地下水环境抗污能力评价方法

地下水环境是人类环境的一种重要组成部分，是水环境组成的重要分支，占据着举足轻重的位置。人类在日常生活、生产过程中向外界环境中排放的有毒有害元素或污染物由水循环进入地下水环境中，致使地下水环境恶化。恶化的地下水环境反过来对人类的生产和生活产生了不利影响，制约着社会、经济的发展，严重时甚至可能危害到人体健康。地下水环境污染与地表水环境污染相比更具有隐蔽性和难以逆转性。地下水环境相比地表水环境来说，除了具有地表水体自净功能外，其自身构成对污染物进入水体内部具有阻滞作用，它反映了地下水环境的自我保护能力。地下水环境抗污能力评价就是从有效的保护地下水资源免于遭受污染的角度出发，选择能表征地下水环境抗污能力的评价因子，并建立相应的评分体系和权重体系，划分地下水环境抗污能力等级。

（一）影响因素

1.土壤

指渗流区最上部具有显著生物活动的部分，土壤的厚度、结构、成分及其黏土矿物含量、有机质的含量、湿度等决定土壤自净能力，土壤的自净能力即土壤对污染物的吸附、降解能力。土壤的自净能力越强，地下水环境的抗污能力就越强。因此，土壤的自净能力是决定地下水环境抗污能力的一个主要指标。

2.包气带

指的是土壤与含水层之间的介质，它是污染物进入含水层的必经途径。包气带是污染物进入含水层之前所进行的稀释作用、生物降解作用、中和作用和化学反应的主要场所，所以其厚度、岩性在很大程度上决定着地下水环境的抗污能力。

3.含水层

含水层不是一个统一的单元，而是一个复杂的系统，它的抗污能力在空间上发生变化，因此，除考虑含水层岩性外，水力传导系数是一个重要指标，它控制地下水的流动速率，进而控制污染物在含水层中迁移的速率。另外，潜水含水层的水位埋深也对地下水环境抗污能力影响较大。

4.地形

包括地形坡度变化和土地的覆盖和使用类型。通常坡度越大，含水层抗污能力越强。

5.补给量

单位面积内渗入地表并到达含水层的水量即平均含水量也是反映地下水环境抗污能力的指标，一般含水层补给量越大，地下水环境抗污能力越强。

（二）评价方法及指标体系

适用于评价地下水环境抗污能力的方法有矢量分析法、综合指数法、层次分析法、灰色关联法、空气动力学法等，考虑到地下水环境抗污能力影响因素以及评价指标体系与地下水脆弱性的影响因素和评价指标体系相同，地下水脆弱性评价被广泛应用的是美国EPA推广的DRASTIC方法。本次评价地下水环境抗污能力亦采用此方法。

DRASTIC方法主要考虑以下7个参数：地下水埋深、含水层的净补给、含水层的岩性、土壤类型、地形、包气带（渗流区）的影响及含水层渗透系数。这7个指标与影响黄河三角洲地下水环境的主要因素相对应，所以把DRASTIC的7个参数作为本次评价的评价指标体系是适宜的。各指标的级别与其对应的标准特征值见表7-13。

表7-13　指标级别与其对应的标准特征值表

（三）评价步骤

地下水环境抗污能力评价的主要步骤包括：分析工作区的地质、地貌、水文地质、气象及水文等资料，确定评价指标体系；数据预处理；模型评价；评估价结果分析及应用。评价流程如图7-7所示。

图7-7　地下水环境抗污能力评价流程图

计算过程中各项取值及特征描述如下：

（1）评价区　黄河三角洲地区，面积26 500 km2。

（2）评价指标体系　含水层埋深（m）、净补给量（mm）、含水层介质类型、土壤介质类型、地形坡度（‰）、渗流区介质类型、含水层渗透系数（m/d）。

（3）单元剖分　运用不规则网格法对研究区进行划分，形成3万多个网格。

（4）指标取值　各指标值根据如下所述而编绘成单项指标图，然后转换成评价模型所需文件：(www.xing528.com)

①地下水埋深（D）：利用2006—2010年地下水资料直接获得，单位为m。

②净补给量（R）：区内地下水的补给主要为大气降水入渗补给，占总补量的80%以上，为了便于计算，大部分地区净补给量就用大气降水入渗量近似代替净补给量，单位为mm。

③地形坡度（T）：直接用ArcGIS从评价区DEM数据中提取获得。

④含水层渗透系数（C）：由研究区相应水文地质资源获得，单位为m/d。

以上四个指标，根据其具体数值采用模糊评分法由计算机直接计算给予特征值。

⑤含水层介质类型（A）：黄河三角洲地区主要为平原，多为松散孔隙水，含水介质以层状砂砾层为主，而其东部昌邑、莱州主要为亚丘陵地貌，含水介质复杂，包括变质岩、火成岩、层状砂岩、灰岩等类型。

⑥包气带（渗流区）介质类型（I）：黄河三角洲平原区以砂性土、黏性土为主，东南部山区为碳酸盐岩、变质岩、岩浆岩、碎屑岩和黄土等。

⑦土壤介质类型（S）：包括壤土、砂土、粉壤土、壤黏土、砂壤土等类型，分布无规律可循。

以上三个指标，采用专家打分法进行特征值赋值，根据《地下水脆弱性评价技术要求》，进行等级划分（表7-14～表7-16）。

表7-14　地下水含水介质等级评分表

表7-15　土壤介质等级评分

（续表）

表7-16　包气带介质等级评分

（5）指标的权重　各指标的权重取评价模型的默认权重值（表7-17）。

表7-17　DRASTIC方法中各指标的权重

（6）评价结果的评判　根据DRASTIC方法专用模型计算出的应用级别特征值H的向量式

H越大，表明地下水环境抗污能力越低，越易污染。参照表7-18可得出抗污能力评价结果。H最小对应的样本为决策者提供了最不易污染的评价区评价信息和级别状态。

表7-18　划分级别与地下水环境抗污性对应表