海南省平原区浅层地下水脆弱性评价
摘要：随着海南省区域经济的快速发展，地下水面临的生态环境问题越来越多。在综合分析海南省平原区浅层地下水特征和现有资料的基础上，应用DRASTIC评价方法，选取地下水埋深、净补给量、含水层厚度、地下水开采强度、地形坡度和含水层的水力传导系数等指标作为评价参数，通过层次分析法确定评价参数的权重体系，对海南省平原区浅层地下水进行了脆弱性评价，并绘制了脆弱性分区图。评价结果表明：海南省三亚市浅层地下水脆弱性最小，属于非防护区；特别敏感区主要分布在东方市的感城、乐东县平原区以及万宁市的部分区域。
关键词：地下水；脆弱性评价；DRASTIC评价方法；层次分析法；GIS
中图分类号：X523 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）03-0548-05
Abstract：With the rapid development of regional economy in Hainan province，ecological environment problems in groundwater become more and more serious.In this paper，based on the comprehensive analysis of the hydrogeological conditions and currently available data in Hainan province，DRATIC evaluation method is used to perform vulnerability assessment of shallow groundwater in the plain area of Hainan Province.Depth to groundwater，net recharge，aquifer thickness，groundwater exploration intensity， topography，and hydraulic conductivity are the evaluation parameters.Analytic hierarchy process （AHP） is applied to determine the weight system of evaluation parameters.GIS is used to plot the distribution of groundwater vulnerability.The results show that the vulnerability of shallow groundwater in Sanya is the lowest whereas the particularly sensitive area of groundwater is mainly located in Gancheng of Dongfang city，plains area in Ledong County，and Wanning city.
Key words：groundwater；vulnerability assessment；DRASTIC evaluation method；AHP；GIS
地下水污染脆弱性评价是合理开发、利用和保护地下水资源的重要基础性工作，是制定地下水污染防治措施的重要依据[1-2]。目前，国内外的地下水脆弱性评价方法，主要有迭置指数法、过程数学模拟法、统计方法和模糊数学方法等[3]。DRASTIC评价模型是迭置指数法的典型代表，被多个国家广泛采用，例如美国、加拿大、南非及欧共体应用DRASTIC评价模型进行地下水脆弱性研究[4]；以色列Martin Collin等[5]人对地下水污染风险评价进行理论研究和实践探讨，并将评价成果应用于水源保护和土地利用规划之中；张保祥等[6]人针对泰国清迈盆地的特点和区域特色，利用DRASTIC 方法对该地区的地下水脆弱性进行了定量评价，并绘制了地下水脆弱性分区图。在国内，杨庆等[7]学者将DRASTIC方法应用于大连市地下水易污性评价中，并结合GIS绘制了易污性指标图；董亮等[8]人根据脆弱性评价成果提出了流域内的优先污染控制区，为西湖流域以后的开发和规划提供了较有价值的参考信息；姚文锋等[9]应用DRASTIC方法对海河流域平原区地下水进行脆弱性评价，并根据实测硝态氮浓度对评价结果进行了检验。
