层次分析综合法在地下水污染防治区划方面的应用——以南四湖平原区为例

张卓，徐建国，于翠翠，宋永芬，张贵丽

（1.山东省地质调查院，山东济南 250013；2.山东省地矿工程集团有限公司，山东济南 250013；3.济南春旭化工设计有限公司，山东济南 250014）

自20世纪80年代以来，城市化进程步伐加快，生活污水和工业废水超标排放，地下水开采强度不断增大，环境水文地质问题日趋严重，给当地居民身体健康和经济建设带来严重影响［1－3］，地下水污染防治成为热门话题，如对城市地下水防污性能的研究［1］，以及淮河流域地下水水质［2］。笔者通过对地下水防污性能评价方法的研究［4－7］，提出利用层次分析综合的原理对地下水污染进行区划，以达到地下水污染防治的目的。

1 概况

1.1 地形

工作区地形为山前平原由丘陵山区向外围倾斜，地面高程9～50m，坡降约1／500～1／2 000；微倾斜低平原区除局部有零星孤山、残丘外，地势低平，向E，NE方向微微倾斜，地面高程3～70m。

1.2 气象

工作区属于暖温带大陆型季风气候区，四季分明，春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季旱涝不均、冬季寒冷少雪，全区多年平均气温12～14℃，全年1月份气温最低，月平均气温－3～5℃，7 月份气温最高，月平均气温26～29℃。

1.3 地表水系

工作区水系发育，多年平均径流量由西北往东南递增，为70～350mm／a，主要河流有独流入海的小清河、弥河、白浪河、潍河，独流入湖的红卫河、万福河、洙赵新河、汶河、泗河，主要湖泊有微山湖（南四湖）、东平湖（图1）。

1.4 地下水水质

天然状态下浅层孔隙水由中低山丘陵区浅层孔隙含水层、冲积洪积平原低矿化淡水区的钙型、钙镁型、钙钠型·重碳酸型（现状条件下重碳酸氯型水分布面积增加，阴离子类型复杂化），过渡为冲积平原古河道带淡水区、冲积湖积平原咸淡水区的镁钙型、钠钙型、钠镁钙型、钠镁型·重碳酸、氯型水，到海积冲积平原咸水区则出现钠·氯型水，部分重碳酸型水转变化氯化硫酸型水。

图1 地下水污染防治区划图

2 区划方法

2.1 分区原则

地下水防污性能评价方法很多，较为相似的有美国EPA 地下水防污染性能评价方法（DRASTIC）［1，6］，采用EPA（DRASTIC）法对地下水污染防治区划的划分原则。重要地下水源保护区和修复治理场地范围依据调查工作直接划定，其余地区根据地下水污染防治基本要求，原则上划为4个区：

（1）重点防护区：地下水系统防污性能差，地下水资源丰富或开采程度高，污染源多的区域。

（2）中等防护区：地下水系统防污性能较差，地下水资源较丰富或开采程度较高，污染源较多的区域。

（3）一般防护区：地下水防污性能中等，地下水资源和开采程度一般，污染源较少的区域。

（4）自然防护区：地下水防污性能好，地下水资源较贫乏或开采程度较低，污染源零星分布的区域。

2.2 评价指标选取

防护区评价指标选取地下水防污性能、地下水污染评价、地下水可开采资源分布、地下水开采程度和污染源荷载5项：

地下水防污性能：防污性能越差，地下水污染防护级别越高。

地下水污染评价：地下水污染程度越高，地下水污染防护级别越高。

地下水资源分布：地下水可开采资源越丰富，地下水污染防护级别越高。

地下水开采程度：采用开采潜力指数（Q可采／Q实采）表示地下水开采程度，开采潜力指数越低，开采程度越高，相应的地下水污染防护级别越高。

污染源荷载程度：指污染源分布状况，分为工业、农业、污水灌溉、畜禽养殖、采油、垃圾场等类型。污染源荷载程度越重，地下水越容易受到污染，地下水污染防护级别越高。

2.3 指标赋值

对工作区进行网格剖分，对网格单元进行了编号。

利用MapGIS软件，对5个评价指标项目按5个图层进行单元格赋值，将评价指标根据各自的评分标准（表1），在其各图层上赋予相应的评分并形成各评价指标的评分图，然后与剖分单元文件进行空间相交分析，各指标评分就传递给了剖分单元，再在属性库子系统下，将各评价指标的评分输出，进行相应的处理，形成Excel赋值数据。

