山东半岛蓝色经济区地下水防污性能评价

王少娟

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

0 引言

地下水作为主要的淡水资源之一，对其不合理的开采已导致了各种环境地质问题，也导致了日益严重的地下水污染问题。地下水在受到污染时，含水层系统具有一定的自然防护能力，而受到水文地质条件差异性的影响，含水层的这种自然防护能力往往在空间上也具有显著的差异。地下水的防污性能反映了含水层的自然防护能力，也反映了地下水系统的脆弱性。因此有针对性地开展地下水防污性能评价，不仅可以识别出地下水系统中容易受到污染的高风险区，也有助于预测和评价人类活动对地下水环境的影响程度[1]。

目前，国内外地下水防污性能评价方法大约有30多种，其中以DRASTIC评价方法的应用最为广泛，该模型由Aller[2]等人于1987年提出。由于DRASTIC评价方法具有可操作性强，评价指标信息容易获取等优点，使得该方法在区域地下水脆弱性评价中具有较好的应用效果[3]。DRASTIC作为已经被认可的评价模型，在美国、南非、以色列、伊朗、欧盟等国普遍采用[4-7]。

山东半岛蓝色经济区濒临黄海、渤海，资源丰富。国务院相继于2009年、2011年正式批复了《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》和《山东半岛蓝色经济区发展规划》，山东半岛蓝色经济区开发建设已上升为国家战略[8]。为保障山东半岛蓝色经济区开发建设，许多学者已经对山东半岛的地质环境及承载力[9]、土地环境质量[10]、水资源优化配置方案[1-12]、水资源可持续利用潜力[13]、地热资源规划[14]等进行了研究。而随着经济的不断发展，工业、农业、生活污水的排放会对地下水水环境造成污染，但目前针对山东半岛蓝色经济区地下水污染的研究尚不多见，仅王涛等[15]对该地区海岸带北段地下水腐蚀性进行了评价，王玉莲等[16]对威海市地下水防污性能进行了评价。因此，该文将采用DRASTIC评价方法对山东半岛蓝色经济区地下水防污性能进行评价，以期对山东半岛蓝色经济区地下水资源保护提供依据。

1 研究区概况

山东半岛蓝色经济区规划范围，包括青岛、烟台、威海、潍坊、日照、东营6市和滨州市的无棣县、沾化区，共计51个县(市、区)的行政范围，总面积约64000km2[17-18]。

研究区气候属暖温带季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。全区多年平均气温12～13℃。区内降水具有时空分布特征，从空间分布上，总体降水量东部高于西部，南部高于北部，多年平均降水量500～800mm；从时间分布上，降水多集中在7～9月，占全年降水量的70%。年平均蒸发度在1100～2200mm，全年分配不均，其空间分布与降水量相反，由西北向东南递减。

根据地下水赋存条件与地貌单元分布条件，可将研究区划分为3个大的水文地质区(图1)：平原松散岩类水文地质区，中低山丘陵碳酸盐岩类为主水文地质区，低山丘陵松散岩、碎屑岩、变质岩类水文地质区[19]。其中，平原水文地质区为华北台坳的一部分，新生代以来一直缓慢下降，沉积了巨厚的新近系、古近系和第四系松散堆积层，第四系及新近系含水砂层发育，受燕山期运动形成的一系列坳陷和隆断控制，坳陷区沉积厚度大，含水砂层厚，颗粒较粗，为深层孔隙水的富水地带，隆断区地下水的赋存条件相对次之。中低山丘陵水文地质区区域差别较大，发育有裂隙含水层、岩溶含水层，总体来说，该区地下水补给条件充分、水力坡度较大，地下径流畅通，水交替强烈，在垂直和水平方向上无明显变化。低山丘陵水文地质区主要为基岩裂隙含水层，该区地形高低起伏较大，地下水的赋存条件差，富水性弱。

图1 山东半岛蓝色经济区水文地质分区图

2 防污性能评价

地下水防污性能评价是地下水污染防治的基础性工作，可以区别不同地区地下水环境的脆弱程度，定量化评价地下水环境潜在的易污染程度，从而警示人们在开发利用地下水资源时，有针对性地采取相应的防治保护对策，保障我国经济社会的可持续发展。

地下水防污性能是指由于自然条件变化或者人类活动影响，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人类活动影响的应付能力。地下水防污性能通常可分为天然防污性能和特殊防污性能两类[20]， 其中：①天然防污性能(intrinsic vulnerability)，是指在一定的地质与水文地质条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度，它与含水层所处的地质与水文地质条件有关，与污染物性质无关；②特殊防污性能(specific vulnerability)，是指地下水防止某种或某类污染物污染的能力，它考虑污染物性质及其在地下环境中的迁移能力。该次防污性能评价指的是含水层天然防护能力，是指不考虑污染源而只考虑水文地质内部因素的防污性能。

