占8.2%）和脆弱性較高區(qū)（約占30.8%）主要分布在?？谑袇^(qū)和塔市—演豐一三江一帶（見(jiàn)圖3）。?？谑袇^(qū)由于開(kāi)采強(qiáng)度大，人類(lèi)活動(dòng)劇烈該且滲透系數(shù)大，富水性高導(dǎo)致脆弱性高，易被污染；而塔市—演豐一三江一帶則由于埋深淺，富水性高，滲透系數(shù)大綜合作用，導(dǎo)致脆弱性高。脆弱性較低區(qū)（約占20.7%）和脆弱性低區(qū)（占40.2%）多分布于長(zhǎng)流、東山、云龍鎮(zhèn)一帶。長(zhǎng)流埋深大，東山富水性低，云龍一帶含水層水質(zhì)好，且開(kāi)采強(qiáng)度小，使該區(qū)較難被污染?？傮w而言，第一承壓含水組是海口地區(qū)居民生活用水的重要來(lái)源。人類(lèi)干預(yù)對(duì)該層地下水形成了直接影響。因此，?？谑袇^(qū)應(yīng)限制對(duì)該層水的開(kāi)采，或開(kāi)辟新水源地。

③第二承壓含水巖組脆弱性分析

脆弱性高區(qū)（約占14.4%）和脆弱性較高區(qū)（約占49.1%）分布于?？谑袇^(qū)-靈山—美蘭一三江以及東山鎮(zhèn)一帶（見(jiàn)圖4）。由于該含水組滲透系數(shù)大，富水性高含水層厚度小，導(dǎo)致總體上脆弱性較高，易被污染。脆弱性較低區(qū)（約占24.2%）和脆弱性低區(qū)（占12.1%）多分布于西部中部地區(qū)，該區(qū)滲透系數(shù)較小，開(kāi)采量小，富水性較低，不易被污染?？傮w而言，第二承壓含水組該層總體埋深大，水質(zhì)較好，水量較豐富，但含水層滲透系數(shù)大，污染物一旦進(jìn)入，會(huì)急劇擴(kuò)散造成嚴(yán)重影響。

9.結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)海南島大力發(fā)展旅游事業(yè)，以得天獨(dú)厚的氣候環(huán)境吸引外大量旅游資源。環(huán)境容量接受一輪又一輪的考驗(yàn)，能否保持良好的環(huán)境是能否可持續(xù)發(fā)展旅游事業(yè)的基礎(chǔ)。對(duì)?？诘貐^(qū)豐沛的降水和特殊的火山巖地質(zhì)環(huán)境條件而言，

地下水環(huán)境污染的可能性需要充分的認(rèn)識(shí)。本次對(duì)區(qū)內(nèi)三個(gè)地下水含水巖組的脆弱性進(jìn)行分區(qū)評(píng)價(jià)，圈畫(huà)出易被影響的區(qū)域，為后續(xù)水資源的開(kāi)發(fā)管理的決策部門(mén)提供理論基礎(chǔ)。

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第一作者簡(jiǎn)介：楊明明，男，碩士研究生學(xué)歷，2012年畢業(yè)于桂林理工大學(xué)水文學(xué)及水資源專(zhuān)業(yè)，2012年至今在海南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站從事水文地質(zhì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作.