表1 地下水污染防治区划评价因子分值

2.4 指标权重

对5项评价指标采用专家打分法及层次分析法分别给予评分和权重，方法与防污性能评价方法相同，专家打分及指标权重计算结果见表2、表3。

表2 层次分析定权法的判断矩阵标度分级

表3 地下水污染防治区评价各指标权重

2.5 区划指数计算与分级

地下水污染防治区划指数计算公式：

式中：PI—区划指数，PI 值越高，防护等级越高；A—地下水防污性能；B—浅层地下水污染程度；C—浅层地下水可采资源量；D—浅层地下水开采程度；E—污染源荷载程度；R—指标评分等级；W—指标权重。

计算结果表明，工作区剖分单元PI 指数范围值为2.07～8.59。将所有剖分单元的PI值进行分布统计，形成PI值频数分布直方图。采用PI值频数曲线将防冶级别进行四级划分，划分方法是将频数曲线与PI轴形成图形的面积按20%∶30%∶30%∶20%的比例划分，分区界线对应的PI 值即为PI分级值（表4、图2）。

表4 地下水污染防冶区划分级

图2 防污性能分级的PI值界线值确定图

3 结果

在工作区各剖分单元PI 值和分级值绘制PI值等值线基础上，经修正形成防护分区：重点防护区、中等防护区、一般防护区和自然防护区，再根据该次工作调查划定重要地下水源保护区和修复治理场地，形成工作区地下水污染防治区划图（图1）。

4 结论与建议

4.1 结论

此方法选取地下水防污性能、地下水污染评价、地下水可开采资源分布、地下水开采程度和污染源荷载为防护区评价指标，考虑因素较为全面，可操作性强；难点在于PI界限值的确定，对5项评价指标采用专家打分法及层次分析法分别给予评分和权重，应慎重确定PI界限值。

4.2 建议

根据不同的地下水污染区划采取不同的防护措施：

（1）重点防护区和中等防护区：①严格控制重污染项目的新建、改建、扩建，对不能做到稳定达标排放的污染严重的企业应当依法关停、搬迁。②对流经该区的河流水质进行综合治理，严禁向河道排放污水，确保河流水质，禁止河道挖沙。③对区内规模化养殖场，应当建设配套的污染防治设施，对畜禽粪便、农作物秸秆、农用地膜等农业生产残留物，应当进行无害化处理和资源化利用［8］。④采取政府资金补贴方式，逐步在农村开展旱厕改造工程，加强旱厕改造政策的宣传。⑤逐步减少农药、化肥使用量。

（2）一般防护区：该区应加强地下水水质监测，掌握地下水水质变化规律，发现地下水水质恶化趋势时及时采取防治措施。

（3）自然防护区：地下水资源相对较贫乏或浅层无淡水资源，暂不采取人为的污染防护措施，靠自然防护即可。

［1］ 喻生波，屈君霞.城市地下水防污性能评价［J］.甘肃科技，2008，24（6）：42，50－52.

［2］ 李肖兰，吕华.淮河流域山东段地下水质量评价［J］.水利经济，2012，30（1）：36－39.

［3］ 罗兰.我国地下水污染现状与防治对策研究［J］.中国地质大学学报（社会科学版），2008，8（2）：72－75.

［4］ 钟佐燊.地下水防污性能评价方法探讨［J］.地学前缘，2005，12（增刊）：3－11.

［5］ 李亚松，张兆吉，费宇红.地下水质量综合评价方法优选与分析：以滹沱河冲洪积扇为例［J］.水文地质工程地质，2011，28（1）：6－10.

［6］ 姜志群，朱元胜.地下水污染敏感性评价中DRASTC法的应用［J］.河海大学学报，2001（3）：100－103.

［7］ 程继雄，程胜高，张炜.地下水质量评价常用方法的对比分析［J］.安全与环境工程，2008，15（2）：23－25.

［8］ 周怀东，彭文启.水污染与水环境修复［M］.北京：化学工业出版社，2005.