海口地区地下水脆弱性评价

杨明明 徐会芹

【摘要】本文运用GMS对海口地区深度在500m内的地下水进行数值模拟，确定该区各项水文地质参数；并在此基础上利用改进型的DRASTIC模型方法对海口地区地下水进行脆弱性评价。为该区地下水资源开发和保护提供一定的理论基础。

【关键词】脆弱性；GMS；DRASTIC；模糊层次分析法（FAHP）

1.前言

DRASTIC模型方法由美国水井协会（NWWA）和美国环境保护局（USPEA）于1987年合作开发，是宏观尺度大范围区域地下水脆弱性评价的经验模型。海口地区分布有大量新生代火山岩，分布面积超过研究区面积的50%。由于玄武岩裂隙发育，降雨和地表径流可通过火山口和玄武岩裂隙直接补给较深层水，使污染物随雨水进入地下含水层的潜在可能性大。因此，通过地下水脆弱性评价来圈画出地下水的污染敏感带，精确刻画出易于被人为活动影响的区域，对该区的水资源开发保护具有指导意义。

2.气象水文

海口地区属于热带季风气候，阳光充足，雨量丰沛，多年平均气温23.8℃。多年平均降雨量为1676.8mm，5～10月份为雨季，降雨量约占全年的78.1%，11月至翌年4月为旱季，降雨量约占全年的21.9%，多年平均蒸发量1975.7mm。

3.地质地貌

海口位于海南岛东北部，地势总体呈南高北低，微向海倾。在火山活动和江河海水长期作用下，海口地区形成以火山岩台地、河流冲积平原和滨海堆积平原为主的地貌。

研究区广泛分布侵入岩、火山岩、沉积岩和变质岩。侵入岩分布于海口东部，约占工作区总面积的21.5%，岩石类型以中酸性的花岗岩类为主。火山岩在海口地区广泛分布，出露面积约占总面积的约55.1%；其中古近系火山岩大部分隐伏于地下，第四系火山岩则广泛出露于地表并形成大面积的玄武岩台地和众多的火山锥。沉积岩分布于研究区南部，约占总面积的18.5%，岩性为砂岩、凝灰质砂岩、泥质粉砂岩等。变质岩少量分布，岩性以变质砂岩、板岩、千枚岩为主。

4.建立适合该区的地下水脆弱性评价体系

①DRCETIC潜水含水层评价体系

海口地区潜水整体埋深浅（大部分地区小于5m），水量丰富，除考虑包气带介质外，本次加入富水性来对含水层水量进一步量化。且以往DRASTIC并未将地下水水质纳入评价体系，但水质的好坏却是地下水体纳污能力不可或缺的一个背景值，对地下水脆弱性有直接影响。所以本次评价体系加入地下水水质评价因子。综上，潜水评价因子为：水位埋深（D）、含水层净补给（R）、含水层富水性（C）、含水层水质（E）、地形坡度（T）、包气带介质（I）、含水层渗透系数（C）。

②DCCMEM承压水评价体系

承压水埋深反映了含水层抵御地表和上部潜水影響的能力；而本区承压含水层组均属于琼北盆地内的松散-半固结承压层的范围，含水层介质与隔水层介质在本次研究范围内并未有明显的辨识度，不能明显反应其脆弱性的地区差异。但海口地区承压层水量丰富，水质较好，当地已开采多年，且第一承压含水组是主采层。故从水量、水质和人类影响的角度出发，承压水评价体系选取因子为：含水层埋深（D）、含水层渗透系数（C）、含水层富水性（C）、含水层厚度（M）、地下水水质（E）、地下水开采强度（M）。

5.数值模拟确定水文地质参数

通过整理海口区内的237个钻孔资料，把区内500m深度范围内的含水层概化为“潜水含水层”、“第一承压含水岩组”和“第二承压含水岩组”，建立海口地区水文地质概念模型，形成描述海口地区地下水流的数学模型。运用GMS建立地下水流准三维数值模型，通过流场和典型孔水位过程线的拟合，识别水文地质条件和参数，提供较精确脆弱性因子（渗透系数、净补给量等）数值，力求评价结果准确、可靠。

