AHP在地下水防污性能评价中的应用—以江苏浅层孔隙地下水为例

黄晓燕，李 朗，姚炳魁

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

由于人类活动的长期影响，在全世界范围内地下水环境均表现出不同的恶化趋势。江苏省也不例外，随着社会经济的迅速发展，部分地区地表水环境污染严重。浅层地下水与地表水联系密切，一旦被污染，其水质恢复将极为困难且成本高昂［1］。因此，开展地下水防污性能评价可为相关职能部门保护地下水资源提供参考，防患于未然。DRASTIC评价模型是目前较为通用的地下水防污性能评价方法，但传统的DRASTIC模型的指标专家赋权重值过于主观化，且指标存在功能重叠的弱点，其评价结果不甚客观［2］。因此，本次研究引入相对客观的层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP法)进行权重计算［3］，并对DRASTIC模型评价指标体系进行改进，提高了评价的精确度和科学性。

1 研究区概况

研究区江苏省横跨东经 116°18'～121°57'，纵跨北纬30°45'～ 35°20'，总面积约 10.26 万 km2。松散岩类孔隙水是江苏省的主要地下水类型，主要分布于长江三角洲平原、淮河下游苏中平原、淮北平原和南四湖平原等地区的松散堆积层中，具有分布广泛、含水层次多、厚度变化大、水质复杂、富水性较好等特点。根据含水砂层的成因时代、埋藏分布、水力联系及水化学特征等，自上而下可依次划分为孔隙潜水、第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ、第Ⅳ、第Ⅴ承压六个含水层(组)，埋深在60m以浅水力联系紧密的潜水含水层和第Ⅰ承压含水层所组成的浅部孔隙含水层是本次研究对象。

2 防污性能评价

基于DRASTIC评价方法，提出了符合研究区水文地质特征的地下水防污性能评价模型—DRAVT模型。

2.1 评价指标选定及影响机理

地下水天然防污染性能反映了在一定的地质、水文和水文地质条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度，因此其与水文地质本质因素如土壤介质、包气带介质、含水层介质、水动力条件、地下水补给条件、地形等有关。

水位埋深(Depth to water－table):浅层地下水水位埋深决定了包气带厚度，即地表水进入含水层所经历的下渗距离。地下水水位埋深越大，污染物与土层介质的接触时间越长，污染物经历的各种反应(吸附、降解等)充分，防污性能越好，可作为对防污性能影响较大的因子。

降雨入渗补给强度(Recharge):是指来自大气降水以及人工补给的，能够到达地下水面的水量。降雨入渗强度愈大，携带污染物进入地下水愈多，防污性能愈差。由于该指标易受包气带岩性影响，因此其作对防污性能影响较小的因子。

含水层富水性(Aquifer water－abundance):主要考虑浅层含水层对污染物的稀释能力，富水性越大稀释能力越强，可作为对防污性能影响影响较大的因子。

包气带岩性(Vadose lithology):包气带颗粒越细污染物迁移越慢，污染物与介质接触时间越长，吸附容量大，污染物经历的各种反应(吸附、降解等)充分，防污性能越好。包气带介质影响是对防污性能影响最显著的因子。

地形坡度(Topography):地形坡度大的地段地下水不易下渗，污染物易随雨水流走而不易下渗，防护性能较好。该因子是对防污性能影响影响最小的因子。

2.2 指标评分及单元格划分

参照 DRASTIC模型评分标准［4］，对指标不同分级进行评分(表1)。利用MapGIS软件，对研究区按10 km×10 km网格大小进行单元剖分，每个单元作为独立的评价单元，并对网格单元进行了编号，对5个评价指标项目按5个图层进行单元格赋值，将评价指标依据各自的评分标准在其各图层上赋予相应的评分，并形成各评价指标的评分。

2.3 基于AHP的指标权重确定

层次分析法是一种多方案或多目标的决策方法。本文结合江苏松散孔隙地下水特征，提出了基于 AHP的权重层次分析图。基于 AHP的求解方法为［5］:(1)将5个评价指标进行对比，建立评价指标之间相对重要性的5阶比较判别矩阵(表2);(2)计算判别矩阵的特征值，求出对应特征向量，进而求出各参数的权重(表3);(3)进行一致性检验。求得λmax=5，RI=1.12，CL=1.6 × 10－5，CR=1.4 × 10－5，CR ＜0.10，判断矩阵具有满意的一致性［6］，层次单排序结果有效可靠。

表2 指标重要性判别矩阵

表3 AHP判别的参数权重

2.4 防污性能计算

应用各评价因子评分及权重体系进行图层间的叠加分析，可得到每个评价单元的地下水防污性能综合指数，即防污性能综合指数为各评价因子评分的加权和。

式中的各字母代表的评价因子如前所示，下标w表示权重，r表示评分。

表1 DRAIT参数等级评分表

运用建立的DRAVT评价模型，计算得到的研究区防污性能综合指数为 1.1 ～8.79。

3 防污性能分区及结果分析

根据计算结果，将防污性能共分为4级:Ⅰ级，1.0～2.2，防污性能良好;Ⅱ级，2.2 ～ 3.0，防污性能较好;Ⅲ级，3.0≤V ＜3.6，防污性能一般;Ⅳ级，V≥3.6，防污性能较差。

