基于DRASTIC的山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能評價

李愛軍

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟(jì)寧　272100)

基于DRASTIC的山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能評價

李愛軍

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟(jì)寧272100)

地下水防污性能評價是研究和預(yù)防地下水污染的一種有效途徑。在分析山東省丘陵山區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，選用DRASTIC評價方法，評價了其地下水防污性能，獲得了山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能分區(qū)圖，其成果可為水行政主管部門對含水層保護(hù)和水資源配置提供科學(xué)參考。

丘陵山區(qū)；DRASTIC；防污性能；地下水

引文格式：李愛軍.基于DRASTIC的山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能評價[J].山東國土資源，2015，31(5)：62-66.LI Aijun. Groundwater Vulnerability Assessment in the Hilly and Mountain Area of Shandong Province Based on DRASTIC[J].Shandong Land and Resources,2015，31(5)：62-66.

近年來，隨著山東省丘陵山區(qū)人口日益增長和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)“三廢”、生活污水、農(nóng)藥化肥等污染源不斷增多，極易引起地下水水質(zhì)惡化，進(jìn)而威脅以地下水作為飲用水源的人體健康。而地下水防污性能評價是研究和預(yù)防地下水污染的一種有效途徑。該文選用目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的DRASTIC評價方法，對山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能進(jìn)行評價，可為該區(qū)域預(yù)防地下水污染、保護(hù)地下水環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1　DRASTIC評價方法簡介

DRASTIC評價方法是由美國環(huán)境保護(hù)局和美國水井協(xié)會于1985年提出。該方法選取對地下水防污性能影響大且資料容易獲取的7個因子：地下水埋深D、凈補(bǔ)給量R、含水層介質(zhì)A、土壤介質(zhì)S、地形坡度T、包氣帶影響I、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)C作為評價因子。按各因子對防污性能影響的大小分別給予權(quán)重值，影響最大的權(quán)重值為5，影響最小的為1，權(quán)重值一般是不變的常數(shù)。7個因子分為兩類：D，R，T，C因子屬數(shù)值分類；因子A，S，I屬介質(zhì)分類。每個因子被細(xì)分為不同的數(shù)值范圍(數(shù)值分類因子，如D)或介質(zhì)類型(介質(zhì)分類因子，如A)，用1～10的指標(biāo)值量化各因子數(shù)值范圍和介質(zhì)類型對地下水污染的可能影響，防污性能最好的數(shù)值范圍或介質(zhì)類型評分為1，最差的評分為10。最后用公式(1)計算DRASTIC指數(shù)(該文稱其為地下水防污性能指數(shù))。地下水防污性能指數(shù)越大，相應(yīng)區(qū)域的地下水相對防污性能越差，該區(qū)域的地下水相對來說越容易遭受污染；反之，地下水相對防污性能越好，越不易遭受污染。

DI=DWDR+RWRR+AWAR+SWSR+TWTR+IWIR+CWCR

(1)

式中：DI為地下水防污性能指數(shù)，下標(biāo)W表示該因子的權(quán)重，下標(biāo)R表示該因子的評分值。

DRASTIC評價方法自被提出以來，憑借其原理簡單、容易實(shí)現(xiàn)、結(jié)果合理等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前國內(nèi)外地下水防污性能評價中應(yīng)用最為廣泛的一種方法[1-3]。該方法先后被美國、加拿大、南非、歐盟、中國等國家采用[4-7]。

