广西区潜水含水层防污性能评价与研究

周海玲, 江思义, 李淑萍

(广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁 530029)

0 引言

地下水是我国城乡居民饮用水的重要水源之一，防治地下水污染对于保障饮用水安全具有重要的战略意义。潜水含水层距离地表较近，与包气带直接连通，和地表水圈、大气圈联系紧密，潜水含水层易受到人为因素的影响，对潜水含水层防污性能进行评价与研究对地下水污染防治有较大的意义。

目前，对地下水防污性能的研究有很多，刘淑芬等[1]以河北平原为例，对区域地下水防污性能的评价方法进行研究；李贵明[2]以河南省项城市为例，对水质型缺水区的地下水防污性能进行评价与防治研究；王燕秋[3]以泰安市为例，对岩溶地区岩溶水系统地下水防污性能进行了研究；林洪义[4]采用DRTA模型对松花江松原市江段重点地段地下水环境质量与防污性能进行了评价研究；蔚辉[5]对北京城近郊“三氮”特殊防污性能进行了评价，对“三氮”的特殊污染性能与在包气带中的运移及转化机理进行了研究；钟佐燊[6]对国内外地下水防污性能评价方法进行了归纳与探讨，对比了各类模型的优缺点并进行了总结，相关的研究不胜枚举。

本次研究依托于“广西壮族自治区地下水污染现状调查”和“广西壮族自治区地下水资源评价”项目，其成果可为广西区地下水污染防治和生态文明建设、环境保护等提供指导和借鉴。

1 研究区概况

广西地处我国南部，位于北纬20°54′～26°23′，东经104°28′～112°04′。南临北部湾，与海南省隔海相望，东连广东，东北接湖南，西北靠贵州，西邻云南，西南与越南毗邻。陆地区域面积23.67 × 104km2，占全国国土总面积的2.5%，居各省区市第9位，大陆海岸线全长1 500 km，沿海滩涂面积1 005 km2。全区地下水分为孔隙水、孔隙裂隙水、岩溶水和裂隙水等四种地下水类型。又按不同的含水岩类划分成松散岩类、红层钙质砾岩类、红层碎屑岩类、碳酸盐岩类、碳酸盐岩夹碎屑岩类、碎屑岩类、变质岩类和岩浆岩类等八个含水岩组。

广西是地下水资源丰富的地区，多年平均天然补给资源量为754.65 × 108m3/a，枯水年天然补给资源量为661.37 × 108m3/a，可开资源量为273.38 × 108m3/a。全区地下水开发均为浅层淡水，开采方式有井采、引泉等。故对区内潜水的防污性能进行评价与研究，对防治地下水污染及保障饮用水安全具有重要的战略意义。

2 评价方法研究

天然防污性能是指在一定的地质与水文地质条件下，人类活动产生的所有污染物进入地下水的难易程度。本次研究采用DRASTIC模型，具体研究思路为：①资料搜集和野外调查；②建立评分体系和权重体系；③计算评分指标值；④划分防污性能区域；⑤绘制防污性能分级图。

2.1 评价因子选取

DRASTIC模型是由美国环保局(U.S.EPA)于1985年提出的，该地下水水质模型用于评价区域地下水污染风险[7]，该模型包括：地下水埋深(D)、含水层净补给量(R)、含水层介质类型(A)、土壤类型(S)、地形坡度(T)、包气带岩性(I)和含水层的导水系数(C)7个因子。各评价因子的选取及参数获取说明如下：

(1)地下水埋深(D)：地下水埋深决定着污染物到达含水层时间及其与含水介质接触的时间，并且提供了污染物与大气中的氧接触致使其氧化的最大机会[8-9]。地下水埋深一般通过枯水季节水位监测孔获得，也可通过地下水等水位图、钻孔资料等资料获得。本次调查主要通过收集资料和实测获得。

(2)含水层净补给量(R)：DRASTIC模型规定净补给量为单位面积内通过地表下渗到达地下水水位的水量。净补给主要来源于降雨量，可用降雨量减去地表径流量和蒸发量来估计R因子[8-9]。本次调查主要通过收集广西89个降雨站点的多年(共35年)平均降雨量绘制等直线图，以及广西区各种岩性的渗入系数，通过两图进行叠加再减去地表径流量和蒸发量来估计评价点R因子。

(3)含水层介质类型(A)：含水层介质对含水层中的水流运动有较大影响，也影响到污染物发育过程[8-9]。本调查主要通过收集资料中的抽水试验钻孔和广西地下水监测点的1 432个钻孔柱状图中筛选出625个作为确定A因子的基础资料。

(4)土壤类型(S)：土壤类型不仅对地表入渗的补给量影响较大，同时也对污染物垂直向包气带运移的能力有影响[8-9]。本次调查主要依据收集的资料中的广西土壤质地分布概图和1∶100万的广西工程地质图以及广西水文地质图等来确定S因子。

(5)地形坡度(T)：地形坡度不仅控制着污染物的滞留情况，还影响了土壤发育情况。除此之外，地形还决定了地下水的流向和流速[8-9]。本次研究利用ArcGIS地理信息系统软件，采用1∶25万的广西数字地形图中的等高线、高程点以及部分水系要素输入高程值，生成广西数字高程模型(DEM)，通过计算相邻元值的差异可求得坡度，按坡度分级确定T因子。

(6)包气带岩性(I)：包气带岩性的类型影响着污染物的迁移时间以及污染物与岩土体之间的反应程度[8-9]。本调查主要通过收集资料中的抽水试验钻孔和广西地下水监测点的1 432个钻孔柱状图中筛选出625个作为确定I因子的基础资料。

