小灶火河入流区供水水源地地下水脆弱性评价

小灶火河入流区供水水源地地下水脆弱性评价

孟相鹏1，杨叶1，王天河1，邵山2

（1 广东省佛山地质局 广东 佛山528200；2 湖北省地质环境监测总站 武汉 430050）

摘要：以柴达木盆地南缘小灶火河入流区供水水源地作为研究区域，根据现场调查和野外勘察情况，结合专家经验，选取地下水位埋深、河网密度、地形坡度、含水层厚度、含水层渗透系数、含水层介质类型6个要素作为评价指标，基于层次分析法运用DRASTIC评价模型评价研究区地下水脆弱性。

关键词：小灶火河入流区、层次分析法、DRASTIC评价模型、地下水脆弱性

1、前言

二十世纪六十年代，法国学者Margat最先提出地下水脆弱性这一概念，目前比较公认的定义是“地下水脆弱性是污染物到达最上层含水层之上某特定位置的倾向性与可能性”（孙才志 等，1999）。美国环保署提出的DRASTIC评价模型目前在国内外应用比较广泛。本文根据研究区水源地地貌特征和水文地质条件将研究区分为河流谷地和河流阶地2个评价单元，基于层次分析法求得权重的基础上计算每个评价单元的DRASTIC指标值，最后根据DRASTIC指标值划分地下水脆弱性等级。

2、研究区概况

2.1地理位置

研究区位于昆仑山北支祁曼塔格山，小灶火河上流的山间谷地，行政区划隶属于青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市乌图美仁乡，距离格尔木市约120km。乌图美仁乡西北面与塔尔丁相邻，东面直通格尔木市，南面与祁漫塔格山接壤。

2.2地形地貌

研究区在地貌上属于祁漫塔格山北部的山间盆地，整体地形从南部的高海拔区到北部逐渐降低，受研究区河流的侵蚀下切作用影响，研究区水源地地形上呈“凹”字型，中部低四周高，河流从中间穿过；研究区主体由苏海图河、夏日哈木河、小灶火河、呼热郭勒河河谷区组成。受内、外营力的长期作用，尤其是研究区干燥多风的气候特征，形成研究区不同的地貌类型。根据地貌成因和形态，可将区内地貌类型划分为侵蚀剥蚀构造低中山地貌、冲积平原地貌和风积平原地貌3种类型（图2-1～2-4）。

2.3地质背景

研究区地处北祁漫塔格岩浆弧带次级构造小灶火上叠盆地，属于秦祁昆造山系的东昆仑弧盆系构造单元。研究区出露主要地层为早远古界-第四系地层，其中前第四系地层从老到新依次为：早元古界震旦系下统金水口群地层；下古生界奥陶系祁漫塔格群地层；古生界志留系下统滩间山群地层；古生界泥盆系上统牦

作者简介：孟相鹏(1992~)，男，四川成都人，硕士，主要从事地质灾害防治与水文地质。E-mail：1160343602@qq.com

牛山组地层；古生界石炭系下统石拐子组地层、大干沟组地层；中生界三叠系上统鄂拉山组地层。

图2-1  研究区地貌概况                      图2-2  研究区低中山地貌

图2-3  研究区冲积平原地貌                  图2-4  研究区风积平原地貌

3、DRASTIC评价模型

3.1评价指标的选取

地下水脆弱性评价所考虑的影响因素包括本质脆弱性和特殊脆弱性两类；本质脆弱性因素包括土壤、包气带、含水层、补给量、与地表水或海水的联系、下浮地层和地形；特殊脆弱性因素包括土地使用状况、人口密度、包气带稀释与净化能力等。结合水源地的地形地貌、水文地质条件和指标参数的可获得性，选取地下水位埋深、河网密度、地形坡度、含水层厚度、含水层渗透系数、含水层介质类型6个要素作为评价指标。

3.2指标权重

传统的指标权重是综合多位专家根据经验给出的。而在应用中，每个地区的地形地理、地质条件各有不同，不能照搬传统的指标权重。因此，本次研究基于层次分析法对水源地的6个评价指标重新划分权重，具体计算步骤见4。

3.3指标评分

按照地下水脆弱性DRASTIC评价指标范围对水源地河流谷地和河流阶地二个对象评分，评分值越大，表示该评价指标对地下水脆弱性的影响程度越大。评价指标范围见表3-1，水源地评价对象评分结果见表3-2。