2　山東省丘陵山區(qū)概況

2.1自然地理

山東省丘陵山區(qū)為除魯西北、魯西南平原區(qū)以外的山東省所有地區(qū)，包括魯中南中低山丘陵區(qū)、魯東低山丘陵區(qū)及膠萊盆地，具體包括棗莊、臨沂、日照、泰安、萊蕪、青島、煙臺、威海全部行政區(qū)和濟(jì)南、淄博、濰坊、濟(jì)寧部分行政區(qū)域，總面積約8.8萬km2。屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫14℃，氣溫變化趨勢自東北沿海向西南內(nèi)陸地區(qū)逐漸升高。多年平均降水量為550～950mm，時空分配很不均衡；時間上，年內(nèi)分配具有明顯的季節(jié)性，全年降雨量的70%～75%集中在汛期，年際間則存在著明顯的豐、枯交替現(xiàn)象；空間上，降水量由東南部山區(qū)向西北平原逐漸減少，魯中南山區(qū)為600～900mm，半島地區(qū)為500～800mm。區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)達(dá)，河湖交錯，水網(wǎng)密布。地貌單元分為魯中南構(gòu)造侵蝕為主中低山丘陵區(qū)和魯東半島剝蝕構(gòu)造為主低山丘陵區(qū)。

2.2水文地質(zhì)條件

根據(jù)含水介質(zhì)巖性組合及地下水的賦存特征，區(qū)內(nèi)可劃分為5種含水巖組類型。

(1)松散巖類孔隙含水巖組：廣泛分布于山前沖洪積平原、魯中南山區(qū)的山間盆地以及魯東丘陵區(qū)的濱海河谷地區(qū)。

山前沖洪積平原：主要在沂沭斷裂帶附近，松散巖層厚度由山前往外圍地區(qū)逐漸增大，大部分地區(qū)厚度50～200m；含水砂層發(fā)育厚度一般5～30m，巖性以中粗砂或含礫中粗砂為主，顆粒粗、透水性好，富水性強(qiáng)，單井涌水量一般為1000～5000m3/d；地下水位埋深由山前往平原地區(qū)逐步變淺，一般地區(qū)埋深4～10m。

魯中南山間盆地及魯東濱海河谷地區(qū)：松散巖層主要分布在河谷的兩側(cè)，巖性多為洪積和殘、坡積的粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土夾卵礫石或碎石，近河谷地帶分布有粗砂層及粗砂夾礫石層，累計厚度一般小于20m，垂向分布多呈現(xiàn)上部粘性土、下部砂性土的雙層結(jié)構(gòu)特征；含水層厚度自上游到下游逐漸增大，自河道向兩側(cè)逐步變薄，一般厚度3～10m，單井涌水量一般1000m3/d左右，部分面積較大的河谷平原地區(qū)地下水補(bǔ)給條件優(yōu)越，富水性強(qiáng)，單井涌水量1000～3000m3/d。

(2)碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組：主要分布于魯中南山區(qū)的斷陷盆地、單斜前緣和魯東丘陵的膠萊盆地等地區(qū)；除在魯中南山區(qū)和魯東丘陵區(qū)有部分出露，其他地區(qū)均隱伏于松散巖層之下；組成巖性為砂巖、頁巖及礫巖或砂巖、頁巖夾煤層、灰?guī)r等；含水層裂隙、孔隙發(fā)育差、富水性弱，單井涌水量一般小于100m3/d，水位埋深多在10m以淺。

(3)碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水巖組：廣泛分布于魯中南山區(qū)及其外圍近山前地帶，組成巖性主要為灰?guī)r、白云巖及泥灰?guī)r等，地下水賦存于灰?guī)r、白云巖的溶蝕裂隙和溶洞中；石灰?guī)r山區(qū)，含水層一般發(fā)育較差，富水性較弱，單井涌水量多小于500m3/d，在有利的地貌、構(gòu)造部位單井涌水量500～1000m3/d，局部地段可達(dá)1000～3000m3/d；山前隱伏地區(qū)，灰?guī)r裂隙巖溶發(fā)育程度較高，含水層富水性強(qiáng)，單井涌水量一般1000～5000m3/d，部分強(qiáng)富水地段單井涌水量大于5000m3/d，最大可達(dá)10000m3/d以上；水位埋深自山區(qū)到隱伏區(qū)逐漸變淺，山區(qū)一般埋深20～50m，最大埋深大于100m；隱伏區(qū)水位埋深一般在5～10m之間。

