宁夏卫宁平原地下水脆弱性评价

许广河XU Guang-he

（宁夏回族自治区国土资源调查监测院，银川 750001）

0 引言

地下水作为水资源的重要组成部分，既是生态系统的子系统，也是人类社会发展的重要因素。在我国西北地区，城市供水量50%来自于地下水[1]，尤其对于地处干旱半干旱区域的卫宁平原，由于降水稀少、蒸发强烈，地表水资源相对匮乏，地下水更加重要。卫宁平原水文地质调查工作起始于20世纪70年代，韩强强[2]针对卫宁平原水文地质条件和地下水化学特征进行了概述和简要分析。李培月[3]研究了人类活动影响对卫宁平原地下水环境的影响。本文结合前人研究成果，选取8个因子采用DRASTIC法建立水质和水量的脆弱性评价模型，考虑相关因子权重进行地下水脆弱性评价和分区[4]，并提出科学合理开发利用地下水的建议。

1 研究区概况

1.1 地理位置

卫宁平原位于黄河上中游，宁夏中北部（见图1）。地理坐标介于东经105°00′00″-106°00′00″，北纬：37°20′00″-37°50′00″，总体呈带状，东西长约100km，南北宽约2.5-14km，面积2200km2。

图1 研究区位置示意图

1.2 气象水文

据研究区2006-2018年气象观测资料，区内多年平均气温为10.54℃，平均降水量196.96mm，平均蒸发量1773.04mm，主要河流为黄河及其支流清水河，黄河自西向东流过研究区，区内流程约106km，河床宽度约600m，平均水深2-4m，最深8.6m，河床坡降0.7%。

1.3 地质条件

1.3.1 地层岩性

研究区发育黄河三级不对称的阶地，在阶地后缘局部地区分布有洪积扇群及冲洪积斜平原、冲湖积和风积层。冲积层分布在黄河两岸，岩性为土黄色粉砂质粘砂土；冲洪积层分布冲积阶地后缘的局部地带，岩性主要为砂、砂砾石及粘砂土；风积层主要分布在平原区西北部，多由固定或半固定丛草沙丘组成，岩性多为褐色粉细砂。

1.3.2 地质构造

卫宁平原是新生代形成的复合型断陷盆地，展布于卫宁区域东西向构造带范围内，自第四系以来，一直处于脉动式沉降。因升降幅度不同造成第四系厚度不均，柔远一带厚156.76m，中宁县城一带厚128.23m，恩和一带则减为61.70m。区内主要断裂有卫宁北山褶皱带、牛首山-罗山冲断带、烟筒山窑山冲断带以及香山褶皱带。

1.3.3 水文地质条件

卫宁平原水文地质条件分中卫段和中宁段进行描述。中卫段含水层岩性上部为粘砂土和粉细砂，下部为砂砾石卵石层，地下水埋深为0.1-2.5m，单孔涌水量500-2000m3/d。中宁段黄河北侧含水层岩性上部为黄土状粘砂土或砂粘土，下部为卵砾石层，地下水埋深0.11-10.80m，单孔涌水量为11.06-519.18m3/d。黄河南侧含水层岩性上部为砂粘土及粘砂土，下部为砂卵砾石层，水位埋深1.00-12.00m，单孔涌水量为500-3000m3/d。卫宁平原地下水类型主要以HCO3--SO4-型为主，向东逐渐过渡为HCO3--Cl-型。地下水主要接受渠系渗漏、田间灌溉入渗、大气降水补给和侧向径流补给，整体自西向东径流，排泄方式有向黄河排泄、垂向蒸发和人工开采。

2 地下水脆弱性评价

人类活动与地下水环境密切相关，人类活动等外部因素对地下水脆弱性的影响是不容忽略的[5]。本文综合考虑自然因素和人类活动等情况，运用DRASTIC法对卫宁平原的地下水脆弱性进行分析。

2.1 评价步骤

2.1.1 地下水水质脆弱性指标选取及赋值

地下水水质脆弱性选取：地下水埋深、大气降水量、渗透系数、植被覆盖类型和土地利用类型5个指标。

地下水埋深越大，污染物与包气带的接触时间越长，污染物衰减越强烈，地下水水质脆弱性越低，反之则相反。卫宁平原地下水埋深划分为5级，并赋予其相应的数值；大气降水量越大，污染物进入地下水的可能性越高，地下水的脆弱性越高，反之则相反。本次将大气降水数据划分为4个等级，并赋予其相应的数值；渗透系数越大，含水层之间的水力交换越频繁，污染物在含水层的运移速度越快，地下水的脆弱性指数越大，反之越弱。研究区渗透系数划分为4个等级，并赋予其相应的数值；植被的覆盖类型也会影响地下水的补给，植物具有保持水土的作用，植物越高大，根系越粗壮，对于地下水的保护作用越强，地下水的防污性能越好。卫宁平原的植被类型主要为北山红砂珍珠草原区、中部荒漠草原区和引黄灌溉区。草原区植被稀少，地下水缺少保护，脆弱性增加，易受到污染；引黄灌溉区高大的乔木涵养水源，对地下水有保护的作用；土地利用类型能反映人类活动对地下水水质的影响。将土地利用类型划分为农用地、建筑用地和工矿用地。农用地受人为影响最小，建设用地污染的潜在性中等，工矿用地对地下水的污染最大。

