基于AHP-DRASTIC的地下水易污性评价方法探析

戴元毅

福建省地质工程研究院

引言

地下水污染问题是社会公众最为关心的问题之一。目前国内外常用的地下水易污性评价方法中DRASTIC指标法应用最广，也是2008年中国地质调查局编写的《地下水污染调查评价规范》（编号DD2008-01）推荐使用的地下水易污性评价方法。但在地下水易污性研究中，DRASTIC属于经验性方法，评价方法为线性，并且人为确定各项指标的权重，具有较强的主观性。对于水系统这样一个非常复杂的巨系统，地下水易污性评价具有明显的随机性和模糊性，因此，综合运用模糊分析理论和层次分析法(AHP)是地下水环境易污性评价的一个重要手段。本文采用AHP-DRASTIC方法确定易污性指标权重，拟建立一种较为完善合理的地下水易污性评价方法，并将其应用到上杭紫金山铜湿法厂区的地下水易污性评价中，通过与传统DRASTIC方法的计算结果相比较，分析AHP-DRASTIC方法的合理可靠性。

1 DRASTIC方法及其局限性

1.1 DRASTIC方法

DRASTIC方法是将每一项指标划分为不同的级别，对同一级别内的指标给以相同的赋值，以此来反映指标对地下水易污性影响的差异。该方法在庞大的地下水易污性评价指标体系中选取7个主要要素作为评价指标，它们是：含水层埋深(D)、含水层净补给量(R)、含水层介质类型(A)、土壤介质类型(S)、地形坡度(T)、渗流区介质类型(I)、含水层水力传导系数(C)，其中，D、R、T和C属数值指标，可直接定量获得；A、S和I属介质类型指标，不可直接定量获得。根据对地下水污染可能影响的大小，每个指标赋予一个权重因子，见表1上述各分项指标进行赋值（表1）。

权重赋值分为正常和农田喷洒农药两种情况，权重值越大被认为其对地下水易污性影响越大。另外，每个指标又被细分为不同的数值范围(对于数值指标D、R、T和C)及介质类型(对于类型指标A、S和I)，并用指标值来量化这些数值范围和介质类型对地下水污染程度的可能影响，各指标的分级范围和赋值见表2和表3。

表1

表2 数值指标的分级与赋值

表3 介质类型指标的分级与赋值

表4 评价结论与级别的对应关系

1.2 DRASTIC方法的局限性

DRASTIC方法属于经验性方法，且其评价方法是线性的，而地下水系统研究充满不确定性和模糊性，因此，对于复杂的地下水易污性评价而言，该方法仅仅是一种评估方法，缺乏理论上的严谨性。在实际应用中存在的不足主要表现在：①各指标的赋值为离散值，同一级别内不同属性值被赋予相同的赋值，因而忽略了指标本身连续变化这一客观事实，从而使得评价结果的客观性受到影响；②各项指标权重被视为定值，不随研究区实际水文地质条件的不同而改变，影响了评价结果的客观性。针对上述问题，本文将模糊分析评价理论和层次分析法（AHP）与DRASTIC方法相结合，使得地下水易污性评价更加科学合理化。

2 AHP-DRASTIC方法

2.1 易污性级别的确定

1）划分评价级别：在Lobo-FerreiraJP等人在葡萄牙、大连、广州的地下水易污性评价中，将评价结果划分为8级，考虑到DRASTIC法中指标赋值分为10级（表2、表3），为与此相对应，现将地下水易污性评价结果划分为I～X级，共10个级别（表4）。

2）构建指标评价标准特征值.根据目前国内外对DRASTIC法中数值指标和类型指标的分级及赋值标准（表1、2），可将地下水易污性评价的样本集依据7个指标按10个级别的指标标准特征值进行识别，则有7×10阶评价标准特征值矩阵（公式1）。

式中，yih为级别h、指标i的标准特征值：i=1,2,…,7；h=1,2,…,10。从中可看出指标又分为两种不同类型：①正向指标，指标标准特征值yih随级别h的增大而增大；②负向指标，指标标准特征值yih随级别h的增大而减小。