(4)巖漿巖類孔洞及裂隙含水巖組：主要分布于魯東丘陵區(qū)和沂沭斷裂帶，魯中南山區(qū)有部分分布；組成巖性為花崗巖、閃長巖、玄武巖、安山巖等侵入巖或噴出巖，地下水賦存于巖石的風(fēng)化、構(gòu)造裂隙及風(fēng)化殼中，含水層發(fā)育厚度小、儲存空間差、富水性弱，單井涌水量大部分地區(qū)小于100m3/d；水位埋深一般小于5m。

(5)變質(zhì)巖類裂隙及巖溶裂隙含水巖組：大面積出露于魯中南山區(qū)及魯東丘陵地區(qū)，組成巖性主要為片麻巖、片巖、板巖夾大理巖、灰?guī)r等；含水層總體發(fā)育狀況差，富水性弱，單井涌水量多小于100m3/d；部分大理巖分布地段巖溶、裂隙較發(fā)育，富水性相對好一些，單井涌水量100～500m3/d，局部補(bǔ)給、蓄存條件較好的地段單井涌水量可達(dá)1000～3000m3/d；水位埋深一般小于10m。

3　地下水防污性能評價

3.1評價因子的選取

科學(xué)合理地選取地下水防污性能評價因子，既要盡可能地反映評價因子對地下水防污性能的影響，又要考慮評價區(qū)客觀的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及資料獲取情況。評價區(qū)內(nèi)，村鎮(zhèn)地表多為建筑物或人工填土所覆蓋，因此將土壤介質(zhì)S作為一個評價因子不合適；此外，受資料所限，無法獲得包氣帶影響I的相關(guān)資料，但考慮到評價區(qū)涉及范圍較大，且主要為丘陵山區(qū)，而DRASTIC方法中包氣帶影響I在小范圍區(qū)域中作為評價因子較合適，結(jié)合實(shí)際情況，選用第四系厚度Q作為一個評價因子替代包氣帶影響I；若第四系厚度Q大于地下水埋深，其厚度值以地下水埋深為準(zhǔn)[8-9]。

山東省丘陵山區(qū)地下水防污性能評價選取6個評價因子即地下水埋深D、凈補(bǔ)給量R、含水層介質(zhì)A、地形坡度T、含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)C及第四系厚度Q。

3.2評價因子評分體系

DRASTIC評價方法用1～10的指標(biāo)量化得分代表各因子數(shù)值范圍或介質(zhì)類型，指標(biāo)量化得分越低，地下水防污性能越好，指標(biāo)量化得分越高，地下水防污性能越差。選取6個評價因子的數(shù)值分布范圍或介質(zhì)類型，結(jié)合DRASTIC評價方法的因子評分體系，建立該次評價的因子評分體系(表1)。

表1　評價因子評分體系

3.3評價因子權(quán)重體系

評價因子的相對權(quán)重反映其對地下水防污性能“貢獻(xiàn)”的大小。權(quán)重值與貢獻(xiàn)度成正比，在DRASTIC評價方法中，給定每個因子一個相應(yīng)的權(quán)重，范圍為1～5，對地下水污染影響程度最小的因子權(quán)重為1，影響最顯著的因子權(quán)重為5。該次評價相對于DRASTIC評價方法，評價因子作了調(diào)整，若照搬其權(quán)重體系，就脫離實(shí)際，因此，該次評價據(jù)各因子的數(shù)值范圍與介質(zhì)類型及其對地下水防污性能影響的程度，確定了各因子的相對權(quán)重(表2)。

3.4評價結(jié)果及分區(qū)

根據(jù)評價區(qū)101個取樣點(diǎn)各評價因子的數(shù)值范圍和介質(zhì)類型，對照表1得到各評價因子的評分，結(jié)合表2各評價因子的權(quán)重，利用公式(1)計算求得各取樣點(diǎn)的地下水防污性能指數(shù)DI。地下水防污性能指數(shù)DI越高，則地下水防污性能越差。按地下水防污性能指數(shù)DI將評價區(qū)地下水防污性能分為4級：防污性能高區(qū)(Ⅰ)、防污性能較高區(qū)(Ⅱ)、防污性能較低區(qū)(Ⅲ)、防污性能低區(qū)(Ⅳ)。具體分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表2　評價因子權(quán)重體系

