沈北新區(qū)淺層地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間特征評(píng)價(jià)

高世乾, 魏建兵, 鄭堯文, 張 娜, 石新竹, 劉景琦

(沈陽(yáng)大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽(yáng) 110044)

近年來(lái),隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)增速,地表水資源不斷出現(xiàn)水量不足和水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題,工農(nóng)業(yè)用水更加依賴(lài)地下水.沈北新區(qū)是我國(guó)東北平原地區(qū)大型城市擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)集約經(jīng)營(yíng)發(fā)展的典型代表地區(qū),是我國(guó)近年來(lái)確定的城市可持續(xù)發(fā)展綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)之一,由于城市化和設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,該地區(qū)地下水環(huán)境已經(jīng)受到了一定程度的污染[1-3].為維護(hù)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,保護(hù)和改善地下水環(huán)境質(zhì)量具有迫切的需求.然而,目前在大城市城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)城市擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)集約經(jīng)營(yíng)背景下,尚缺乏對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等的基礎(chǔ)研究.

地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)起源于Margat提出的地下水脆弱性評(píng)價(jià)[4].地下水脆弱性評(píng)價(jià)最為常用的方法是DRASTIC框架,在此基礎(chǔ)上,學(xué)者們不斷優(yōu)化模型參數(shù)及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定方法,不斷改進(jìn)模型的性能[5],但很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期是限于自然地質(zhì)條件的地下水固有脆弱性研究.隨著人類(lèi)活動(dòng)加劇,人類(lèi)對(duì)地下水環(huán)境造成的影響愈加嚴(yán)重,于是在固有脆弱性的基礎(chǔ)上提出了考慮人類(lèi)活動(dòng)因素的特殊脆弱性評(píng)價(jià),并從污染程度評(píng)估逐漸過(guò)渡到了地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[6].

有學(xué)者認(rèn)為地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要取決于農(nóng)業(yè)灌溉與人類(lèi)活動(dòng)用水,與地下水自然儲(chǔ)存量相關(guān)性不大[7].國(guó)內(nèi)又選取了水質(zhì)和水量相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,但在分析人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響方面還不夠詳盡[8].在地下水環(huán)境評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)理論的引入方面,馮平等[9]引入突變理論減少了傳統(tǒng)權(quán)重方法中主觀因素的干擾,但有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)原理體現(xiàn)還不夠深入.李如忠等[10]從自然屬性和人類(lèi)活動(dòng)2個(gè)方面篩選出指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系,提出了一種模糊多指標(biāo)分析方法,但其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)重要性的劃分主觀性較強(qiáng),可能使結(jié)果產(chǎn)生偏差. 孫才志[11]等人在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)理論[12]和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)理論構(gòu)建中大流域尺度評(píng)價(jià)體系取得了較好的結(jié)果,這種方法是否適合中小尺度的城市化地區(qū)應(yīng)用,還有待檢驗(yàn).隨后,張?zhí)m真[13]等人也指出了在指標(biāo)選取、權(quán)重確定以及風(fēng)險(xiǎn)性方面存在的一些問(wèn)題,并給出建議,但尚沒(méi)有將其應(yīng)用于實(shí)踐中.

基于國(guó)內(nèi)外地下水脆弱性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展分析,本文選取了結(jié)合自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型,針對(duì)城市化和農(nóng)業(yè)集約發(fā)展的典型案例區(qū)開(kāi)展地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),并探討風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別、風(fēng)險(xiǎn)格局與土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間關(guān)系,可為該地區(qū)和其他類(lèi)似地區(qū)城市發(fā)展過(guò)程中地下水環(huán)境管理和土地利用優(yōu)化提供參考.