(7)含水层的导水系数(C)：导水系数C数据难以得到， 渗透系数K反映了含水层中水流的迁移能力，用渗透系数K代替导水系数C也能达到评价的目的。渗透系数K可根据含水层的抽水试验计算得出，也可通过单井涌水量估计[8-9]。本次研究主要通过收集钻孔中抽水试验孔和广西地下水监测点共625个钻孔点计算出来的渗透系数K，确定C因子。

2.2 评价指标体系及评价方法

2.2.1 DRASTIC模型评分体系

DRASTIC模型中因子分为数值和介质两类。D、R、T、C因子为数值类；A、S、I是介质类。设计分值范围是1～10，防污性能最好的评分为1，最差的评分为10，其中，D、R、S、T、C因子每个区间或每类介质只给一个评分值，而A、I因子的每类介质给一个分值范围和一个代表值(见表1)。

表1 DRASTIC模型各因子的类别及其评分表

备注：*括弧内的数字为典型评分值。

2.2.2 DRASTIC模型权重体系

按因子对防污性能影响的大小分别给予权重值，影响最大的权重值为5，影响最小的为1。权重值是不变的常数，见表2。

表2 DRASTIC模型各因子权重

2.2.3 计算评分指标值

根据评价区具体情况，结合野外实际调查资料和收集到的已有各种资料，兼顾水文地质单元进行评价。本次采用的是离散型点方式进行评价，选定恰当的评价点后(删除同一水文地质单元内各因子差异性较大的点)，根据表1、表2确定各评价点分级值和权重值，采用加权的方法计算DRASTIC指数(DI)。DRASTIC指数(DI)的计算公式：

DI=DwDr+RwRr+AwAr+SwSr+TwTr+IwIr+CwCr

式中，DI为防污性能指数；Dr、Rr、Ar、Sr、Tr、Ir、Cr分别为各因子的分级值；Dw、Rw、Aw、Sw、Tw、Iw、Cw分别为各因子的权重值。

3 研究区评级研究

在评价区23.7 × 104km2范围内，采用上述评价方法，对各离散点进行评价后得到的防污性能指数(即各评价指标的加权和)，即在67～201之间，根据各离散点的分布情况，结合DRASTIC 防污性能的划分原则和广西地质环境条件的实际情况，根据DRASTIC模型计算结果，将广西的潜水含水层防污性能评价区划分为3 个等级(见表3及图1):即Ⅰ级，DI≤110，防污性能较好；Ⅱ级，110130，防污性能较差。地下水系统防污性能指数越小，防污性能越好；反之，则防污性能越差。

(1)潜水含水层防污性能较好区：主要位于东兴至灵山裂隙地下水系统，玉林至北海裂隙、孔隙地下水系统北部和桥圩至芩溪裂隙地下水系统分布区，见表3，具体分布见图1。总面积1.55 × 104km2，占全区面积的6.54%。地貌类型为低山丘陵，主要为花岗岩分布区，上部风化壳层厚约10～50 m，主要为黏性土层，颗粒密实程度好，地下水埋藏较深，自净能力强。防污性能指数DI值在67～110之间。

(2)潜水含水层防污性能中等区：广西的各个地下水系统均有分布，见表3，具体分布见图1。总面积17.31 × 104km2，占全区面积的73.04%。地貌以中山、中低山、低山丘陵、峰林平原、峰林谷地为主。该区上部覆盖有黏性土层，地下水补给、径流、排泄条件较好，自净能力中等。防污性能指数DI值在111～130之间。

(3)潜水含水层防污性能较差区：分布于隆林至巴马岩溶、裂隙地下水系统，天峨至融安裂隙地下水系统，环江至宜山岩溶地下水系统，忻城至黎塘岩溶地下系统，德保岩溶、裂隙地下水系统，天等至武鸣岩溶、裂隙地下系统，龙州至扶绥岩溶地下水系统分布区，见表3，具体分布见图1。总面积4.84 × 104km2，占全区面积的20.42%。该区基本为灰岩裸露的峰林孤峰平原、峰丛峰林谷地、高峰丛洼地等岩溶地貌区和滨海平原台和地丘陵山地区，黏性土层一般为0～5 m，地下水埋深较浅，地下河系、岩溶管道以及空隙发育强烈，连通性较好，一旦地下水受到污染，地下水将沿着地下河、岩溶管道以及孔隙径流至其他区域，地下水自净能力较弱，防污性能指数DI值在131～201之间。

表3 广西各地下水系统防污性能评价表

图1 广西潜水防污染性能指数分区图

4 结语

利用DRASTIC模型，模型包括地下水埋深(D)、含水层净补给量(R)、含水层介质类型(A)、土壤类型(S)、地形坡度(T)、包气带岩性(I)和含水层的导水系数(C)7个因子，对广西区潜水防污性能进行评价。结果表明：潜水含水层防污性能较好区：主要位于东兴至灵山裂隙地下水系统，玉林至北海裂隙、孔隙地下水系统北部和桥圩至芩溪裂隙地下水系统分布区，总面积1.55 × 104km2，占全区面积的6.54%；潜水含水层防污性能中等区：广西的各个地下水系统均有分布，总面积17.31 × 104km2，占全区面积的73.04%；潜水含水层防污性能较差区：分布于隆林至巴马岩溶、裂隙地下水系统，天峨至融安裂隙地下水系统，环江至宜山岩溶地下水系统，忻城至黎塘岩溶地下系统，德保岩溶、裂隙地下水系统，天等至武鸣岩溶、裂隙地下系统，龙州至扶绥岩溶地下水系统分布区，总面积4.84 × 104km2，占全区面积的20.42%。其成果可为广西区地下水污染防治和生态文明建设、环境保护等提供指导和借鉴。