2.2 权重系数的确定

在传统的DRASTIC方法中，各指标的权重均为定值，不随研究区域地下水环境具体情况的变化而发生改变，这就使得评价结果的客观性受到影响。层次分析法（AHP）确定权重的特点是即考虑评价者的主观判断，又将评价对象的各种复杂因素用递阶层次结构表达出来，逐层进行评价分析。

根据本区地下水系统实际情况，AHPDRASTlC方法的权重计算具体步骤是按各指标重要程度，采用“0、1、2”构建矩阵再判断，参考表1中权重值，在农药区和正常区分别利用AHP-DRASTIC法计算评价指标的权系数，见表5。

表5

2.3 地下水易污性评价

在传统的D R A S T I C方法中，DRASTIC权重的赋值分为正常和农田喷洒农药两种情况。对于正常情况:DRASTIC地下水易污性指标由下式确定：

DRASTIC=5*D+4*R+3*A+2*S+T+5*I+3*C=5×7+4×9+3×6+2×9+10+5×10+3×2=174

农药情况：D R A S T I C地下水易污性指标由下式确定：

D R A S T I C=5*D+4*R+3*A+5*S+3*T+4*I+2*C=5×7+4×9+3×6+5×9+3×9+4×10+2×10=221

按DRASTIC方法分值易污性评价标准，本区属于易污性较强区域。因此，应做好防止地表污染水入渗污染地下水的措施。

3 应用实例

本文以上杭紫金山铜湿法厂区为研究区，利用上述AHP-DRASTIC方法进行地下水易污性评价。上杭紫金山铜湿法厂区地处福建省上杭县城关的北侧，属中低山构造侵蚀中低山地貌类型，最大标高570.0m，最低190.0m，中部为铜矿湿法厂堆矿场，南、北部高，中部低的特点，地形坡度南北面陡峻，西面缓。因堆场、溶液池、生活区等的建设改造，原始地形地貌发生较大变化，原有的地表溪流因人为改造，形成埋于人工填土（石）之下的古河道。原同康沟流域经人为改造，地形地貌、地质环境产生较大的变化。

Ⅰ区与Ⅱ区为表层素填土，其属于土壤介质，为松散状，最大干密度14.0 KN/m3～14.3KN/m3，最优含水量25.5%～26.5%，渗透系数K值为2.65×10-2cm/s～7.05×10-4cm/s，属强—中等透水性；Ⅲ区表层为碎石（基岩为震旦系的千枚状粉砂岩、变质细砂岩），也属于强透水、强渗流介质；素填土下直接为砂层、卵石等第四系含水层，属强渗流介质；地下水埋深介于4.5m～9.0m，局部9.0m～15.0m；区域年平均降雨量为1676.6mm，净补给量大于400mm；人为改造后地形坡度平缓，一般小于5°；含水层为砂层、卵石等，渗透系数范围为7.67×10-3cm/s～7.38×10-4cm/s，岩土层渗透性较好。

图1 上杭紫金山铜湿法厂区水文分区图

图2 由改进AHP-DRASTIC方法得到易污性分区图

图3 由DRASTIC方法得到易污性分区图

本区内地下水污染途径为径流渗透型，基于影响本区地下水污染的各种影响因素，采用含水层埋深（D）、含水层的净补给量（R）、含水层的岩性（A）、土壤介质类别（S）、地形坡度（T）、渗流区介质（I）、地下水的传导系数（渗透系数）（C）等7项水文地质参数指标，应用DRASTIC指标体系评价方法，对区内的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区地下水进行易污性评价。

