Question

区域地下水脆弱性评价

Answer 1

本书对研究区现状充分调查分析后，以DRASTIC模型为基础，对其指标系统、指标评分系统以及指标权重进行了改进，并应用于研究区区域地下水的脆弱性评价。

4.5.1.1 固有因素指标选取及分级

通过对研究区的调查，结合DRASTIC模型的7个固有因素指标，本书中的研究区含水层岩性（A）由全新统早期（

l）的砂卵石、细砂及砾卵石组成，区域土壤类型（S）为黏砂土，包气带岩性（I）为粉细砂，上述三个因素在区域范围内基本无变化，故本书地下水脆弱性评价指标选为地下水埋深（D）、含水层净补给量（R）、地形坡度（T）和含水层水力传导系数（C）等4个影响因素。

（1）地下水埋深（D）

研究区范围内地下水埋深在不同季节变化较大，因此本研究分别在枯水期（4月份）和丰水期（9月份）实测了40个水位点，以各点埋深平均值作为计算依据，然后利用ARCGIS平台，用反距离权重插值法（IDW）进行插值，获得全区地下水埋深分布情况。地下水埋深范围在1.94～7.52m之间，根据此区间，参考中国地质调查局推荐的潜水防污性能评价方法DRTA模型和DRASTIC模型给出评分标准（表4.7）。地下水埋深分区如图4.4。

（2）含水层净补给量（R）

地下水主要的净补给量来源于农田灌溉补给和渠系渗透。当地有关资料显示农田灌溉补给量占总补给量的80%左右（范琦等，2007），而降水量约占20%，另外沟、渠和湖泊渗透量较大。研究区内，年平均降水量为193.4mm，根据包气带岩性及年地下水平均埋深选取降雨入渗系数为0.2，根据上述关系并结合土地利用类型，估算得到不同土地利用类型上的净补给量（表4.6）。研究区含水层净补给量分区见图4.5，评分标准依据DRASTIC模型见表4.7。

表4.6 不同土地利用类型净补给量表

图4.4 地下水埋深分区图

图4.5 净补给量分区图

（3）地形坡度（T）

区内实测45个高程点，在ARCGIS中，用反距离权重差值法（IDW）进行插值，获得全区高程分布情况，然后由此计算出研究区的地形坡度，坡度范围为0°～18°，分级标准依据DRASTIC模型，见表4.7。地形坡度分区见图4.6。

图4.6 地形坡度分区图

（4）含水层水力传导系数（C）

根据研究区内含水层水力传导系数的分析结果，结合本次调查实测10个分布均匀点位的渗透系数值，插值得到其在研究区内的分布情况，该区含水层水力传导系数范围为4.54～12.28m/d，将此区间均分10份，从低到高，分别赋值为1～10，见表4.7。含水层水力传导系数分区见图4.7。

表4.7 各指标范围及评分标准

续表

图4.7 含水层水力传导系数分区图

4.5.1.2 层次分析法重新计算各指标权重

根据研究区实际情况从DRASTIC7个固有因素中选取了4个指标，利用层次分析法计算其各自权重如下：

（1）构造判断矩阵

指标的重要性由经验给出，依次是地下水埋深＞降雨入渗补给＞地形坡度＞含水层水力传导系数。

地下水埋深是浅层地下水最重要的指标，控制着进入到含水层中污染物的数量强度和时间。含水层净补给量是污染物进入含水层和在含水层中进行运移的驱动力，研究区位于黄河河漫滩，入渗条件良好，因此重要性仅次于地下水埋深，地形坡度控制着污染物是被冲走还是留在一定的地表区域内有足够的时间渗入地下，是保证入渗的重要前提，但研究区内普遍地势缓和，故其重要性次于净补给量，含水层水力传导系数反映了含水层介质的水力渗透性能，控制着地下水在一定的水力梯度下的流动速度，从而控制着污染物在含水层中的迁移的速率，研究区内含水层岩性为粗砂、砂卵砾石，渗透性较好，故认为该因素对脆弱性区分不是很大，故列为最次要。

根据以上分析，由层次分析法，构造判断矩阵见表4.8。

表4.8 层次分析法判断矩阵表

（2）各指标权重计算

采用层次分析法计算权重，其原理就是对向量进行归一化处理，得到特征向量，即所求各参数的权重。通过上述矩阵计算，得出各指标权重（表4.9）。

表4.9 各指标权重表

（3）权重的检验

层次分析法中，需要对判断矩阵进行一致性检验。矩阵的随机一致性比例CR检验公式为：CR＝CI/RI，其中，CI 为判断矩阵一致性指标：CI＝（λmax-m）/（m-1），λmax为最大特征根；m为判断矩阵阶数；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标。本次计算中，m＝4，RI＝0.90，λmax＝4.20，CI＝0.068，CR＝0.076＜0.1，说明人为判断矩阵具有满意的一致性，权数分配是合理的。

参考DRASTIC模型，并根据评价指标在研究区内的变化范围，将地下水脆弱性划分为脆弱性高（Ⅴ）、较高（Ⅳ）、中等（Ⅲ）、较低（Ⅱ）、低（Ⅰ）五个级别。

4.5.1.3 区域地下水脆弱性评价结果

综合上述各项指标及计算获得权重值，基于ARCGIS平台，采用模糊综合评价方法实现各指标按权重叠加计算，获得研究区区域地下水脆弱性评价，其脆弱性评价分区结果如图4.8所示。

从计算结果可以看出，在研究区范围内，大部分地区为中等和较低脆弱性，水源地保护区所在区域地下水脆弱性较低。高脆弱性地区（Ⅴ）主要分布于研究区的西南角，该区域地下水埋深浅（普遍在2～3.8m之间），水力传导系数大（在11.5m/d以上），该地区是汉渠和秦渠的主要取水口位置，是水源地上游主要的补给区。研究区的西南部、巴扎村东部和塔湾村西北部属较高脆弱性地区（Ⅳ），主要控制因素和高脆弱性地区相似，但程度要低。中等脆弱性地区（Ⅲ）在本书研究范围内分布广泛且分散，主要分布在水源地二级保护区南部及东南部以及水源地西部。较低和低脆弱性地区（Ⅱ、I）主要分布在水源地保护区所在地、金积镇所在地以及研究区的东北部，主要受地下水埋深控制，该区处于研究区地下水下游区域，地下水埋深相比较深，金积镇地下水埋深较深（5.5～7.8m），因此上述地区呈现脆弱性较低和低的分布状态。

图4.8 区域地下水脆弱性分区图