寧夏衛(wèi)寧平原地下水脆弱性評價

許廣河XU Guang-he

（寧夏回族自治區(qū)國土資源調(diào)查監(jiān)測院，銀川 750001）

0 引言

地下水作為水資源的重要組成部分，既是生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，也是人類社會發(fā)展的重要因素。在我國西北地區(qū)，城市供水量50%來自于地下水[1]，尤其對于地處干旱半干旱區(qū)域的衛(wèi)寧平原，由于降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，地表水資源相對匱乏，地下水更加重要。衛(wèi)寧平原水文地質(zhì)調(diào)查工作起始于20世紀(jì)70年代，韓強(qiáng)強(qiáng)[2]針對衛(wèi)寧平原水文地質(zhì)條件和地下水化學(xué)特征進(jìn)行了概述和簡要分析。李培月[3]研究了人類活動影響對衛(wèi)寧平原地下水環(huán)境的影響。本文結(jié)合前人研究成果，選取8個因子采用DRASTIC法建立水質(zhì)和水量的脆弱性評價模型，考慮相關(guān)因子權(quán)重進(jìn)行地下水脆弱性評價和分區(qū)[4]，并提出科學(xué)合理開發(fā)利用地下水的建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

衛(wèi)寧平原位于黃河上中游，寧夏中北部（見圖1）。地理坐標(biāo)介于東經(jīng)105°00′00″-106°00′00″，北緯：37°20′00″-37°50′00″，總體呈帶狀，東西長約100km，南北寬約2.5-14km，面積2200km2。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

1.2 氣象水文

據(jù)研究區(qū)2006-2018年氣象觀測資料，區(qū)內(nèi)多年平均氣溫為10.54℃，平均降水量196.96mm，平均蒸發(fā)量1773.04mm，主要河流為黃河及其支流清水河，黃河自西向東流過研究區(qū)，區(qū)內(nèi)流程約106km，河床寬度約600m，平均水深2-4m，最深8.6m，河床坡降0.7%。

1.3 地質(zhì)條件

1.3.1 地層巖性

研究區(qū)發(fā)育黃河三級不對稱的階地，在階地后緣局部地區(qū)分布有洪積扇群及沖洪積斜平原、沖湖積和風(fēng)積層。沖積層分布在黃河兩岸，巖性為土黃色粉砂質(zhì)粘砂土；沖洪積層分布沖積階地后緣的局部地帶，巖性主要為砂、砂礫石及粘砂土；風(fēng)積層主要分布在平原區(qū)西北部，多由固定或半固定叢草沙丘組成，巖性多為褐色粉細(xì)砂。

1.3.2 地質(zhì)構(gòu)造

衛(wèi)寧平原是新生代形成的復(fù)合型斷陷盆地，展布于衛(wèi)寧區(qū)域東西向構(gòu)造帶范圍內(nèi)，自第四系以來，一直處于脈動式沉降。因升降幅度不同造成第四系厚度不均，柔遠(yuǎn)一帶厚156.76m，中寧縣城一帶厚128.23m，恩和一帶則減為61.70m。區(qū)內(nèi)主要斷裂有衛(wèi)寧北山褶皺帶、牛首山-羅山?jīng)_斷帶、煙筒山窯山?jīng)_斷帶以及香山褶皺帶。

1.3.3 水文地質(zhì)條件

衛(wèi)寧平原水文地質(zhì)條件分中衛(wèi)段和中寧段進(jìn)行描述。中衛(wèi)段含水層巖性上部為粘砂土和粉細(xì)砂，下部為砂礫石卵石層，地下水埋深為0.1-2.5m，單孔涌水量500-2000m3/d。中寧段黃河北側(cè)含水層巖性上部為黃土狀粘砂土或砂粘土，下部為卵礫石層，地下水埋深0.11-10.80m，單孔涌水量為11.06-519.18m3/d。黃河南側(cè)含水層巖性上部為砂粘土及粘砂土，下部為砂卵礫石層，水位埋深1.00-12.00m，單孔涌水量為500-3000m3/d。衛(wèi)寧平原地下水類型主要以HCO3--SO4-型為主，向東逐漸過渡為HCO3--Cl-型。地下水主要接受渠系滲漏、田間灌溉入滲、大氣降水補(bǔ)給和側(cè)向徑流補(bǔ)給，整體自西向東徑流，排泄方式有向黃河排泄、垂向蒸發(fā)和人工開采。