在图1中I区表示古河道上堆矿场、溶液池浅层富水性区；II区表示一级阶地地下水的强、中等富水性亚区；Ⅲ1、Ⅲ2区分别表示山前斜坡区地下水的一般富水性亚区。

应用地理信息软件分别利用前述DRASTIC方法和AHP-DRASTIC方法进行地下水易污性等级评价，分别得到上杭紫金山铜湿法厂区地下水易污性评价分区图2和图3。

图2所示为AHP-DRASTIC方法的计算结果，看出上杭紫金山铜湿法厂区地下水易污性级别大致分布在Ⅶ～X级之间，地下水系统整体状况不容乐观。易污性级别为Ⅱ、Ⅲ级的地区占23.1%，上覆土层颗粒小，地下水埋深深，属于难以污染的低易污性地带。评价级别为Ⅳ、Ⅴ级的地区占32.3%，该地区上覆土层颗粒比较小，包气带自净能力较强，属于不太容易受污染的地下水易污性略低地带。评价级别为Ⅵ级的略高易污性地区占评价区域的11.81%，表明研究区内有相当一部分地区地下水容易受到污染，这些区域土层颗粒比较大，地下水埋深比较浅，虽有一定的抗污能力，但仍属于易受污染的高易污性地带。评价级别为Ⅶ、Ⅷ级的易污性较高区域占24.86%，该地区上覆土层多为颗粒比较大的砂或砂质亚黏土，透水性较强，且地下水位埋深较浅，抗污能力较弱。评价级别为Ⅸ、Ⅹ级的易污性很高或极高区域占19.58%，分布于中部堆矿场、溶液池，可视为农药区。属于极易受污染、易污性极强区域，该区域地下水埋深浅，上覆土层一般为回填土，透水性强，有利于地表污染物的渗透和迁移，包气带的自净能力比较弱，地下水补给强度大。同时，这一带又是人类活动最为强烈的地区，堆矿、溶液池等污染现象很严重，是地下水重点保护区。总体上，本区地下水易污性大致呈正态分布，其中，Ⅱ～V级的不易污染、偏低易污性地区占43.73%，Ⅵ～Ⅹ级的易受污染、高易污性地区占56.27%。因此，本区地下水系统，整体上易受污染、易污性极高，这与实际情况基本吻合。

图3所示为传统DRASTIC方法的计算结果，含水层易污性评价值在174～211之间，主要集中在180～200范围内。易污性级别为Ⅱ、Ⅲ级的低易污性地区占评价区域13.21%，易污性级别为Ⅳ、Ⅴ级的不太容易受污染的地下水易污性略低地区占15.36%，易污性级别为Ⅵ级的略高易污性地区占17.46%，易污性级别为Ⅶ、Ⅷ级的地区占44.03%，评价级别为Ⅸ、Ⅹ级的易污性很高或极高区域占9.91%。

以上两种方法得到的含水层易污性等级分布范围和变化走势大致相似，仅在较小范围内出现一定的差异，前者得到的不同地段含水层易污性等级的变化较后者更灵敏，分布范围及变化情况更精确，与当地地下水环境实际情况更吻合；而后者评价结果相对较粗略，易污性等级变化缺乏连续性。因为DRASTIC方法各评价指标的权重为定值(表1)，没有考虑到研究区的具体情况，也使得评价结果受到影响，而改进的AHPDRASTIC方法确定权系数，具有较强的数学性，并考虑了实测资料所反映的数据本身对评价结果的影响。

4 结语

地下水易污性评价参数的选取及方法的构建，应根据研究区的自然地理状况、地质、水文地质条件、有关数据的数量与质量以及研究目的来确定，传统的DRASTIC方法具有很大的局限性，而AHP-DRASTIC方法是直接定量获得的评价指标用模糊理论的概念进行赋值，还考虑了评价指标在数量上和空间上的连续变化；并在确定指标权重时使得权重的确定具有一定的理论依据。将其应用于上杭紫金山铜湿法厂区地下水易污性评价的实例研究中，计算结果表明：总体上本区地下水易污性大致呈正态分布，其中，Ⅱ～V级的不易污染、低易污性地区占43.73%，VI-X级的易受污染、偏高易污性区占56.27%，上杭紫金山铜湿法厂区地下水系统，整体上易受污染、易污性高，在考虑建设项目时，应尽量避免兴建污染性强的项目，或者采取治理措施遏制污染的发生。这与当地实际情况吻合较好，表明该方法在我国具有较好的应用效果。通过与传统DRASTIC方法的计算结果相比较，可以看出：AHP-DRASTIC方法得到的地下水易污性等级变化较后者更灵敏，分布范围及变化情况更精确，更能真实反映地下水易污性在空间上的连续变化性，从而评价结果更符合实际情况。同时该方法在权重确定时引入了层次分析法（AHP），使得权重的确定有了一定的理论依据，丰富和改进了地下水易污性评价方法，整个评价结果更合理。

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