1 研究區(qū)概況

沈北新區(qū)位于沈陽(yáng)中心城區(qū)北部,地理坐標(biāo)介于東經(jīng)123°16′～123°48′,北緯41°54′～42°11′之間,包括新城子街道、清水臺(tái)街道、輝山街道、道義街道、虎石臺(tái)街道等14個(gè)街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn)),人口36萬(wàn),區(qū)域面積821 km2.2006年經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),沈北新區(qū)成為國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)建設(shè)新區(qū).設(shè)立為開(kāi)發(fā)區(qū)后,其第一產(chǎn)業(yè)仍占有比較大的比重,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造形成集約經(jīng)營(yíng)的種植基地、養(yǎng)殖基地,設(shè)施農(nóng)業(yè)達(dá)到70%以上,農(nóng)藥、化肥等投能力度不斷增大,對(duì)地下水環(huán)境的影響日益增強(qiáng).靠近城區(qū)的區(qū)域重點(diǎn)發(fā)展第二產(chǎn)業(yè),截至2015年,沈北新區(qū)已經(jīng)引進(jìn)眾多工業(yè)項(xiàng)目,規(guī)模以上企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1159.4億元. 在過(guò)去10年中,該地區(qū)的工業(yè)發(fā)展和城市化建設(shè)發(fā)展迅速,城市化率近60%,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值較10年前相比增長(zhǎng)了3.4倍.在追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),水資源缺乏和水污染情況普遍存在,城市和工業(yè)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)以及農(nóng)業(yè)的集約化經(jīng)營(yíng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不斷凸顯.

沈北新區(qū)地勢(shì)較為平坦,東高西低.區(qū)內(nèi)河流較多, 遼河位于該地區(qū)的北部邊界,蒲河位于中南部地區(qū).區(qū)內(nèi)東部屬于山丘基巖和巖溶水文地質(zhì)區(qū),由于大量的斷裂帶,蓄水為裂隙水和巖溶水.北部和西北部屬于遼河河谷潛水文地質(zhì)區(qū),含水層的厚度為5～70 m,下層為砂礫和卵石,上層為細(xì)沙和中沙,是該區(qū)地下水的主要儲(chǔ)存區(qū).中部山前為傾斜平原,黃土狀黏土外露.南部山前為渾河沖洪積扇區(qū),承壓水文地質(zhì)區(qū),地表巖性大部分屬于黃土狀黏土.中南部水資源較缺乏,該地區(qū)屬北溫帶季風(fēng)氣候,多年平均降水量720 mm,多年平均氣溫6.8 ℃,土壤為棕壤,土地利用以城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)田為主,東南部有少量森林植被.研究區(qū)域位置、行政區(qū)劃及水質(zhì)和地質(zhì)參數(shù)調(diào)查點(diǎn)分布見(jiàn)圖1.

圖1 沈北新區(qū)位置及地下水調(diào)查樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of Shenbei Area and sampling sites of groundwater in the area

2 研究方法

2.1 地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)建模過(guò)程

2.1.1 地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型

地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是由地下水環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性引起的,主要包括地下水存在的自然環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水產(chǎn)生影響的社會(huì)環(huán)境,也就是說(shuō)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是由地下水系統(tǒng)本身的固有脆弱性、功能性以及人類(lèi)活動(dòng)影響造成的脅迫性、適應(yīng)性相互作用的結(jié)果[11].本次研究采用式(1)計(jì)算地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為

R=V·F·S/A.

(1)

式中:R為地下水固有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù);V為地下水固有脆弱性(intrinsic vulnerability)指數(shù);F為功能性(function)指數(shù);S為脅迫性(stress)指數(shù);A為適應(yīng)性(adaptability)指數(shù).

2.1.2 地下水固有脆弱性、功能性、脅迫性、適應(yīng)性指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

(1) 地下水固有脆弱性

地下水固有脆弱性是由該地區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境所決定的,表明了外界污染物質(zhì)進(jìn)入地下水環(huán)境后對(duì)地下水造成污染的容易程度,脆弱性指數(shù)越高,則表明其越易受到污染.參照DRASTIC模型選取地下水埋深、地形坡度、土壤介質(zhì)類(lèi)型、地下水補(bǔ)給模數(shù)、地下水凈補(bǔ)給量、水力傳導(dǎo)系數(shù)、滲流區(qū)介質(zhì)類(lèi)型7個(gè)指標(biāo),地下水埋深數(shù)據(jù)來(lái)源于68個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,地形坡度來(lái)自于沈北新區(qū)數(shù)字地形模型(DEM),土壤介質(zhì)類(lèi)型來(lái)源于沈北新區(qū)土壤圖,其他4個(gè)參數(shù)來(lái)源于《遼寧省水文地質(zhì)圖集》等資料.

