基于DRASTIC模型的地下水脆弱性评价方法及应用

谢朝福

摘要：文章对地下水脆弱性的概念、脆弱性评价方法进行了介绍。针对荆泉断块岩溶地下水的水文地质特征，选用DRASTIC方法对该地区的地下水进行了脆弱性评价，并对评价结果进行了分析。最后，文章指出地下水脆弱性评价是地下水资源管理与保护的重要依据。

关键词：地下水脆弱性；DRASTIC方法；权重

前言

“地下水脆弱性”是指由于自然条件变化或人类活动影响，地下水遭受破坏的趋向和可能性，它反映了地下水对自然和（或）人类活动影响的应付能力。地下水脆弱性一般分为固有脆弱性和特殊脆弱性。目前地下水脆弱性评价方法主要有迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法、模糊数学方法等几种。过程数学模拟法和统计方法侧重于特殊脆弱性评价，模糊数学方法侧重于固有脆弱性评价，迭置指数法对于固有脆弱性和特殊脆弱性评价均适用。迭置指数法又分为水文地质背景参数法和参数系统法。参数系统法由美国环境保护局于1987年提出，是目前国内外地下水脆弱性评价中应用最广泛的方法，参数系统法中的DRASTIC方法采用的是一种经典的加权评分法，这种经典的加权评分法简单易行，被广泛采用于地下水脆弱性评价工作中，并取得了良好的效果。

本次研究根据荆泉断块岩溶地下水的水文地质特征和区域特色，选用DRASTIC方法，对荆泉断块岩溶地下水固有脆弱性进行评价。

1.研究区概况

本区属于温带季风型大陆性气候，一般盛行风向东风和东南风，气候适宜、四季分明、雨量充沛、气温较高、光照充足、无霜期长，年均气温13.5℃，年平均降水量875mm，70%降雨多集中在6月～9月，约为612mm，其它月份年降水量约263mm。

荆泉断块岩溶水系统位于峄山断裂以东，桑村穹窿以北，包括滕州市东北部、山亭区西北部和邹城市东南部的11个乡镇，总面积约224.72km²。荆泉断块为三面高、中间低的簸箕状地形，开口于西南部，荆河由东北——西南斜穿本区，构成了簸箕谷底。本区按地貌形态分为低山丘陵区和山前倾斜平原区；三面高地为低山丘陵基岩裸露、半裸露区，海拔在100m～400m；中部为山前倾斜平原第四系覆盖区，海拔在70.20m～100m；西南的洪村为本区的最低点，海拔70.20m。丘陵至簸箕谷底的地形坡降为2.0‰～3.75‰。本区岩溶地下水主要含水介质为奥陶系和寒武系碳酸盐岩；第四系覆盖区浅表地层岩性多为粉土、粉质粘土，地势平坦，地面坡降小，不易形成地表径流。

研究区裂隙岩溶主要发育在奥陶系马家沟组灰岩、白云岩中，其连通性好，导水性强，水量丰富，是区内岩溶水的主要赋水岩体。岩溶水极强富水区位于峄山断裂东侧的俞寨——罗庄一带，岩溶发育极为强烈，含水层厚50m～70m，井孔单位涌水量大于3000m³/（d·m），最大达6988.98m³/（d·m）。其中，小寨、王庄一带为强富水区，岩溶发育、导水性好、富水性强，含水层厚约25～70m，钻孔单位涌水量1000～3000m³/（d·m），其它地段富水性不均一，受构造影响明显，钻孔单位涌水量小于1000m³/（d·m），北部基岩山区钻孔单位涌水量小于100m³/（d·m）。岩溶水的水化学类型以HCO₃-Ca型、HCO₃-Ca-Mg型为主，少部分地区见HCO₃·SO₄-Ca型，溶解性总固体（TDS）一般400mg/L～800mg/L，PH值7.1～8.0。局部地段的深层岩溶水水质较差，溶解性总固体（TDS）高达1200mg/l。岩溶水水位动态变化与大气降水、人工补给和开采以及地形地貌条件有关。

2.DRASTIC评价方法

2.1评价因子的选择

地下水环境脆弱性评价DRASTIC方法的评价指标包括地下水水位埋深（D）、地下水净补给量（R）、含水层介质（A）、土壤介质（S）、地形地貌（T）、包气带介质（I）和水力传导系数（C）等。本次研究由于受评价区研究程度的限制，在此取前六项指标进行评价。

2.2 DRASTIC模型简介DRASTIC方法的评价模型为：

式中：DRASTIC-评价指标值；

T_i-第i个评价因子的取值；

w_i-第i个评价因子的权重。

w_i直接采用DRASTIC提供的权重值（见表1），T_i采用DRASTIC提供的评价因子的等级分量值（见表2）。

2.3指标计算

地下水系统脆弱性指标由公式（1）进行计算：

DRASTIC=5D+4R+3A+2S+1T+5I

具有较高脆弱性指标的区域，该区域的地下水就易于被污染，相反则不易被污染。脆弱性指标最小为23，最大指标为196，为计算方便，最大值196折算为100，最小值约为12。

2.4脆弱性区域划分

地下水脆弱性分区按照综合指数大小由大到小，可划分五个级别：

第一级：100～80，地下水脆弱性高；

第二级：80～60，地下水脆弱性较高；

第三级：60～40，地下水脆弱性中等；

第四级：40～20，地下水脆弱性较低；

第五级：<20，地下水脆弱性低。

3.地下水脆弱性分区

3.1应用GIS软件进行脆弱性评价

根据研究区具体情况及获得的数据资料，分别建立各个因子在各个评价单元上的评分，得到研究区各个因子的评分图，再应用GIS软件的地理分析系统按各因子对应的评分图按各个因子的相对权重值进行图层间的叠加分析，得到各单元的地下水脆弱性分区图（见图1）。

3.2评价结果分析

应用GIS软件对6个参数对应的评分图按各个因子的相对权重值进行图层间的叠加分析得到脆弱性分区图（见图1）。根据前述脆弱性综合指数划分的五个级别可知，研究区内由东北、东南部向西部地下水脆弱性有逐渐减弱的趋势，即研究区东北、东南部低山丘陵区岩溶地下水脆弱性较高，地下水较易受污染；反之，研究区中部和西部岩溶地下水脆弱性较东部脆弱性低一些，较不易受污染。

4.结语

（1）本次地下水脆弱性评价只考虑了地下水防污性能相关的水文地质特征，并未考虑污染物质的化学特性。当一个建设项目规划实施前，必须先评价其对项目所在地段地下水环境的影响程度；对地下水可能造成污染的工程项目尽量避免规划建设在高脆弱性分区范围内，如若项目必须实施，则需在建设项目所在地及其周边地面采取相应的防渗工程措施，以尽量减少地下水污染事故发生的可能性。

（2）地下水脆弱性评价是一个典型的定性与定量相结合的问题，DRASTIC方法采用加权评分法掩盖了各评价因素指标值的连续变化对地下水环境脆弱性的影响，因此，地下水脆弱性是一个动态过程，需要不断监测、搜集相关资料，实时更新数据，不断修正地下水脆弱性分区，使之更好地为区域社会经济发展与规划建设服务。

（3）在利用DRASTIC方法进行地下水脆弱性填图时，可以结合其它方法进行地下水脆弱性分区评价，以便利用评价结果进行互相比较验证。