表3-1  地下水脆弱性评价指标范围（类别）及评分

表3-2  地下水脆弱性评价指标评分结果

3.4脆弱性指数

地下水脆弱性等级是按照脆弱性指数来划分的，评价指标加权计算公式见6-3，脆弱性指数越大，表示地下水越容易遭受污染。

                      （3-1）

Dj：脆弱性指数；Wi：指标的权重；ri；指标的评分。

4、基于层次分析法的地下水脆弱性评价

4.1层次分析法确定6个指标的权重具体计算步骤如下：

Ⅰ、分别对影响地下水脆弱性的指标进行两两比较，判断其相对重要性，构建地下水脆弱性指标的判断矩阵：

                   （4-1）

其中i为行数，j为列数。

Ⅱ、计算矩阵R每行元素的乘积：

       （4-2）

Ⅲ、计算Mi的6次方根：

                            （4-3）

Ⅳ、对6-6进行归一化处理得判断矩阵的特征向量wi，即第i个指标的权重：

                          （4-4）

Ⅴ、为了检验所求权重是否合理，需要对判断矩阵进行一致性检验，检验公式如下：

                          （4-5）

                         （4-6）

其中：CI为一致性指标；λmax为最大特征根；RI为平均随机一致性指标，小于10阶的判断矩阵RI取值见表6-13；

当阶数小于2时，判断矩阵不需要进行检验；当阶数大于2时，若CR＜0.1，则判定矩阵满足一致性；否则，需要对矩阵重新进行调整，直到满足要求。

表4-1  地下水脆弱性评价指标评分结果

4.2地下水脆弱性评价

结合水源地的水文地质条件，确定各指标对水源地地下水脆弱性的影响程度关系为：地下水位埋深=河网密度＞含水层渗透系数＞含水层介质类型＞含水层厚度＞地下坡度；根据影响程度关系构建判断矩阵如下：

根据公式4-2和4-3计算得：

根据公式4-4、4-5、4-6计算的地下水脆弱性评价指标的权重：

其中CI=0.0271；CR=0.0219；λmax=3.1355；CR＜0.1满足一致性要求。

根据公式3-1得河流谷地和河流阶地的脆弱性指数:

4.3地下水脆弱性评价结果

根据以往研究成果划分地下水脆弱性等级见表4-5（刚什婷，2016；范琦 等，2007；于向前 等，2012；唐辉 等，2015）。根据水源地地下水脆弱性指数计算结果对照表4-5，研究区河流谷地地下水位埋深浅，地下水主要接受河流入渗补给，植被覆盖率低，容易受到污染，属于脆弱性极高区；而河流阶地地区地下水位埋深较大，含水层厚度小，地下水入渗补给条件较差，属于脆弱性中等区。

研究区水源地地下水脆弱性与地下水水质情况相吻合，即水源地地下水脆弱性高，与之对应水源地地下水质较差。这是因为，地下水脆弱性评价针对研究区的气象、水文与地质等条件进行了综合考虑，研究区位于柴达木盆地气候干旱区，区内降雨少，蒸发量大；一方面随着地下水中的水分不断蒸发，溶液不断浓缩，致使地下水的TDS超标；另一方面，由于气候干旱，地面蒸发强烈，盐分聚集在地表，在雨季到来时盐分溶解，地表径流把盐分汇聚到河流，最后在研究区入渗聚集在地下水中。

表4-5  地下水脆弱性分级

5、结论

（1）基于DRASTIC模型，引入层次分析法对研究区地下水脆弱性进行评价。评价结果表明：研究区河流谷地地下水位埋深浅，地下水主要接受河流入渗补给，植被覆盖率低，属于脆弱性极高区；而河流阶地地区地下水位埋深较大，含水层厚度小，地下水入渗补给条件较差，属于脆弱性中等区。

（2）研究区地下水脆弱性与地下水水质情况相吻合，即水源地地下水脆弱性高，与之对应水源地地下水质较差。

参考文献

孙才志，潘俊. 1999 地下水脆弱性的概念、评价方法与研究前景[J].水科学进展，10（4）：444-449

刚什婷. 2016 蛤蟆通流域地下水水位与水质研究[D]. 成都理工大学.

范琦, 王贵玲, 蔺文静，等. 2007地下水脆弱性评价方法的探讨及实例[J]. 水利学报, 38(5):601-605.

于向前, 李云峰, 赵义平，等. 2012 基于DRASTIC的地下水防污性能评价组合权重分配方法[J]. 地球与环境 , 40(4):000568-572.）

唐辉, 杨坡, 寇亚飞，等. 2015 基于GIS的郑汴新区浅层地下水环境脆弱性评价研究[J]. 工程勘察, 43(10):50-53.

联系人：孟相鹏

联系电话：18382287176