(2) 地下水功能性

地下水的價(jià)值體現(xiàn)了地下水的功能性,地下水價(jià)值主要分為資源價(jià)值、生態(tài)功能價(jià)值以及地質(zhì)環(huán)境功能價(jià)值,選取地下水供水比、地下水開(kāi)采模數(shù)、地下水漏斗比例面積、植被覆蓋度、生物豐富度指數(shù)、濕地占有面積6個(gè)指標(biāo)表征地下水的功能性,前3個(gè)指標(biāo)參數(shù)來(lái)源于《遼寧省水文地質(zhì)圖集》等資料,后3個(gè)指標(biāo)參數(shù)來(lái)源于沈北新區(qū)GEOEYE-1遙感影像(2015年)解譯獲得的土地利用/覆被矢量數(shù)據(jù)核算.

(3) 地下水脅迫性

地下水脅迫性是指地下水受到的威脅,也就是能對(duì)地下水造成負(fù)面影響的因素,分為水質(zhì)脅迫和水量脅迫2方面,選取以下6個(gè)指標(biāo):工業(yè)廢水排放總量、生活污水排放總量、化肥施用量、水資源開(kāi)采模數(shù)、水資源緊缺程度以及干旱程度,前3個(gè)指標(biāo)參數(shù)來(lái)源于《沈北新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒2015》,后3個(gè)指標(biāo)參數(shù)來(lái)源于《沈陽(yáng)市水利志2005—2010》等資料.

(4) 地下水適應(yīng)性

地下水適應(yīng)性是指地下水在外界壓力下的自我恢復(fù)能力以及人類(lèi)為保護(hù)地下水而采取的措施.選取工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、生活廢水排放達(dá)標(biāo)率、水利環(huán)保投資比重和廢水治理設(shè)施數(shù)4個(gè)指標(biāo),指標(biāo)參數(shù)來(lái)源于《沈北新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒2015》.

2.1.3 地下水脆弱性、功能性、脅迫性、適應(yīng)性指數(shù)計(jì)算方法

采用加權(quán)指數(shù)法分別計(jì)算脆弱性、功能性、脅迫性和適應(yīng)性指數(shù),計(jì)算公式為

(2)

式中:P為指數(shù)得分,無(wú)量綱;wi是因子i的權(quán)重,無(wú)量綱;Zi是因子i的評(píng)分(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)),無(wú)量綱.

脆弱性指標(biāo)權(quán)重和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照DRASTIC模型推薦值[13].地下水功能性、脅迫性和適應(yīng)性則采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重[14]. 為不同級(jí)別之間的指標(biāo)構(gòu)建了判斷矩陣,在單準(zhǔn)則下分別構(gòu)造,即在一個(gè)準(zhǔn)則層下對(duì)下一層指標(biāo)構(gòu)造判斷矩陣.以此類(lèi)推,采用1～9比例標(biāo)度法比較不同元素的重要性,聘請(qǐng)3位水文地質(zhì)、環(huán)境工程和環(huán)境生態(tài)方面的專(zhuān)家對(duì)判斷矩陣進(jìn)行評(píng)分,評(píng)分值采用Min-max標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行轉(zhuǎn)化計(jì)算.

使用SPSS 22.0軟件描述性統(tǒng)計(jì)方法(標(biāo)準(zhǔn)差)分析各個(gè)指數(shù)在不同區(qū)域間的差異性,使用ArcGIS 10.5軟件進(jìn)行各指數(shù)的分級(jí)和空間分布制圖.

2.2 土地利用相關(guān)特征指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)的計(jì)算

解譯沈北新區(qū)GEOEYE-1遙感影像(2015年)獲得區(qū)域土地利用矢量數(shù)據(jù),計(jì)算旱田占比、水田占比、旱田/水田面積比率,使用建設(shè)用地面積與區(qū)域總面積比計(jì)算土地城市化率,林地面積與區(qū)域總面積比計(jì)算植被覆蓋率;查閱《沈北新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒2015》獲得12個(gè)街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、工業(yè)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù),使用非農(nóng)業(yè)人口數(shù)與總?cè)丝跀?shù)比計(jì)算人口城市化率.

