基于GIS叶尔羌河流域地下水防污性能评价

2016-06-15冯加远刘博榕

地下水 2016年1期

关键词：包气平原区含水层

冯加远，刘博榕

(西北大学地质学系，陕西西安 710069)

基于GIS叶尔羌河流域地下水防污性能评价

冯加远，刘博榕

(西北大学地质学系，陕西西安 710069)

[摘要]地下水防污性能反映地下水系统天然防护能力，可以为土地利用规划、地下水防治区划、地下水污染风险等提供科学依据。结合叶尔羌河流域的水文地质条件，对DRASTIC评价模型进行了改善，建立了符合叶尔羌河流域的DRASTIC价模型。该模型由地下水埋深、渠系入渗补给系数、含水层岩性、地下水富水性、包气带介质等5个因子组成，应用GIS技术各因子加权叠加的综合指数进行等级划分，得到叶尔羌河流域地下水防污性能评价图。该模型的评价结果客观科学，能有效的为地下水保护、治理及资源管理部门服务。

[关键词]地下水防污性能；DRASTIC评价模型；评价方法；GIS技术

叶尔羌河流域位于祖国西部边陲的新疆维吾尔自治区西南部，塔里木盆地西缘，地跨喀什、和田、克孜勒苏柯尔克孜自治州及阿克苏等四个地区九个县，是新疆维吾尔自治区境内最大的灌区。一个区域的防污性能的好差与区域的地形、气候、上覆土层和岩层性质、含水层性质等有着密切相关的联系。本文根据叶尔羌河流域的特殊的地理位置和水文特征，对DRASTIC评价方法进行改造，选取适合叶尔羌河流域的的评价因子，建立相应的评分和权重体系，建立适合该地区实际状况的评价模型，并结合GIS方法对该地区浅层地下水防污性能进行评价[1,2,3]。

1水文地质概况

叶尔羌流域的南部高山区为终年积雪的昆仑山，大量的冰雪融水为广大的北部平原提供了充沛的地表水、地下水水源。流域内发育了贯穿全区的长1 179 km的叶尔羌河，及终结于平原上部的提孜那甫河、乌鲁克河、柯克亚河，构成了流域的主要河流网，平均每年为平原区输送丰富的地表水资源。纵横交错的灌溉系统为平原区地下水的转化提供了充分有力的保证。

南部高中山区的基岩构造裂隙水，含水层主要由元古界、古生界和中生界的变质岩、石灰岩、砂岩及砂砾岩所组成，该区地层经历多次构造运动，其节理裂隙发育，基岩裸露，大气降水和地表水直接沿裂隙下渗转化为地下水。

南部的低山丘陵是由一系列近东西向背斜组成，含水层主要为弱透水的第三纪砂泥岩与下更新统砾岩，地下水除接受微弱的大气降水与地表水入渗外主要接受来自高中山区地下水的侧向径流补给，赋存于裂隙、孔隙之中，形成碎屑岩裂隙孔隙水。

叶尔羌河冲积平原堆积的巨厚的第四纪松散层为平原区地下水赋存和运移提供了良好的空间。受构造、地形控制，洪积扇前缘地下水以泉群的形式溢出地表，广大的平原区受干旱气候所至地下水以蒸腾、蒸发的形式进行排泄。

2叶尔羌河流域地下水防污性能评价

由于区域地下水文地质的差异，在评价研究区域并不能照搬DRAMTIC评价模型将，要根据区域的具体情况，并结合国内外已有成功的案例的基础上，结合叶尔羌河流域的水文地质特性，选取符合叶尔羌河流域的地下水防污性能DRAMTIC评价模型因子[4]。

2.1评价因子的选取

DRASTIC模型7个评价因子分别为：地下水埋深、净补给量、含水层介质、土壤类型、地形坡度、包气带介质以及含水层水力传导系数。由于叶尔羌河流域具有特殊水文地质及自然地理条件以及实测资料获得的难易程度与准确度，共选择5个影响地下水防污性能的因子：地下水埋深、渠系入渗补给系数、含水层介质、含水层富水性、包气带介质。

地下水位埋深是对地下水防污性能影响程度最大的因子之一。由于地下水位埋深决定着污染物到达含水层之前传输媒介材料的深度，以及有助于确定与周围介质接触的时间，并且提供了污染物与大气中的氧接触致使其氧化的最大机会[5]。

净补给量为单位面积内通过地表下渗到达地下水水位的水量。补给水是污染物向地下水运移的主要载体，一方面控制着污染物的传输，同时对污染物有着有着稀释的作用，但这个量很难准确获得。叶尔羌河流域地下水的净补给主要来源于渠系入渗补给量。因此，选取渠系入渗补给系数来代替净补量这一因子对叶尔羌河流域地下水防污性能评价中的影响。

