基于DRASTIC的AHP在洛阳市地下水环境影响评价中的应用

潘宏雨，冯颖俊

(河南地矿职业学院，河南郑州 450007)

基于DRASTIC的AHP在洛阳市地下水环境影响评价中的应用

潘宏雨，冯颖俊

(河南地矿职业学院，河南郑州 450007)

摘要将传统的DRASTIC方法与层次分析法相结合，对传统的DRASTIC评价指标赋予新的权重，并以洛阳龙宇化工有限公司PTA改扩建工程为例，介绍了基于DRASTIC的层次分析法在地下水环境影响评价中的应用。

关键词DRASTIC方法；层次分析法；地下水环境影响评价；洛阳市

随着工业化进程的不断加快，我国地下水污染日益严重。地下水防污性能是地下水抵御人为污染的能力，是衡量系统自身防污能力的关键指标，是建设项目规划选址的重要依据。目前，国内外现有的地下水防污性能评价指数模型很多，其中DRASTIC模型应用最为广泛。但在传统的DRASTIC方法中，各评价指标的权重为定值，不能很好地反映各评价指标对地下水防污性能的影响。层次分析法(AHP)将与决策有关的元素分解成目标、准则、决策3个层次，进行定性和定量分析。笔者将传统的DRASTIC方法与AHP相结合，对传统的DRASTIC评价指标赋予新的权重，并将其应用于洛阳市地下水环境影响评价中。

1建设项目场地水文地质条件

1.1地形地貌洛阳龙宇化工有限公司年产100万t精对苯二甲酸(PTA)改扩建项目位于河南省洛阳市吉利区石化产业集聚区内。该石化产业集聚区主要地貌类型为丘陵、平原和滩地。北部丘陵起伏、沟壑纵横，多为坡地和梯田，海拔为160～290 m，属黄土剥蚀丘陵区，面积16.4 km2，占总面积的20.5%；中部为黄河冲积阶地平原，地势北高、南低，地貌单元划分为Ⅱ级阶地和Ⅰ级阶地，面积40 km2，占总面积的50.1%；南部为黄河漫滩，西北较窄，东南较宽，面积23.5 km2，占总面积的29.4%。该改扩建项目场地位于黄河北岸Ⅱ级阶地Q3上，场地距南边的Ⅰ级阶地Q41.1 km，距北边的黄土剥蚀丘陵区Q20.4 km。

1.2水文地质条件

1.2.1漫滩与Ⅰ级阶地。含水层组顶板一般为厚度4～10 m的全新统冲积粉砂或粉土层，结构疏松，利于地表水或降雨的入渗；以下主要为中、上更新统卵砾石、漂石层，单层厚度5～20 m，总厚度10～60 m，局部夹有细砂、中砂层。含水层组底板埋深20～70 m。含水层渗透系数一般为15～20 m/d，单位涌水量为200～1 000 m3/(d·m)，水力性质为潜水。

1.2.2Ⅱ级阶地。含水层组底板埋深40～60 m，含水层岩性主要为中更新统砂卵砾石，上覆20～30 m厚的黄土状粉质粘土层，水位埋深多大于覆盖层厚度，局部具有微承压性质，整体水力性质为潜水。含水层组厚度由西部的10 m左右向东逐渐增至40～55 m，含水层组的富水性、渗透性则由强变弱，送庄-吉利一带单井单位涌水量为2 400～4 000 m3/(d·m)，渗透系数达20～50 m/d。吉利以东地区单位涌水量小于1 200 m3/(d·m)，渗透系数为8～12 m/d。

1.2.3黄土剥蚀丘陵区。该区分布在调查区北部的黄土塬和黄土丘陵区。含水层岩性为黄土类粉土，垂直节理裂隙和大孔隙发育，是大气降水的入渗通道及塬区上层滞水和潜水的储存场所。单井出水量受地形和汇水条件的控制，差异明显。在黄土塬区，机民井的单井出水量为200～1 000 m3/d；黄土丘陵区单井出水量为1～20 m3/d。

2DRASTIC评价方法指标体系

地下水系统防污性能是指“土壤-岩石-地下水”系统抵御污染地下水的能力，分为固有防污性能和特殊防污性能。固有防污性能是指一定地质、水文地质条件下，污染物进入地下水的难易程度，它与含水层所处的水文地质条件有关，与污染物性质无关。特殊防污性能是指地下水防止某种或某类污染物的能力。采用DRASTIC方法，对洛阳龙宇化工有限公司所在区域地下水系统的固有防污性能进行评价。

DRASTIC评价方法假设条件为：污染物由地表进入地下；污染物随降水入渗到地下水中；污染物随地下水流动而迁移。该评价方法指标体系由7个与地下水系统防污性能有关的指标组成，分别为地下水埋深(D)、含水层净补给量(R)、含水层介质(A)、土壤类型(S)、地形坡度(T)、包气带(I)、含水层渗透系数(C)。应用该法评价时，对每一个评价指标按其对应的范围或类别进行打分。D为0～1.5、1.5～4.6、4.6～9.1、9.1～15.2、15.2～20.0、20.0～30.5、>30.5 m时，评分分别为10、9、7、5、3、2、1；R为0～51、51～102、102～178、178～254、>254 mm时，评分分别为1、3、6、8、9；A为块状页岩、变质岩/火成岩、风化变质岩/火成岩、冰碛层、层状砂岩/灰岩/页岩/块状砂岩/块状灰岩、砂砾层、玄武岩、岩溶灰岩时，评分分别为2、3、4、5、6、8、9、10；S为薄层无砾砂、泥炭、膨胀或凝聚性粘土、砂质粉土、粉土、粉砂质粉土、粉质粘土、粘土质、垃圾、非膨胀或非凝聚性粘土时，评分分别为10、9、8、7、6、5、4、3、2、1；T为0～2%、2%～6%、6%～12%、12%～18%、>18%时，评分分别为10、9、5、3、1；I为承压层、粉砂/粘土/页岩、变质岩/火成岩、灰岩/砂岩/页岩/含粉砂和粘土较多的砂砾、砂砾、玄武岩、岩溶灰岩时，评分分别为1、3、4、6、8、9、10；C为0～4.1、4.1～12.2、12.2～28.5、28.5～40.7、40.7～81.5、>81.5 mm时，评分分别为1、2、4、6、8、10[1]。确定各评价指标的评分和权重后，计算DRASTIC指数。DRASTIC指数计算公式为：