2 地下水脆弱性評價

人類活動與地下水環(huán)境密切相關(guān)，人類活動等外部因素對地下水脆弱性的影響是不容忽略的[5]。本文綜合考慮自然因素和人類活動等情況，運(yùn)用DRASTIC法對衛(wèi)寧平原的地下水脆弱性進(jìn)行分析。

2.1 評價步驟

2.1.1 地下水水質(zhì)脆弱性指標(biāo)選取及賦值

地下水水質(zhì)脆弱性選取：地下水埋深、大氣降水量、滲透系數(shù)、植被覆蓋類型和土地利用類型5個指標(biāo)。

地下水埋深越大，污染物與包氣帶的接觸時間越長，污染物衰減越強(qiáng)烈，地下水水質(zhì)脆弱性越低，反之則相反。衛(wèi)寧平原地下水埋深劃分為5級，并賦予其相應(yīng)的數(shù)值；大氣降水量越大，污染物進(jìn)入地下水的可能性越高，地下水的脆弱性越高，反之則相反。本次將大氣降水?dāng)?shù)據(jù)劃分為4個等級，并賦予其相應(yīng)的數(shù)值；滲透系數(shù)越大，含水層之間的水力交換越頻繁，污染物在含水層的運(yùn)移速度越快，地下水的脆弱性指數(shù)越大，反之越弱。研究區(qū)滲透系數(shù)劃分為4個等級，并賦予其相應(yīng)的數(shù)值；植被的覆蓋類型也會影響地下水的補(bǔ)給，植物具有保持水土的作用，植物越高大，根系越粗壯，對于地下水的保護(hù)作用越強(qiáng)，地下水的防污性能越好。衛(wèi)寧平原的植被類型主要為北山紅砂珍珠草原區(qū)、中部荒漠草原區(qū)和引黃灌溉區(qū)。草原區(qū)植被稀少，地下水缺少保護(hù)，脆弱性增加，易受到污染；引黃灌溉區(qū)高大的喬木涵養(yǎng)水源，對地下水有保護(hù)的作用；土地利用類型能反映人類活動對地下水水質(zhì)的影響。將土地利用類型劃分為農(nóng)用地、建筑用地和工礦用地。農(nóng)用地受人為影響最小，建設(shè)用地污染的潛在性中等，工礦用地對地下水的污染最大。

2.1.2 地下水水量脆弱性指標(biāo)選取

地下水開采系數(shù)能夠判斷當(dāng)?shù)氐叵滤_采程度，地下水開采系數(shù)越大說明地下水的實(shí)際開采量占可開采量的比例越大，地下水水量脆弱性水越高。將開采系數(shù)劃分為2個等級，并賦予其相應(yīng)的數(shù)值；如果凈補(bǔ)給量大于實(shí)際開采量，說明當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，地下水水量脆弱性低。將二者的差值分了8個等級，差值越大，評分越低；單井涌水量越大，地層富水性越強(qiáng)，脆弱性越低。將單井涌水量劃分為3個等級，并賦予其相應(yīng)的數(shù)值。

2.2 地下水評價指標(biāo)權(quán)重獲取

根據(jù)各指標(biāo)對脆弱性的相對重要性，用層次分析法[6，7，8]計算地下水水質(zhì)和水量各指標(biāo)的權(quán)重見表1、表2，各參數(shù)均符合一致性檢驗。