2.3 地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與土地利用/社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)

在ArcGIS 10.2軟件支持下,使用12個(gè)街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))邊界切割相關(guān)數(shù)據(jù),分別獲得每個(gè)街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))的地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值和土地利用特征指標(biāo)值.將12個(gè)街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))作為分析樣本,采用SPSS 22.0軟件相關(guān)性分析功能(皮爾森相關(guān)系數(shù)、雙尾檢驗(yàn))統(tǒng)計(jì)分析地下水環(huán)境與土地利用特征指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)之間的相關(guān)性,探討人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響因素.

3 結(jié)果與分析

3.1 淺層地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小對(duì)比及空間分布

沈北新區(qū)各街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))淺層地下水環(huán)境5個(gè)指數(shù)對(duì)比如圖2所示,脆弱性指數(shù)、脅迫性指數(shù)、功能性指數(shù)最大值分別出現(xiàn)在興隆臺(tái)鎮(zhèn)、新城子街道和尹家鄉(xiāng),適應(yīng)性指數(shù)最大值出現(xiàn)在輝山街道,這些指數(shù)在各街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))間的離散性不大(標(biāo)準(zhǔn)差分別為9.57、20.29、17.18和15.38),而通過(guò)這4個(gè)指數(shù)計(jì)算出來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的離散程度較大(標(biāo)準(zhǔn)差498.35)[13],風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大于1 000的出現(xiàn)在尹家鄉(xiāng)、黃家鄉(xiāng)、興隆臺(tái)鎮(zhèn)和財(cái)落街道,這4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)是沈北新區(qū)地勢(shì)較低和水田分布集中的地區(qū).

圖2 沈北新區(qū)淺層地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)比Fig.2 Comparison of shallow groundwater environmental risk index in Shenbei Area

沈北新區(qū)淺層地下水環(huán)境脆弱性指數(shù)、功能性指數(shù)、脅迫性指數(shù)、適應(yīng)性指數(shù)等級(jí)分布見(jiàn)圖3,淺層地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布格局見(jiàn)圖4.由圖3分析可知,該地區(qū)地下水脆弱性整體上由西北向東南遞減,脆弱性高的地區(qū)主要分布在黃家鄉(xiāng)、興隆臺(tái)鎮(zhèn)、石佛寺鄉(xiāng)和財(cái)落街道與尹家鄉(xiāng)的北部.西北部地下水埋深淺,土地利用主要為集中開(kāi)發(fā)的水田,地下水開(kāi)采量大,化肥農(nóng)藥等投入量高.

圖3 沈北新區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)各指數(shù)等級(jí)分布圖Fig.3 Distribution maps of groundwater environmental risk index in Shenbei Area

圖4沈北新區(qū)淺層地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分布圖

Fig.4Distribution of shallow groundwater environmental risk in Shenbei Area

東部為丘陵臺(tái)地區(qū),地下水埋深較深,森林植被覆蓋率高,農(nóng)業(yè)和城市開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較小,地下水不易受到污染.但這些地區(qū)水田和濕地面積大,地下水的生產(chǎn)支持和生物多樣性保護(hù)功能明顯高于其他各地,因而表現(xiàn)出較高的功能性.城市化率高的道義街道和虎石臺(tái)街道基本普及了自來(lái)水管道供應(yīng),地下水開(kāi)采量和供給量小,表現(xiàn)為地下水功能性較低.道義街道、虎石臺(tái)街道和新城子街道是地下水脅迫性高的集中區(qū),該區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)頻繁,工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá).道義街道城市化率高,虎石臺(tái)為主要工業(yè)區(qū),人口密度大,產(chǎn)生的生活廢水和工業(yè)廢水和對(duì)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)較大.新城子區(qū)集約化旱作農(nóng)業(yè)面積大,設(shè)施農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥施用量大以及大量抽取地下水灌溉.地下水適應(yīng)性較高的地區(qū)中心為輝山街道和虎石臺(tái)街道,這2個(gè)地區(qū)污水處理設(shè)施完善、環(huán)保投資比重較大,表現(xiàn)出較高的適應(yīng)性.適應(yīng)性低的區(qū)域主要位于馬剛鄉(xiāng)和石佛寺鄉(xiāng),馬剛鄉(xiāng)地處丘陵區(qū),農(nóng)田面積較大,環(huán)保設(shè)施少,石佛寺鄉(xiāng)位于遼河沿岸,地下水埋深淺,畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較大.