Y=DRDW+RRRW+ARAW+SRSW+TRTW+IRIW+CRCW

式中，Y为DRASTIC指数；DR、DW分别为地下水埋深的评分和权重；RR、RW分别为含水层净补给量的评分和权重； AR、AW分别为含水层介质的评分和权重； SR、SW分别为土壤类型的评分和权重； TR、TW分别为地形坡度的评分和权重； IR、IW分别为包气带的评分和权重； CR、CW分别为含水层渗透系数的评分和权重。DRASTIC指数高的区域，地下水系统防污性能差，易受到污染；反之，地下水系统防污性能好，受到污染的可能性小[2-3]。

3指标权重的确定

该改扩建项目场地包气带较厚、渗透性较差、分布连续稳定，对地下水污染起着重要的屏障作用。因此，包气带阻滞污染能力的研究，对该项目地下水环境影响评价有着重要意义[4-5]。传统的DRASTIC方法中，各评价指标的权重为定值，该评价采用层次分析法。以DRASTIC指标为目标层，将7个评价指标按照与包气带相关性的高低程度分为两类，构成准则层，建立以评价指标评分为决策层的3级层次结构。将DRASTIC方法中评价包气带阻滞污染物能力的各种复杂因素用递阶层次结构表达，逐层进行评价分析，从而得到关于包气带阻滞能力的新的权重值。

按照九标度层次分析法的基本步骤，分别针对准则层的因素，将决策层各因素两两比较，获得直接判断矩阵和间接判断矩阵。计算每个判断矩阵的最大特征值(λmax)和对应的特征向量，并做一致性检验。如一致性检验通过，再进行下一步的层次单排序，计算出的最大特征值所对应的特征向量可作为权重，用Matlab计算每个判断矩阵的特征值和对应的特征向量[6]。一致性指标(CI)和一致性比例(CR)计算公式分别为：

(1)

(2)

式中，n为判断矩阵的阶数；RI为随机一致性指标，当n=1，2，…，9时，RI分别为0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45。当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性可以接受，否则应对判断矩阵做适当修正。

经一致性检验后，D、R、A、S、T、I、C的权重分别为0.206、0.062、0.157、0.202、0.047、0.294、0.032，此时CR=0.030 44。

4评价结果

从评价区水文地质条件分析可知，地下水位埋深由丘陵区向Ⅱ级阶地、Ⅰ级阶地由深变浅，含水层颗粒由Ⅱ级阶地、Ⅰ级阶地向河漫滩逐渐变粗，富水性逐渐增强，降水入渗系数逐渐增大，表明该区地质、水文地质条件受地貌单元的控制作用明显，故地下水系统防污性能评价单元的划分以地貌单元为宜。由表1可知，评价区地下水固有防污性能可分为3个等级。DRASTIC指数越大，表明包气带对污染物的阻滞能力越低，地下水防污性能越差，越容易受到污染。项目场地的DRASTIC指数为3.876，地下水系统防污性能较好，包气带阻滞污染物能力较高，地下水较难受到污染；场地北边的丘陵区，地下水防污性能最好；场地南边的Ⅰ级阶地，地下水防污性能相对较差，包气带阻滞污染物能力稍低，地下水较易受到污染。

表1　地下水系统防污性能评价结果

接下表

续表1

需指出的是，DRASTIC指数只能表示不同评价单元地下水系统防污的相对能力，并不能说明地下水系统防污的绝对能力大小，更不能代替其对某种污染物的特殊防污能力。该项目场地包气带厚度较大，渗透系数较小，分布连续稳定，对地下水系统的固有防污性能起着重要作用[7-9]。但对该项目地下水特征污染物COD的特殊防污能力大小，还需要通过包气带淋滤试验进一步确定。

参考文献

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中图分类号S181.3;X523

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)30-203-03

作者简介潘宏雨(1965- )，男，河南信阳人，高级工程师，硕士，从事环境水文地质教学与研究工作。

收稿日期2015-09-21

Application of AHP Based on DRASTIC in the Environmental Impact Assessment of Groundwater in Luoyang City

PAN Hong-yu, FENG Ying-jun(Henan Geology and Mineral Resources of Career Academy, Zhengzhou, Henan 450007)

AbstractThe traditional DRASTIC method and analytic hierarchy process (AHP) are combined to give new weights to the traditional DRASTIC evaluation index. Taking the PTA reconstruction and extension project of Long Yu Chemical Co., Ltd. Luoyang as an example, this paper introduces the application of AHP based on DRASTIC in the environmental impact assessment of groundwater.

Key wordsDRASTIC; AHP; Groundwater environmental impact assessment; Luoyang City