2.1.2 地下水水量脆弱性指标选取

地下水开采系数能够判断当地地下水开采程度，地下水开采系数越大说明地下水的实际开采量占可开采量的比例越大，地下水水量脆弱性水越高。将开采系数划分为2个等级，并赋予其相应的数值；如果净补给量大于实际开采量，说明当地水生态系统的自我调节能力较强，地下水水量脆弱性低。将二者的差值分了8个等级，差值越大，评分越低；单井涌水量越大，地层富水性越强，脆弱性越低。将单井涌水量划分为3个等级，并赋予其相应的数值。

2.2 地下水评价指标权重获取

根据各指标对脆弱性的相对重要性，用层次分析法[6，7，8]计算地下水水质和水量各指标的权重见表1、表2，各参数均符合一致性检验。

表1 地下水水质脆弱性指标权重

表2 地下水水量脆弱性指标权重

2.3 地下水单指标脆弱性评价

2.3.1 地下水水质脆弱性评价

用叠置指数法计算地下水水质脆弱性指数（DI1）公式如下：

式中：D-地下水埋深；R-大气降水；S-植被类型；K-渗透系数；L-土地利用类型。

地下水水质脆弱性DI1得分区间为3.15～7.92，将地下水水质脆弱性指数分为四级，见图2。

图2 地下水水质脆弱性评价分区图

2.3.2 地下水水量脆弱性评价

用叠置指数法计算地下水水量脆弱性指数（DI2）公式如下：

式中：M-净补给与实际开采量之差；E-开采系数；Y-单位涌水量。

地下水水量脆弱性DI2得分区间为1.38～5.48，将地下水水量脆弱性指数分为五级，见图3。

图3 地下水水量脆弱性评价分区图

2.4 地下水综合脆弱性评价

对卫宁平原的地下水水质脆弱性和地下水水量脆弱性进行叠加，获得地下水综合脆弱性指数（见式3）。

式中：DI3为地下水综合脆弱指数；DI1：地下水水量脆弱性指数；DI2为地下水水质脆弱性指数。

地下水综合脆弱性DI3得分区间为4.83～13.4，将地下水综合脆弱性指数分为五类，见图4。

图4 地下水综合脆弱性指数分区图

3 结论与建议

3.1 地下水脆弱性评价

3.1.1 地下水水质脆弱性评价

水质脆弱性指数最低的区域位于中宁以东黄河河漫滩及一级阶地，该区域地下水丰富，地表植被发育，土地利用类型以农用地为主，地下水受污染程度低，自净能力强；地下水脆弱性较低的区域主要位于黄河二级阶地，该区域地下水较丰富，地表植被较发育，地下水埋深相对较深，地下水受污染程度较低，自净能力较强；地下水脆弱性中等区位于中卫市镇罗工业园区和中宁县渠口农场，地表植被以荒漠草原为主，土地利用类型以工矿和建筑用地为主，地下水缺少保护，脆弱性增加，易受到污染；地下水水质重度脆弱区位于重要集镇区，该区域地下水埋深浅，含水层渗透系数大，城市生活污水和工业废水对地下水污染的可能性大。

3.1.2 地下水水量脆弱性评价

水量脆弱性指数最低的区域沿黄河带状分布，该区域岩层富水性好，单井涌水量大，开采量远远小于净补给量，水量调节能力强；脆弱性指数较低的区域位于黄河两侧二、三级阶地，区内单井涌水量较大，岩层富水性中等，开采量小于净补给量；脆弱性指数较大的区域集中分布在卫宁平原的东北部，单井涌水量较少，地下水开采系数高，开采量占可开采量比例大，净补给量小于实际开采量的。

3.1.3 地下水脆弱性综合评价

卫宁平原中西部地下水脆弱性综合指数较小，该区域地下水不易受到外界因素的影响，地下水开发利用潜力大，需按照水资源开发利用规划进行合理利用。卫宁平原北东部地下水脆弱性综合指数高，该区域地下水富水性一般，人类活动对地下水影响较大。

3.2 地下水开发与保护建议

地下水综合脆弱性指数较大的区域，需完善水资源管理措施，避免污染物的随意排放。该区域内的农业灌溉区要开发先进的灌溉技术，如喷灌、滴灌等，并对农业灌溉渠道进行修复，有效提高水资源的利用效率；该区域内的工矿区，需提高水资源利用效率，开发节水技术，提高污水处理技术，确保污水达标排放。脆弱性指数较低的区域，要加强水质水量的监管，减少未来出现污染的可能性。总之，卫宁平原应控制地下水的开采，有节制有计划使用地下水，避免过度开采而引发生态环境问题。