2.1 评价方法

DRASTIC评价方法选取对地下水环境影响较大且较易取得数据的7个因子：地下水埋深(depth of water-table)、地下水净补给量(recharge)、含水层介质(aquifer media)、土壤介质(soil media)、地形坡度(topography)、包气带介质(impact of the vadose zone)及渗透系数(conductivity)，在评价过程中，所选取的每个评价指标具有不同的数值范围或者类型。由于每个评价指标的性质和单位不同，因此在对其进行评分时通常需要统一量化处理，并用 l～5 不同的评分值分别来表征不同的数值范围或类型对地下水脆弱性的影响程度。其中对地下水脆弱性影响最小的赋 1 分，对地下水脆弱性影响最大的赋 5 分。最后，将7个因子综合起来采用加权的方法计算DRASTIC指数，公式如下：

式中:Wi—i因子的权重；Ri—i因子的评分值。

2.2 指标因子赋值

根据山东半岛蓝色经济区的地质环境情况，将DRASTIC模型的7个因子分别分级并赋值(表1)，其中：地下水埋深(D)由实际地下水埋深等值线确定(m)，按其深浅分为9级；地下水净补给量(R)由可增采资源模数代替(万m3/km2·a)，这样不仅包含了大气降水、灌溉回渗等各种地下水补给因素，而且涉及了开采因素，获得的是当前情况下实际的地下水净补给量，计算更有意义，连同咸水区在内，分为5级；含水层介质(A)参考含水岩组确定，分为5级；土壤介质(S)按照其类型分为薄层或无、河谷沙砾层、山前平原粘质壤土、其他地区砂质壤土共4级；地形坡度(T)按照地形图等高线数据计算(%)；包气带介质(I)为地下水位以上非饱和带部分的岩性，分为5级；渗透系数(C)按含水层分布情况分别确定(m/d)，分为5级。

表1 因子分级赋值

2.3 权重的确定

由国内外大量实验综合，并借鉴DRASTIC方法提供的7项指标不同的权重，相应计算公式为：

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

Wi=(0.22，0.17，0.13，0.09，0.04，0.22，0.13)

2.4 防污性能等级划分

经计算，DRASTIC值介于38～223之间(表2)；分值越大，脆弱性越强，地下水环境越容易受到污染；分值越小，脆弱性越弱，地下水环境越难受到污染。

表2 地下水脆弱性评价等级划分标准

3 评价分区

根据山东半岛蓝色经济区地下水防污性能计算所得分值，按照防污性能等级划分标准分为5个区(图2)，即防污性能差区、防污性能较差区、防污性能中等区、防污性能较好区、防污性能好区，分别占总面积的0.13%,9.74%,39.76%,40.71%,9.66%(图3)。各区分布情况简述如下：

图2 山东半岛蓝色经济区地下水防污性能评价分区图

3.1 防污性能差区

该区地下水极易遭受污染，面积92.7km2，占总面积的0.13%，主要分布于烟台城区北至芝罘岛、乳山城区北侧两地，该区为地下水水源地，水位埋深较浅，可增采资源量大，含水层介质以松散岩类为主，土壤介质较薄，地形坡度较小，包气带介质以砂砾层为主，渗透系数较大，其防污性能差，地下水极易被污染。

图3 地下水脆弱性评价分区面积比

3.2 防污性能较差区

该区地下水易污染，面积7170.7km2，占总面积的9.74%，主要分布于烟台、威海城区及两城区之间近海区域，龙口东北部、莱州东北部近海区域，文登南部、乳山城区及周边零星分布，莱阳中东部、海阳南部、胶州东北部地区，昌邑东部、高密北部、平度西南部及东部等地区。这些地区大多为地下水水源地或地下水富水区，地下水埋深浅，且可增采资源量较大，含水层介质以松散岩类或碳酸盐类为主，土壤介质较薄，地形坡度较小，包气带介质以砂砾层、卵砾层、砂层为主，渗透系数较大，其防污性能较差，在出现污染源或有污染行为时，地下水易被污染。

3.3 防污性能中等区

该区地下水较易受污染，面积29279.1km2，占总面积的39.76%，主要分布于栖霞、莱阳、海阳、乳山、文登、荣成的大部分地区，莱州、龙口两地的近海区域，平度中部、高密东部、昌邑西部及潍坊城区东南部地区，广饶南部，青州中部、寿光南部、昌乐北部、无棣、沾化、利津、垦利、河口等地的大部分地区。这些地区或地下水埋深较深，或富水性中等、采补基本平衡，或含水层介质为松散岩类、碳酸盐类，或位于冲积平原、土壤介质薄或无或砂砾层、渗透系数较大等，综合评价其防污性能中等，地下水较易被污染。