表3　地下水防污性能分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)評價區(qū)地下水防污性能分級標(biāo)準(zhǔn)，繪制了評價區(qū)地下水防污性能分區(qū)圖(圖1)。具體分區(qū)如下：

(1)防污性能低區(qū)(Ⅳ)：其分區(qū)主要有2種類型，第一種是分布在大汶河、沂河、沭河、淄河、彌河、濰河、孝婦河、泗河、大沽河段富水性大的地段，繡針河和付疃河下游一帶，區(qū)內(nèi)為第四系孔隙水，地下水埋深淺，普遍小于10m，富水性大，受污染河流對其補(bǔ)給量大；第二種類型分布在泗水息陬、肥城胡屯、臨沂城區(qū)西部、棗莊十里泉、渴口水源地附近以及臨淄區(qū)大武-湖田一帶，區(qū)內(nèi)主要開采巖溶水，區(qū)內(nèi)第四系厚度小，受補(bǔ)給量大，主要影響因子為含水層介質(zhì)A及含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)C，DI值在70～88之間。

(2)防污性能較低區(qū)(Ⅲ)：主要分布在防污性能低區(qū)外圍以及棗莊城區(qū)及蟠龍河附近、榮成嶗山鎮(zhèn)、峽山水庫南部濰河附近、高密-平度一帶，其DI值在55～70之間；區(qū)內(nèi)地下水埋深5～15m，富水性較大，凈補(bǔ)給量100～200mm，含水層巖性為砂礫巖和巖溶較發(fā)育灰?guī)r，地形坡度普遍小于5%，此外，沿海地段由于地下水開采影響，雖然地下水埋深變大，但是間接增加了凈補(bǔ)給量和含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)，導(dǎo)致防污性能較低。

(3)防污性能較高區(qū)(Ⅱ)：呈帶狀分布在防污性能較低區(qū)外圍，蒼山西南、淄博-萌水鎮(zhèn)以及大部分第四系厚度較薄地帶；地形坡度小于10%，凈補(bǔ)給量50～100mm，含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)為20～40m/d，富水性較弱，DI值為40～55。

圖1　評價區(qū)地下水防污性能分區(qū)圖

(4)防污性能高區(qū)(Ⅰ)：評價區(qū)內(nèi)的其他地段，山區(qū)丘陵地帶，地形坡度大，含水層巖性以變質(zhì)巖、火成巖以及塊狀頁巖為主，部分地段雖然第四系厚度小，但由于其富水性弱，地下水埋深大，含水層水力傳導(dǎo)系數(shù)小，DI值在22～40之間。

4　結(jié)語

該文結(jié)合山東省丘陵山區(qū)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對DRASTIC方法的評價因子、評價因子評分及權(quán)重進(jìn)行了調(diào)整。利用調(diào)整后的DRASTIC方法，評價了山東省丘陵山區(qū)的地下水防污性能。評價結(jié)果表明，調(diào)整后的DRASTIC方法更加符合研究區(qū)的實(shí)際情況，劃分的地下水防污性能分區(qū)更加科學(xué)合理。

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Groundwater Vulnerability Assessment in the Hilly and Mountain Area of Shandong Province Based on DRASTIC

LI Aijun

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Jining 272100, China)

Groundwater vulnerability assessment is an efficient way for the research and prevention of groundwater pollution. In this paper, on the basis of analyzing geological and hydrogeological conditions in the hilly and mountain area of Shandong province，by using DRASTIC method, groundwater vulnerability has been evaluated, and the zoning map of groundwater vulnerability assessment has been made. The research can provide scientific references for the department of water administration to protect the aquifer and configure the water resources.

Hilly and mountain area；DRASTIC；vulnerability；groundwater

2014-09-29；

2014-12-02；編輯：曹麗麗

李愛軍(1982—)，女，滿族，遼寧丹東人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；E-mail：26977886@qq.com

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