包气带是指潜水位以上的非饱水带，它应该包括土壤层。由此可见，DRASTIC模型中的土壤类型和包气带介质这两个因子描述的内容很相近，应该把这两个因子合并成一个用于评价叶尔羌河流域浅层地下水天然防污性能才比较合理。

含水层介质和含水层水力传导系数这两个因子是重复因子，主要影响污染物在含水层迁移的难易程度，但含水层介质的资料获取易于含水层水力传导系数，所以，选取含水层介质作为防污性能评价因子。

另外考虑到调查区内含水层富水程度能更好的反映地下水的资源特性，即：叶尔羌河流域的地下水富水地段都是居民聚集地区，防污性能的好差影响当地居民的饮水安全，居民聚集地区的防污性能的评价就显得尤为重要。因此，选取含水层的富水性作为地下水污染防污性能的评价因子。

2.2评价因子评分与权重体系

本文就已选择的5个评价因子的各个要素进行赋值，赋值越大，地下水防污性能越差。每个要素赋值范围1～10之间，根据野外实际调查和以前的资料，并结合美国环保总署规定了每个要素的赋值标准，同时给每个要素分配一个权重值，其范围为1～5，权重值的大小反映了该要素对地下水防污性能的贡献程度，权重越大，表示该指标对地下水污染的相对影响越大。建立本模型的评分体系(表1)与权重体系(表2)。

2.3地下水防污性能综合指数计算方法

利用GIS技术的空间分析功能对各评价因子评分及权重体系进行图层间的叠加合并分析，不同水文特征的地区，防污性能综合指数也不同，表明防污性能的不同，根据防污性能综合指数完成地下水防污性能分区[6]。

地下水防污性能综合指数是选取的5个评价因子赋值的加权乘积和，由下式计算：

DRASTIC=DWDR+RWRR+MWMR+AWAR+TWTR

式中：下标R代表各要素的赋值，下标W代表各要素的权重值。

表1　DRASTIC模型评分体系

2.4地下水防污性能评价结果

应用上述建立的DRAMTIC评价模型，计算的防污性能综合指数最小值为74，最大值为164，为方便分级，将理论值进行折算，折算系数=1/1.64，即折算后的指数范围为45.73～100，根据折算后的防污性能指数大小由高到低，划分为三个级别(表3)：防污性能差、防污性能较差、防污性能中等。

表2　DRASTI模型权重体系

表3　地下水防污性能分级

从叶尔羌河流域地下水防污性能分区图上可以看出：叶尔羌河流域在莎车县以北防污性能由叶尔羌河两侧至两侧沙漠区呈现逐渐变好的趋势；莎车县以南由丘陵区至平原区，防污性能逐渐变好，其变化特征与调查区内地形地貌、地质及水文地质的变化情况一致。

防污性能差的区域：主要分布在莎车县以北叶尔羌河两侧平原区和南部丘陵区，莎车县以北平原区地下水位埋深较浅，基本都在10 m以内，包气带岩性为中细砂，灌溉渠系密布，农业较为发达；南部丘陵区地下水埋深基本都在20 m左右，包气带岩性为砂砾石，颗粒粗，天然防护能力差，地表水体及污染物的垂向渗透能力强，潜水含水层渗透系数大，污染物极易扩散，地下水最容易被污染。

防污性能较差的区域：主要分布在莎车县以北平原区与沙漠区的过渡地带和莎车县以南的大部分平原地区，这些区域地下水埋深较深，包气带为中细砂，灌溉渠系较少，富水性较差，防污性能较莎车县以北平原区好。

防污性能中等区域：主要分布在泽普县东部至叶城县一带小部分区域，这些区域包气带岩性为亚砂土，颗粒较细，天然防护能力较好，污染物垂向渗透能力差。

3结语

参照DRASTIC方法的思路，制定的研究区地下水防污性能评价方法经检验比较好地反映了叶尔羌河流域的实际情况。基于GIS技术得到的防污性能分区图对该地区制定地下水污染防治措施具有现实的参考价值。所以，还有待进一步研究。

参考文献

[1]孙才志，潘俊.地下水脆弱性的概念、评价方法与研究前景[J].水科学进展.1999，10(4):444-449.

[2]姜桂华.地下水脆弱性研究进展[J].世界地质.2002，21(1)：33-38.

[3]李辉，等.湛江市浅层地下水防污性能评价[J].华北水利水电学院学报.2006，27(4)，98-100.

[4]张泰丽，等.基于DRASTIC的丽水市地下水防污性能评价[J].地球与环境.2012,40(1)，115-120.

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

[6]. 杨庆,栾茂田.地下水易污性评价方法- DRASTIC指标体系[J].水文地质工程地质.1999,(2):4-9.

[收稿日期]2015-09-28