6.各评价因子的取值范围及评分

根据各评价因子在研究区内的取值范围将各评价因子进行分级和评分，见表1和表2。

7.确定权重

本次评价因子权重使用模糊层次分析法（FAHP）来确定。通过构造模糊判断矩阵将下层指标与上层比较得到判断矩阵R。并结合模糊一致比较矩阵R求出各元素相对于上一目标层关联元素的绝对权重值，并求解Riwi=λmaxwi，得到特征向量，wi=（wi1，wi2，……..win），将其归一化处理，得到wi=（wi1，wi2，……..win）权重向量，其中；第i-1层上的j个元素权重向量可表示为，wj1=（w1ji，w2ji，……wnji）T；第i层对第i-1层分配权重向量可表示为，wii-1=w1i，w2i，……wni；综合各层权重矩阵可得到n层指标相对于总目标层的权重：

8.评价结果及分析

根据公式（式中为第i个评价单元的综合脆弱性得分值；Wj为第j个评价指标的权重值；Rij为第i个评价单元第j个评价指标的评分）计算得出各含水层评价单元脆弱性指数值，运用Gis技术将海口地区地下水脆弱性评价结果数据藕合成图，形成直观的评价结果。根据计算所得指数范围，将海口地区地下水脆弱性分为4个区间：脆弱性高区（脆弱性指数>180），脆弱性较高区（脆弱性指数150～180），脆弱性较低区（脆弱性指数120～150）和脆弱性低区（脆弱性指数<120）。

①潜水脆弱性分析

脆弱性高区（约占研究区总面积的7.2%）和脆弱性较高区（约占32.7%）主要分布于北部和东部沿海地带，以及中部火山口附近的火山岩台地区（见图2）。沿海地带由于潜水埋深浅，包气带介质多为砂砾，且渗透系数大，水质差，导致脆弱性高，易被污染。而火山口一带地表覆盖层很薄，虽然埋深相对较深，但是该地区玄武岩裂隙比较发育，降雨入渗系数大，净补给量大，易被污染。脆弱性较低区（约占49.6%）和脆弱性低区（占10.3%）多分布于中部南部远离沿海和火山口地区，该地区各项指数相对较低，包气带介质多为（砂质）粘土，净补给量较小，且含水层渗透系数较小，该地区较难被污染。总体而言，潜水含水层总体埋深较浅，含水层渗透系数和降雨入渗系数较大，加之该地区年降雨量达1676.8mm，需特别注意防止地表污染物随雨水进入地下。

②第一承压组含水岩组脆弱性分析

脆弱性高区（约占8.2%）和脆弱性较高区（约占30.8%）主要分布在海口市区和塔市—演丰一三江一带（见图3）。海口市区由于开采强度大，人类活动剧烈该且渗透系数大，富水性高导致脆弱性高，易被污染；而塔市—演丰一三江一带则由于埋深浅，富水性高，渗透系数大综合作用，导致脆弱性高。脆弱性较低区（约占20.7%）和脆弱性低区（占40.2%）多分布于长流、东山、云龙镇一带。长流埋深大，东山富水性低，云龙一带含水层水质好，且开采强度小，使该区较难被污染。总体而言，第一承压含水组是海口地区居民生活用水的重要来源。人类干预对该层地下水形成了直接影响。因此，海口市区应限制对该层水的开采，或开辟新水源地。

③第二承压含水岩组脆弱性分析

脆弱性高区（约占14.4%）和脆弱性较高区（约占49.1%）分布于海口市区-灵山—美兰一三江以及东山镇一带（见图4）。由于该含水组渗透系数大，富水性高含水层厚度小，导致总体上脆弱性较高，易被污染。脆弱性较低区（约占24.2%）和脆弱性低区（占12.1%）多分布于西部中部地区，该区渗透系数较小，开采量小，富水性较低，不易被污染。总体而言，第二承压含水组该层总体埋深大，水质较好，水量较丰富，但含水层渗透系数大，污染物一旦进入，会急剧扩散造成严重影响。

9.结语

近年来海南岛大力发展旅游事业，以得天独厚的气候环境吸引外大量旅游资源。环境容量接受一轮又一轮的考验，能否保持良好的环境是能否可持续发展旅游事业的基础。对海口地区丰沛的降水和特殊的火山巖地质环境条件而言，

地下水环境污染的可能性需要充分的认识。本次对区内三个地下水含水岩组的脆弱性进行分区评价，圈画出易被影响的区域，为后续水资源的开发管理的决策部门提供理论基础。

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第一作者简介：杨明明，男，硕士研究生学历，2012年毕业于桂林理工大学水文学及水资源专业，2012年至今在海南省地质环境监测总站从事水文地质专业技术工作.