3.1 防污性能良好区

分布于地势较高、坡度较大、包气带岩性颗粒较细的丘陵岗地区，面积约0.13万 km2。主要位于:盱眙南部丘陵区，该区浅层地下水富水性虽差(单井涌水量多小于100m3/d)，但包气带岩性为粉质粘土，水位埋深3～10m，污染物即使入渗，迁移速度慢，与介质接触时间长，衰减显著，故防污性能良好;泗洪天岗湖－归仁岗地区，该区包气带岩性为粘土，且浅层地下水富水性较好(单井涌水量100～500m3/d)，稀释能力较强，加之水位埋深大(北部为2～3m，南部地势较高，水位埋深加深至3～7m)，地下水不易被污染。

3.2 防污性能较好区

分布面积约4.47万 km2，该区主要特征是包气带岩性颗粒较细，富水性一般－较好。主要位于:徐州－连云港北部丘陵及山前平原区，该区包气带岩性为粉质粘土，除连云港滨海平原水位埋深较浅(1～2m)，其它地区多在2m以上，浅层地下水单井涌水量多在100～500m3/d，沭阳、邳州等局部地区达500～1 000m3/d;环洪泽湖－高邮湖－里下河平原区，包括泗洪、洪泽、盱眙、金湖、高邮、兴化、及宝应南部地区，包气带岩性为粉质粘土，水位埋深1～2m左右，浅层地下水单井涌水量以100～500m3/d为主，洪泽湖东岸达500～1 000m3/d;宁镇丘岗及山前平原区，该区包气带岩性为粉质粘土，水位埋深在2m以上，单井涌水量多小于100m3/d;太湖平原区，该区包气带岩性为粉质粘土，水位埋深多在1～2m，浅层地下水单井涌水量多在100～5 00m3/d。

3.3 防污性能一般区

分布面积约2.66万 km2，主要特征是包气带岩性颗粒较粗，富水性一般－较好。主要分布于:苏北废黄河主河道高漫滩两侧区，呈东西向条带状，淮安以下呈喇叭口状展开，北侧扩至连云港，南侧扩至盐城，面积约1.68万 km2，该区包气带岩性为粉质粘土与粉土互层，多属河流泛滥沉积，颗粒明显细于高漫滩相，水位埋深在宿迁以西地区为2～3m，以东地区以1～2m为主(连云港地区仅有0.7～1m)，浅层地下水富水性较好，单井涌水量多在100～500m3/d，丰沛、淮安－建湖－涟水等局部地段达500～1 000m3/d;长江北部三角洲平原区，区内包气带岩性以粉土为主(南通局部地区为粉质粘土与粉土互层)，水位埋深2～3m，但富水性好，单井涌水量多在500～1 000m3/d，江都－泰州南部达1 000m3/d以上。此外，宁镇山前平原滁河、秦淮河等河漫滩区，单井涌水量多在10m3/d左右，水位埋深多在2～3m，但包气带岩性较粗(以粉土为主)，防污性能一般。

3.4 防污性能较差区

主要位于废黄河两侧高漫滩区、盐城射阳－东台沿海地区及仪征以上、扬中以下沿江两岸，面积约1.61万 km2。区内富水性变化较大，单井涌水量在100～1 000m3/d不等，包气带岩性主要为粉土、粉砂，泗阳以西地区水位埋深以2～3m为主，其它地区多在1～2m，阜宁－射阳局部地段水位埋深小于1m。该区包气带岩性较粗，污染物下渗容易，是地下水防污性能较差的主要原因。

4 结语

针对DRASTIC方法在实际应用中存在的问题和研究区的实际情况，提出基于AHP的 DRAVT评价模型，该模型能够真实地反映研究区地下水防污性能的主要影响因素及其权重，降低了评价指标间的干扰度以及人为主观因素的影响，评价结果能较为客观地反映区内地下水的防污性能。

［1］黄晓燕，张素英，王晓梅，等.江苏省地下水污染防治规划［R］.南京:江苏省地质调查研究院.2008.

［2］鄂建，孙爱荣，钟新永.DRASTIC模型的缺陷与改进方法探讨［J］.水文地质工程地质.2010，37:(1)，102 －107.

［3］Hendry Raharjo，Min Xie，Aamout C.Brombaeher.On modeling dynamic priorities in the analytic hierarchy proeess using compositional data analysis［J］.European Journal of operational Researeh，2008，194:(3)，834 －846.

［4］Linde Aller，Truman Bennett，Jay H，et al.DRASTIC:A Standardized System for Evaluating Ground Water Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings.EPA/600/s2 －87/036，SEPT 1987.

［5］许树柏.层次分析法原理［M］.天津:天津大学出版社.1986.

［6］李艳华.基于层次分析法的地下水脆弱性评价指标权重的确定［J］.山西水利.2010，6，79－80.