本文应用DRASTIC评价方法，结合层次分析法，对海南省平原区浅层地下水进行脆弱性评价，以便为海南省地下水资源的合理开发、利用和保护提供有价值的参考数据。
1 DRASTIC评价方法简介
DRASTIC评价模型主要包括以下内容：（1）地下水脆弱性评价参数体系，包括地下水埋深（D），净补给量（R），含水层介质（A），土壤介质（S），[HJ1.73mm]地形坡度（T），包气带介质影响（I），含水层的水力传导系数（C）；（2）[HJ1.81mm]地下水脆弱性评分体系，由评价参数变化范围的评分构成；（3）地下水脆弱性权重体系，按照各个参数对地下水污染影响程度确定；（4）地下水脆弱性指数，为各个参数评分的加权，由式（1）确定。
DRASTIC=5D+4R+3A+2S+1T+5I+3C[JY]（1）
脆弱性指标较高的区域，地下水易于被污染，但DRASTIC 指标的评价结果具有相对性。根据脆弱性指数将研究区域划分成脆弱性不同的区域。
尽管DRASTIC方法在世界各地被广泛应用，但仍然存在许多局限性[10]，如各个评价参数的权重一成不变，但不同地方水文地质条件不同，会存在参数对地下水的影响程度与实际不符的情况；另外，有些资料较难收集，特别是包气带介质的相关资料。
2 研究区域概况 海南省属于热带海洋气候，全年暖热，雨量充沛，干湿季节明显。地形地貌主要是由山地、丘陵、台地、阶地和平原等地貌类型构成的三大环带，由里向外依次分布于全岛。本文的研究区为平原区，主要由风化壳黏结砂质壤土、山前冲洪积半松散亚砂土、滨海砂堤阶地松散砂层及现代港湾、深湖淤泥、早更新世杂色黏质土等组成。平原区浅层地下水主要赋存于第四系松散岩类孔隙含水层，分布于沿海地区的滨海堆积区、河流冲积区、冲洪积区和山前古洪积区，面积6 316.3 km2。具体水文地质特征如下。
（1）环岛滨海平原堆积层包括砂堤沙地和海成阶地，富水性差异大。砂堤沙地含水层厚度一般5～15 m，岩性主要为含贝壳中细砂、含砾亚砂土、中粗砂、砂砾石，水位埋深小于2 m，富水性好，单位涌水量一般200～1 000 m3/（d・m）。海成阶地含水层厚度2.5～12 m，单位涌水量一般50～150 m3/（d・m），山前地区富水性差，一般10～20 m3/（d・m）。
（2）河流冲洪积区分布于河流两侧，含水层岩性主要为含砾亚砂土、含砾中粗砂、中粗砂、砂砾石。从上游到下游，从阶地外缘到内缘，含水层厚度增加，分选性变好，富水性变好。民井单位涌水量一般30～100 m3/（d・m），局部地段>200 m3/（d・m）。
（3）山前古洪积层零星分布于山前，含水层岩性主要为亚砂土，局部为砾砂，颗粒分选性差，含水层薄（一般3～5 m），富水性差，单位涌水量一般大气降雨是潜水主要补给来源，因地层岩性松散，透水性良好，入渗系数一般0.3～0.6，部分地区灌溉水亦为重要补给来源。
据浅层地下水的分布区域及水文地质特征的差异性，将海南省平原区浅层地下水分为14个水文地质单元，见表1。
3 地下水脆弱性评价
3.1 评价单元划分
以浅层地下水二级水文地质单元分布为基础，与行政区划范围叠加，将研究区划分为35个评价单元，见图1。
3.2 评价参数及评分体系
科学合理的评价因子体系，可以在最大程度上反映这些因子对污染物的影响，影响评价结果的准确性。
采用7个参数对地下水脆弱性进行评价，考虑到包气带和土壤资料较难收集，本文根据海南省平原区的水文地质特征及现有资料，确定评价参数，并分析各个参数对地下水脆弱性的影响。
（1）地下水埋深。地下水埋深与包气带的厚度两个参数对脆弱性的影响基本一致，决定着污染物到达含水层之前的深度以及与周围介质接触的时间，通常地下水的埋深越深，污染物到达含水层所需时间越长，则污染物稀释的机会就越多，脆弱性也越低。
（2）水力传导系数和含水层厚度。