3.4 防污性能较好区

该区地下水较难受污染，面积29970.1km2，占总面积的40.71%，主要分布于蓬莱市大部分地区、龙口东南部地区，招远西南部、莱州东南部、莱西西北部连成的大片地区，即墨近海及西部地区，胶州、胶南、日照城区等地的大部分地区，莒县西部地区，峡山水库周边，安丘、高密、昌邑、诸城的大片地区，临朐西北部、青州东部与西部、昌乐南部地区，利津南部地区、东营城区，寿光、潍坊、昌邑、平度等的北部近莱州湾大片地区。这些地区或地下水埋深较大，或可采资源量小以及地下水为咸水，或地形坡度较大，其防污性能较好，地下水较难被污染。

3.5 防污性能好区

该区地下水难受污染，面积7117.4km2，占总面积的9.66%，主要分布于青岛城区东北部、即墨东北部、城阳白沙河中上游、胶州东南部地区，日照城区及西南小部分地区、莒县与五莲的大部分地区，临朐东部等地区。这些地区或地下水埋深较大，或可采资源量小，含水层以碎屑岩、岩浆岩、变质岩孔隙--裂隙水为主，土壤介质主要为粘质土或砂质土，地形坡度变化较大，包气带介质为粘土或砂土，渗透系数较小，其防污性能好，地下水难被污染。

4 地下水防治措施与建议

4.1 实行跨区域规划

要实现地下水的有效保护，非一城一地孤立所能做到的，必须要实现跨区域的联合规划。结合研究区的社会效益、经济效益、环境效益，通过区域管理研究，优化区域产业结构和布局；明确引资方向和项目，引入低污染、低消耗、高产出的高科技企业，以减少对地下水的污染负荷。在农业种植区要积极调整改变传统的种植结构，大力发展节水农业。滨海区海水利用潜力巨大，今后应加大科技投入，增加海水资源利用量。同时可以加大雨水收集，可以将雨水处理后的中水收集用于绿化、泼洒抑尘等对水质要求相对较低的地方。同时兼顾地下水资源保护，实现社会、经济、环境协调发展并同步进行，使有限的地下水资源达到最合理的利用状态，发挥更大的效益。

4.2 加强污染源的动态监测与治理

防治地下水污染问题，首先要控制污染源的污水排放量和达标率，加强对地下水污染源(特别是对排污大户)的动态监测，可以减少地下水的潜在污染源以减轻地下水的污染负荷。加强对排污量较大的工矿业和农耕中农药化肥的广泛使用等进行在线实时监测，可以确保工矿业污染源达标排放，促进发展推广生态农业、绿色农业。

4.3 优化地下水质监测系统

地下水质是地下水是否污染的直接表达，进行地下水质监测可以及时了解区域地下水质的动态信息，是进行水资源管理工作的基本组成部分。发达国家已经实现了自动监测，而我国的地下水资源监测工作还很薄弱，目前面临的首要问题是监测问题。因此，应加大资金的投入来完善监测系统，加强地下水质监测工作，避免地下水资源管理的盲目性和粗放性。

4.4 健全法制，加强行政管理体系

科学完整的法律体系、秉公高效的行政执法部门和公民严格的遵从执行三者紧密结合，是确保水资源公平合理运行的必要手段。其次，地下水资源的利用涉及环保、林业、农业、经济计划管理、法律等多个部门，缺一不可。部门之间的交流、合作、协调一致，是实现水资源的永续利用、人水和谐共处的必要条件。同时，在水资源管理中，要加强宣传力度，树立人与自然和谐共处的新理念，加强公众的节水意识。

4.5 因地制宜的提出合理的保护方案

从评价结果可以看出，防污性能差及较差的地区多为地下水水位埋深浅、水资源丰富的地区，并且多地已成为供水水源地。对于这部分地区，要划分水源地一级、二级保护区，取缔污染企业，完善供水及污水收集系统，防止污水渗入浅层地下水。同时，应加强对农牧业生产活动的监管，减少粗放式管理，合理施肥、用药等。

5 结论

该文采用DRASTIC评价方法，对山东半岛蓝色经济区地下水防污性能进行了评价。评价过程中选取地下水埋深、地下水净补给量、含水层介质、土壤介质、地形坡度、包气带介质及渗透系数等7个指标，通过对各指标因子进行赋值，确定权重，进一步划分防污性能等级。评价结果显示研究区按照防污性能等级划分标准可以分为5个区，即防污性能差区、防污性能较差区、防污性能中等区、防污性能较好区、防污性能好区，分别占总面积的0.13%,9.74%,39.76%,40.71%,9.66%。根据评价结果，笔者认为应该从实行跨区域规划、加强污染源的动态监测与治理、优化地下水质监测系统、健全法制及加强行政管理体系等4个方面加强对地下水的保护和管理。

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