根據(jù)圖4可以看出,沈北新區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)空間分布特征類(lèi)似于脆弱性指數(shù),呈現(xiàn)西北至東南逐次降低的趨勢(shì).西北部的財(cái)落街道、興隆臺(tái)鎮(zhèn)、黃家鄉(xiāng)和尹家鄉(xiāng)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高.地下水脆弱性與地下水功能性較高是造成這些地區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大的主要原因.風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低和較低的區(qū)域主要分布在東南部,包括輝山街道、蒲河街道、虎石臺(tái)街道東南部、道義街道南部,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低是這些地區(qū)的水文地質(zhì)條件較好、植被覆被較高和污水處理等環(huán)保設(shè)施較為完善等因子綜合作用的結(jié)果.

3.2 土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)特征指標(biāo)計(jì)算

通過(guò)遙感影像解譯和實(shí)地調(diào)繪,參考《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010—2017),制作的沈北新區(qū)土地利用圖,見(jiàn)圖5.整體土地利用格局表現(xiàn)為建設(shè)用地分布于區(qū)域南部,西北部主要為水田,東南部分布少量的森林植被,旱田主要分布于區(qū)域中部.按照街道(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))統(tǒng)計(jì)的土地利用/覆被類(lèi)型比率、人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征指標(biāo)見(jiàn)表1.超過(guò)50%水田占比的有石佛寺鄉(xiāng)和興隆臺(tái)鎮(zhèn),新城子街道和財(cái)落鄉(xiāng)旱田占比較高,均超過(guò)70%,水旱田比率最高的是石佛寺鄉(xiāng),植被覆蓋率超過(guò)30%的為輝山街道和馬剛鄉(xiāng),土地城市化率較高的是道義、虎石臺(tái)和輝山街道,人口城市化率超過(guò)60%的有道義、虎石臺(tái)和新城子街道,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占沈北新區(qū)總體農(nóng)業(yè)產(chǎn)值超過(guò)10%的有輝山、新城子和財(cái)落街道,工業(yè)總產(chǎn)值較高的包括道義、虎石臺(tái)和新城子街道.

圖5沈北新區(qū)土地利用圖
Fig.5Map of land use in Shenbei Area

表1 沈北新區(qū)各街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))土地利用/覆被和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 1 Land use/cover and socioeconomic indicators of all streets (townships) in Shenbei Area

續(xù)表1

街道(鄉(xiāng)鎮(zhèn))水田占比%旱田占比%水田與旱田比植被覆蓋率%土地城市化率%人口城市化率%產(chǎn)值占沈北新區(qū)總體產(chǎn)值比例/%農(nóng)業(yè)工業(yè)輝 山18.268.342.1940.8630.8127.1232.629.08蒲 河26.1339.430.6610.3319.2921.460.394.42財(cái) 落2.6473.740.043.7719.0829.2920.134.80清水臺(tái)3.6259.230.0619.2416.3844.245.240.94興隆臺(tái)60.2631.631.900.297.524.305.002.77黃 家36.2843.160.842.5710.2813.716.222.86石佛寺78.3711.316.930.178.0720.944.620.25尹 家18.6161.480.306.5813.0407.341.27馬 剛3.2058.640.0530.256.8715.304.201.00

3.3 地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與土地利用特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)關(guān)系

為了考察地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與土地利用和社會(huì)發(fā)展指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián),為區(qū)域城鄉(xiāng)規(guī)劃和環(huán)境管理優(yōu)化提供依據(jù),將2種類(lèi)型的指標(biāo)建立相關(guān)性矩陣,通過(guò)顯著性檢驗(yàn)識(shí)別特征指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)表2.土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中植被覆蓋率與脆弱性指數(shù)顯著負(fù)相關(guān),水田占比與脆弱性指數(shù)正相關(guān)性較顯著.脅迫性指數(shù)主要與人口城市化率顯著正相關(guān),與工業(yè)總產(chǎn)值和旱田占比正相關(guān)性較顯著,與水田占比較顯著負(fù)相關(guān).功能性指數(shù)與人口城市化率顯著負(fù)相關(guān),與土地城市化率較顯著負(fù)相關(guān),與植被覆蓋率和水田占比較顯著正相關(guān).影響適應(yīng)性指數(shù)的只有植被覆蓋率(正相關(guān)性較顯著).由以上3個(gè)指數(shù)綜合計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與植被覆蓋率顯著負(fù)相關(guān),與城市化率和水田占比呈較顯著正相關(guān).

