贵州省鸭池河至构皮滩流域地下水固有防污性能评价

沈诚

摘要：贵州省鸭池河至构皮滩流域面积较大、岩溶地层分布广泛、历史调查程度较低；通过综合分析，结合研究区背景特征，以地下水水面为资源保护目标，选取了降雨量、土壤类型、包气带岩石、表层岩溶发育率四个因子进行了地下水防污性能评价，得到了研究区地下水固有防污性能分区。其成果可以有效指导研究区的地下水资源管理工作，并为地下水资源保护和土地利用规划提供科学依据。

关键词：鸭池河至构皮滩；地下水；固有防污性能；评价

Evaluation of underground-water vulnerability in the basin of YaChiHe to GouPiTan in Guizhou

Shen Cheng

College of Environmental Monitoring of Guizhou Province，Guiyang550004，Guizhou

Abstract： The area of YaChiHe to GouPiTan drainage basin in Guizhou Province， the karst strata are widely distributed and the degree of historical investigation is low. Based on the comprehensive analysis and combined with the background characteristics of the study area， taking the groundwater surface as the resource protection target， four factors， rainfall， soil type， rock in the aeration zone and the karst development rate of the surface layer， are selected to evaluate the groundwater pollution prevention performance， and the underground water in the study area is obtained Division of inherent antifouling performance of water. The results can effectively guide the management of groundwater resources in the study area， and provide scientific basis for groundwater resource protection and land use planning.

Key words： YaChiHe to GouPiTan； Underground-water； Evaluation； Vulnerability in the basin

1.前言

地下水是人类生存不可缺少的宝贵资源，也是支撑经济社会发展的重要战略资源。但是随着人口的增长，社会经济的发展，在地下水需求量日益增大的同时，地下水环境不断恶化，部分地区的地下水污染情况也越发严重。地下水资源的合理开发和保护管理已经成为当今环境科学中的研究热点。

地下水固有防污性能是指在一定的水文地質条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度，它与含水层所处的水文地质条件有关[1]。本文针对鸭池河至构皮滩流域评价面积较大，岩溶地层分布广泛、历史调查程度较低等实际特征，并综合考虑了资料覆盖情况，以地下水水面为资源保护目标，选取降雨量、土壤类型、包气带岩石、表层岩溶发育率四个评价因子，建立适合研究区的固有防污性能评价体系，并开展相关评价工作。

2.研究区背景

鸭池河-构皮滩流域属于长江水系乌江中游，地理位置为贵州省中部，主要涵盖行政区域为：修文县六广镇和六桶乡，息烽县的全部，开阳县的双流镇、金钟镇、冯三镇、永温乡和楠木渡镇，瓮安县和余庆县的大部分。研究区气候上属北亚热带湿润性季风气候区，多年平均降水量1184.76mm，降雨年内时空分配极不均匀。研究区以寒武系和三叠系地层的碳酸盐岩出露面积最广，发育最全；地质结构较为复杂，处于毕节北东向构造变形区、贵阳复杂构造变形区和凤岗北北东向构造变形区三个四级构造单元的过度地带；主要为溶蚀侵蚀地貌，主要地貌组合类型为峰丛沟谷；主要的地下水类型为纯碳酸盐岩岩溶水和不纯碳酸盐岩岩溶水；研究区地下水主要以大气降水补给为主，并沿岩溶裂隙管道由西南向东北方向径流，最终通过地下河、岩溶大泉等排入乌江干流。

3.评价方法

在地下水防污性能评价方法中，以DRASTIC评价模型应用最广泛。但该方法未考虑岩溶含水层的特殊性，如岩溶含水系统的“二元”特性以及落水洞、天窗、漏斗等岩溶形态对地下水脆弱性的影响，对岩溶地区地下水的应用不是很理想。

由于DRASTIC模型的局限性，欧洲学者提出了适用于岩溶含水层脆弱性的EPIK法[2]和OCPK方法[3]。在本文的评价过程中主要参考了欧洲模式，以地下水水面为资源保护目标，并根据研究区岩溶地层分布广泛、评价区域面积较大、历史调查程度较低等实际特征，并综合考虑了资料覆盖情况，选取了降雨量、土壤类型、包气带岩石、表层岩溶发育率四个因子进行评价。采用层次分析方法确定各因子权重，并通过综合叠加方法得到防污性能评价分区图，整个过程在ARCGIS软件中实现。

4.评价因子

4.1降雨量

研究区年降雨量从900mm～1200mm不等，瓮安县、开阳县、息烽县的东部多年年降雨量均大于1100mm，息烽县西部年降雨量在1000mm～1100mm之间，修文县年降雨量仅为900mm～1000mm。研究区年降雨量空间上分布不均匀，时间分布也存在较大差异，5月～10月为集中降水其，大雨暴雨较多。本次评价主要考虑年降雨量的大小，降雨量越大，地下水防污性能越差，具体评分标准见表1。

4.2土壤类型

表层土壤是评价地下水固有防污性能的重要特征参数，其评分标准主要是根据不同土壤类型的厚度、土壤有机质、土壤交换容量CEC、人类活动特征来进行确定。土层厚度与水滞留时间密切相关，因此土层越厚地下水固有防污性能越好；土壤CEC（阳离子交换容量）越大，对污染物的吸附能力越强，有机物含量越高，氧化还原反应强度越大，两者均可表征土壤的自净能力大小，而土壤的自净能力越好，地下水固有防污性就能越好；开垦耕种类的土壤，由于人类活动频繁导致水土流失严重以及大规模化肥农药的使用，这类土壤已经失去了部分防污作用，甚至部分地区还有可能成为地下水污染源。本次评价主要通过划分土壤类型，如红壤、黄壤、黄棕壤、粗骨土、紫色土、水稻土等，并综合考虑各类土壤的特征，确定其防污能力。具体评分标准见表1。