表1 地下水水質(zhì)脆弱性指標(biāo)權(quán)重

表2 地下水水量脆弱性指標(biāo)權(quán)重

2.3 地下水單指標(biāo)脆弱性評價

2.3.1 地下水水質(zhì)脆弱性評價

用疊置指數(shù)法計算地下水水質(zhì)脆弱性指數(shù)（DI1）公式如下：

式中：D-地下水埋深；R-大氣降水；S-植被類型；K-滲透系數(shù)；L-土地利用類型。

地下水水質(zhì)脆弱性DI1得分區(qū)間為3.15～7.92，將地下水水質(zhì)脆弱性指數(shù)分為四級，見圖2。

圖2 地下水水質(zhì)脆弱性評價分區(qū)圖

2.3.2 地下水水量脆弱性評價

用疊置指數(shù)法計算地下水水量脆弱性指數(shù)（DI2）公式如下：

式中：M-凈補(bǔ)給與實(shí)際開采量之差；E-開采系數(shù)；Y-單位涌水量。

地下水水量脆弱性DI2得分區(qū)間為1.38～5.48，將地下水水量脆弱性指數(shù)分為五級，見圖3。

圖3 地下水水量脆弱性評價分區(qū)圖

2.4 地下水綜合脆弱性評價

對衛(wèi)寧平原的地下水水質(zhì)脆弱性和地下水水量脆弱性進(jìn)行疊加，獲得地下水綜合脆弱性指數(shù)（見式3）。

式中：DI3為地下水綜合脆弱指數(shù)；DI1：地下水水量脆弱性指數(shù)；DI2為地下水水質(zhì)脆弱性指數(shù)。

地下水綜合脆弱性DI3得分區(qū)間為4.83～13.4，將地下水綜合脆弱性指數(shù)分為五類，見圖4。

圖4 地下水綜合脆弱性指數(shù)分區(qū)圖

3 結(jié)論與建議

3.1 地下水脆弱性評價

3.1.1 地下水水質(zhì)脆弱性評價

水質(zhì)脆弱性指數(shù)最低的區(qū)域位于中寧以東黃河河漫灘及一級階地，該區(qū)域地下水豐富，地表植被發(fā)育，土地利用類型以農(nóng)用地為主，地下水受污染程度低，自凈能力強(qiáng)；地下水脆弱性較低的區(qū)域主要位于黃河二級階地，該區(qū)域地下水較豐富，地表植被較發(fā)育，地下水埋深相對較深，地下水受污染程度較低，自凈能力較強(qiáng)；地下水脆弱性中等區(qū)位于中衛(wèi)市鎮(zhèn)羅工業(yè)園區(qū)和中寧縣渠口農(nóng)場，地表植被以荒漠草原為主，土地利用類型以工礦和建筑用地為主，地下水缺少保護(hù)，脆弱性增加，易受到污染；地下水水質(zhì)重度脆弱區(qū)位于重要集鎮(zhèn)區(qū)，該區(qū)域地下水埋深淺，含水層滲透系數(shù)大，城市生活污水和工業(yè)廢水對地下水污染的可能性大。

3.1.2 地下水水量脆弱性評價

水量脆弱性指數(shù)最低的區(qū)域沿黃河帶狀分布，該區(qū)域巖層富水性好，單井涌水量大，開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于凈補(bǔ)給量，水量調(diào)節(jié)能力強(qiáng)；脆弱性指數(shù)較低的區(qū)域位于黃河兩側(cè)二、三級階地，區(qū)內(nèi)單井涌水量較大，巖層富水性中等，開采量小于凈補(bǔ)給量；脆弱性指數(shù)較大的區(qū)域集中分布在衛(wèi)寧平原的東北部，單井涌水量較少，地下水開采系數(shù)高，開采量占可開采量比例大，凈補(bǔ)給量小于實(shí)際開采量的。

3.1.3 地下水脆弱性綜合評價

衛(wèi)寧平原中西部地下水脆弱性綜合指數(shù)較小，該區(qū)域地下水不易受到外界因素的影響，地下水開發(fā)利用潛力大，需按照水資源開發(fā)利用規(guī)劃進(jìn)行合理利用。衛(wèi)寧平原北東部地下水脆弱性綜合指數(shù)高，該區(qū)域地下水富水性一般，人類活動對地下水影響較大。

3.2 地下水開發(fā)與保護(hù)建議

地下水綜合脆弱性指數(shù)較大的區(qū)域，需完善水資源管理措施，避免污染物的隨意排放。該區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)要開發(fā)先進(jìn)的灌溉技術(shù)，如噴灌、滴灌等，并對農(nóng)業(yè)灌溉渠道進(jìn)行修復(fù)，有效提高水資源的利用效率；該區(qū)域內(nèi)的工礦區(qū)，需提高水資源利用效率，開發(fā)節(jié)水技術(shù)，提高污水處理技術(shù)，確保污水達(dá)標(biāo)排放。脆弱性指數(shù)較低的區(qū)域，要加強(qiáng)水質(zhì)水量的監(jiān)管，減少未來出現(xiàn)污染的可能性?？傊?，衛(wèi)寧平原應(yīng)控制地下水的開采，有節(jié)制有計劃使用地下水，避免過度開采而引發(fā)生態(tài)環(huán)境問題。