表2 沈北新區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的相關(guān)性

注: *0.05置信水平的顯著性;**0.01置信水平的顯著性

綜合各個(gè)指數(shù)的大小和空間分異性,以及其與土地利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相關(guān)性,分析認(rèn)為,脆弱性的決定性指標(biāo)主要是水文地質(zhì)條件,以抽取地下水為灌溉用水的長(zhǎng)期稻田開(kāi)發(fā)利用能夠增強(qiáng)易受污染的程度,提高植被覆蓋率對(duì)于降低脆弱性有積極的效應(yīng).脅迫性的影響因素主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)人口增長(zhǎng)對(duì)地下水質(zhì)和水量的干擾,同時(shí)水田和旱地的集約化利用造成的物質(zhì)、能量投入加大也會(huì)對(duì)地下水環(huán)境產(chǎn)生明顯的影響.地下水在農(nóng)業(yè)地區(qū)的功能價(jià)值體現(xiàn)的較高,這與該區(qū)域城市化地區(qū)大部分水井關(guān)閉,而農(nóng)田灌溉主要來(lái)源于地下水開(kāi)采有關(guān).提高植被覆蓋率、增設(shè)污染處理設(shè)施、加大環(huán)保投入等措施對(duì)于提高地下水的適應(yīng)性有積極的作用.針對(duì)以上4個(gè)方面指數(shù)綜合的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),適度控制城市的擴(kuò)張規(guī)模和速率,加強(qiáng)植樹(shù)造林力度,關(guān)注水田利用的節(jié)水技術(shù)和污染控制等是降低風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑.

4 結(jié) 論

沈北新區(qū)位于大型城市的城鄉(xiāng)過(guò)渡區(qū),是城市快速擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)集約化經(jīng)營(yíng)的典型代表區(qū),評(píng)估自然地質(zhì)條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響是維護(hù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展重要的基礎(chǔ)性工作之一.本研究基于風(fēng)險(xiǎn)理論模型框架,在水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水文地質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)調(diào)查分析的基礎(chǔ)上,借助GIS等研究工具構(gòu)建的地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法取得了較好的研究結(jié)果,可得出以下結(jié)論.

(1) 沈北新區(qū)地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與地下水脆弱性空間分布具有相似性,從西北向東南呈現(xiàn)遞減條帶狀分布趨勢(shì),因此,到目前為止,地質(zhì)條件仍然是該區(qū)域地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素. 增加植被覆蓋率有利于降低脆弱性風(fēng)險(xiǎn).

(2) 從脅迫性指數(shù)看,城市化和農(nóng)業(yè)集約經(jīng)營(yíng)的規(guī)模和強(qiáng)度已經(jīng)對(duì)地下水環(huán)境呈現(xiàn)出明顯的潛在風(fēng)險(xiǎn).需要在城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)集中開(kāi)發(fā)的過(guò)程中減少對(duì)地下水系統(tǒng)的人為干擾.

(3) 從功能性指數(shù)看,西北部的大面積水田有較高的保護(hù)價(jià)值,應(yīng)該得到進(jìn)一步的安全生產(chǎn)保護(hù).開(kāi)發(fā)節(jié)水灌溉技術(shù),降低地下水的開(kāi)采量,加強(qiáng)農(nóng)藥化肥等物質(zhì)投入的管理.

(4) 從適應(yīng)性指數(shù)看,城市化開(kāi)發(fā)過(guò)程中,注重自然植被的保護(hù)、增加人工造林、增設(shè)污水處理設(shè)施等環(huán)保投入對(duì)于維護(hù)地下水質(zhì)量具有明顯的效果.特別是農(nóng)業(yè)農(nóng)村地區(qū)分散性污染的治理和管理力度需要加強(qiáng).

(5) 總體來(lái)看,在不可避免的城市擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)集約化經(jīng)營(yíng)過(guò)程中,摸清區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)空間分布格局,據(jù)此,適應(yīng)自然地質(zhì)條件,規(guī)范土地利用開(kāi)發(fā)類(lèi)型和強(qiáng)度,加大環(huán)境管理力度,是維護(hù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地下水環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效途徑之一.