4.3表层岩溶发育率

研究区为岩溶发育地区，碳酸盐岩分布广泛，表层岩溶发育，其发育强度主要受岩性、岩石结构、地貌、水动力条件，土层及植被覆盖情况等因素影响。其发育可以通过两个基本要素的测量进行评价，即垂直相交小形态或溶蚀通道在特定尺度内的平均深度和频率（即个数），相交小形态或岩溶通道包括岩溶节理，溶蚀裂隙，小溶沟、溶隙、溶管以及小溶坑、竖井、漏斗、洼地等。溶蚀节理、裂隙等岩石特征通过包气带岩石岩性因子来考虑，因此本评价因子中只考虑洼地、竖井、漏斗、溶洞等的发育情况。在研究区地下水污染调查中发现，地表岩溶形态点尤其是漏斗、伏流入口等是岩溶水系统遭受直接污染的主要途径，污染物能通过地表岩溶形态点直接进入含水层。因此地表岩溶形态点密度越大，该区域地下水防污性能越差。本次评价利用研究区1∶5万水文地质图中的漏斗、落水洞、竖井、洼地、伏流入口等岩溶形态点来表征地表岩溶的发育情况，将洼地、竖井、漏斗等成片发育的地区和地下伏流区划为表层岩溶非常发育区，将洼地、竖井等发育但是未能成片连接的地区划为表层岩溶中等发育区，将岩溶形态点不太发育的地区划为表层岩溶一般发育区，具体评分标准见表1。

4.4包气带岩石

地层岩性是地下水系统、表层岩溶发育的物质基础，也是研究区地貌分布特征的主要控制因素之一，地层岩性是影响地下水防污性能的重要因子。因为本次评价以地下水面为保护目标，因此只考虑包气带岩石的特征。一般来说纯碳酸盐岩地层由于容易受到溶蚀，抵御地下水污染的能力差，岩浆岩变质岩等抵御地下水污染的能力强，包气带岩石的具体评分标准见表1。

5.评价因子的权重及结果计算

采用专家打分法确定权重，得到各因子权重如表2所示，然后在ARCGIS中利用各个图层分别与其权重相乘，并进行叠加，得到地下水防污性能综合污染指数，对得到的综合指数进行等级划分，8-10为地下水防污性能差区，7-8为地下水防污性能较差区，6-7为地下水防污性能中等区，4-6为地下水防污性能较好区，1-4为地下水防污性能好区。评价结果见图1。

6.评价结果

鸭池河-构皮滩流域以碳酸盐岩为主，表层岩溶发育，整个研究区地下水防污性能较好，地下水防污性能较好级以上面积占总面积的61.82%。

研究区地下水防污性能差区分布面积为192.09km2，占总面积的4.79%，为零星分布。该区以纯质碳酸盐岩为主，地下河和伏流呈树枝状集中发育，地下水埋深较浅，地表岩溶漏斗、落水洞集中连片发育，土壤类型以石灰土、粗骨土、水稻土为主；植被覆盖较差，地下水防污能力极差。

研究区地下水防污性能较差区面积为135.84km2，占总面积的3.39%，同样为零星分布。该区域地层岩性以纯碳酸盐岩为主，地下水埋深较浅，漏斗、落水洞、竖井等有一定发育，少量成片发育；土壤以石灰土为主，并零星分布有水稻土和黄壤；植被覆盖较差，对地下水防污能力较差。

研究区地下水防污性能中等区域面积为1173.34km2，占总面积积的29.27%，主要分布在湄潭县石莲乡东部；瓮安县草堂镇、鱼河乡、天文镇，永和镇东部；余庆县花山乡；开阳县温泉镇北部，楠木渡镇南部；息烽县养龙司乡东北部等。中等脆弱区地层岩性以次纯碳酸盐岩为主，植被覆盖中等，大部分谷地中以旱田为主，降雨量中等，对污染物有一定的防污能力。

研究区地下水防污性能较好区域面积为1471.65km2，占总面积的36.72%。在区域中研究区广泛分布。主要为不纯碳酸盐岩分布区，植被覆盖较好，地表岩溶水点和形態点发育较少，土层较厚，以红壤和黄壤、黄棕壤为主，降雨量也较小。地下水天然防污性能较好。

研究区地下水防污性能好区域面积1035.5km2，占总面积的25.83%。主要分布在息烽县鹿窝乡，开阳县金钟镇，开阳县龙水乡，福泉县道坪乡等，这些地区大部分为碎屑岩、火山岩和第四系覆盖区，为岩溶承压地下水，并且大部分地区植被覆盖较好，土层较厚，地下水天然防污性能好。

参考文献：

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

[2]邹胜章，李录娟.岩溶地下水系统防污性能评价方法[J].地球学报， 2014， 35（02）： 262-268.

[3]Doerfliger， N. &Zwahlen， F. EPIK： a new method for outlining of Protection areas In karstic environment. Proe.Int， SymP. Karst Waters and Environmental ImPacts， 10- 20 SePtember1995， Antalya， Turkey， Balkema， Rotterdam， 1997， PP.117-124.

[4]Francois Zwahlen， COST Action 620 Vulnerability and Risk Mapping for the Protection of Carbonate（Karst） Aquifers[R]. 17- 21/ 143-154. 2003.