污染物进入含水层后，影响其扩散速度的主要因素为含水层的水力传导系数、含水介质及含水层的厚度等[7]。DRASTIC评价体系中，将含水层介质和含水层水力传导系数同时作为评价参数，但含水层岩性和含水层水力传导系数有很大的相关性。水力传导系数反映含水层介质的渗透性，受含水层介质的影响。一般含水层中的颗粒尺寸越大，粒间孔隙越大，连通性越好，水力传导系数越大，污染物在含水层内的迁移速度越快，污染物的衰减能力越低，地下水脆弱性就越高。含水层厚度反映地下水储水量的多少，进而表征地下水稀释能力的强弱。含水层越薄，地下水稀释能力越弱，地下水脆弱性越高。考虑到各个评价参数的独立性，以影响污染物扩散的水力传导系数和含水层厚度作为本研究区域的评价参数。
（3）地下水开采强度。
地下水环境与和人类活动的强弱是息息相关的。在研究区域，地下水的人类活动影响集中反映为地下水开采，地下水开采强度越大，污染物更容易随开采过程污染地下水，同时含水层中污染物因水含量的减少其浓度相应越大，地下水脆弱性相应越高。
（4）净补给量。
净补给量反映了污染物运移的动力，补给的地表水是污染物的携带媒介，污染物随着地表水体的入渗逐渐进入地下含水层，形成污染。地下水脆弱性随着地下水补给量的增加而呈现增长的趋势。
（5）地形坡度。
地形坡度与降雨的径流转化程度有关，地形坡度越大，形成地表径流的可能性较大，与斜坡相关的污染潜势相对较低。
因此在本次评价中，选定了地下水埋深、水力传导系数、含水层厚度、地下水开采强度、净补给量、地形坡度6 个参数。该评价参数与DRASTIC 方法评价参数的联系与区别见表2，评价参数的评分体系见表3。
3.3 权重体系
根据每个指标对地下水脆弱性影响的相对重要程度给予一个固定的权重构成权重体系。DRASTIC法各评价参数类别划分不尽合理、各参数权重一成不变也具有局限性，考虑海南省平原区的实际情况，同时也为了在某种程度上克服人为因素对地下水脆弱性评价结果的影响，本文利用层次分析法确定各项指标的权重。
3.4 评价结果
根据所选的参数及评分体系，分别确定各个因子在各个评价单元上的评分。应用GIS软件的地理分析系统对6个参数对应的评分按各个参数的相对权重值进行的叠加分析，得到各单元的地下水脆弱性分区图。各因子单独评价结果见图2-图7，脆弱性指数结果见图8。
从评价图8可以看出，特别敏感区的地区主要分布在东方感城、乐东平原区以及万宁。据调查，受污染的主要原因是人畜生活垃圾及化肥污染而导致水中的“三氮”含量超标或者矿化度>2 g/L，如乐东县佛罗井、冲坡井等检出多项参数超生活饮用水卫生标准，影响参数主要为硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、pH值。同时，乐东地区地下水补给量较少，可开采的资源量较少，但2010年的实际开采量较大，对地下水脆弱性具有较大的影响，脆弱性较大。万宁地区的地下水开采程度较大，加上地下水埋深较浅，很容易受到污染。 地下水污染敏感区主要分布在海口市、东方市、陵水县、琼海县等地区。海口市、东方市为经济发展水平较高的区域，水资源需求量较大，地下水开采量大。海口地区，由于地下水资源开采量大，地下水水位下降，并形成大面积的漏斗区，造成部分地区地下水受海水入侵影响，地下水的脆弱性较大。
而三亚地区地下水埋深较大，含水层较厚，污染物到达含水层所需时间较长，且地下水储水量较多，则污染物稀释的机会较多；同时三亚市作为国际旅游城市，以生态节水型社会为目标，注重生态环境质量，开展了许多水资源规划和保护工作，地下水的脆弱性较低。
根据以上分析，表明地下水脆弱性评价的结果与实际情况较相符。
4 结论
（1）通过对各个评价参数对地下水脆弱性影响分析，选取评价参数，解决了资料对参数选取的限制。应用层次分析法，确定权重体系，避免了DRASTIC方法权重对不同地区一成不变的局限。
（2）脆弱性指数分布图直观显示了不同地区地下水的易受污染程度，是一种简单、实用的表达方式。通过分布图可以看出，海南省平原区特别敏感区的地区主要分布在东方市的感城、乐东县平原区以及万宁市，非防护区主要分布在三亚市。评价结果可为各个地区的区域综合土地利用规划和地下水资源保护规划提供参考。
利用迭置指数法进行地下水脆弱性评价过程中，在评价参数的选取、单项参数评分以及权重体系的构建等方面，存在人为主观因素，对评价结果的客观性造成影响。如何真正克服人为因素的影响，将是地下水脆弱性评价中的一个重要内容。
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