【arcgis作业】基于GIS的某地区地下水易损性评价

基于GIS的某地区地下水易损性评价
摘要：本文主要介绍了基于GIS的地下水易损性评价的方法原理，以实习材料作为原始
资料，根据研究区的所给出的资料以及实际情况，选取了土壤类型、土地利用和地下水埋深3个指标作为评价该区地下水易损性的影响因子，应用综合评分模型，并结合GIS的空间叠加功能对该区的地下水脆弱性进行评价。

关键词：GIS 地下水易损性综合评分模型
前言：随着社会经济的不断进步和发展，地下水资源在我国国民经济、社会发展以及环
境建设方面越来越受到重视，城市化的迅速发展及“三废”排放问题的加剧,导致地下水污染日趋严重，地下水污染问题已引起人们越来越多的关注。

地下水脆弱性研究是保护地下水环境的基础。

通过地下水脆弱性研究，区别不同地区地下水的脆弱程度，并评价地下水潜在的易污染性，以警示人们在开采和利用地下水资源的同时，采取有效的措施保护地下水资源。

一、地下水脆弱性的机理分析及指标的确定
地下水系统是具有流动性的，其污染物的来源复杂多样，包括大气降水和地表水体的入渗、各含水层的地下径流补给和相邻含水层间的越流补给都可能造成研究区地下水受到污染，而且污染过程也十分复杂。

影响地下水脆弱性的各种潜在因素很多，本文根据研究区的实际情况，选取土壤类型、土壤利用以及地下水埋深三项指标，建立评价某区地下水脆弱性的指标体系。

该指标体系包含了人类活动影响对该区地下水脆弱性的考虑，属于特殊脆弱性评价。

1.1影响地下水脆弱性的因素
影响地下水脆弱性的指标参数众多，但其中部分指标在实际应用中存在无法现实或实现代价过大的问题，如土壤的成分、有机质含量、粘土矿物含量等，将这些因素作为评价指标，那么地下水脆弱性评价的指标取值将十分困难，分布规律也难以获得，因此可操作性较差；同时选择的指标过多，还存在各指标之间的相互重叠与干扰，如土壤的类型与土壤中有机物含量及粘土矿物含量密切相关，如果都作为评价指标，将会影响到主要指标的作用。

因此，进行地下水的脆弱性评价时，应考虑研究目的、研究的区域条件、人类活动、污染源等因素，建立一套客观、科学、易操作的指标体系。

1.2地下水脆弱性各项评价指标的影响机理
根据上述影响因素的分析以及研究区的实际情况，本文选取土壤类型、土壤利用以及地下水埋深作为该区地下水脆弱性评价的指标，并在下文对这些指标对地下水脆弱性的影响机理进行探讨。

（1）土壤类型
土壤介质类型是指位于包气带顶部并且具有强烈生物活动特征的部分。

土壤带的介质颗粒细密，粘粒含量和有机物含量高，微生物数量多，对污染物通过补给量渗入地表及垂直向包气带运移的过程具有强烈的影响。

主要影响污染物的生化反应、吸附和渗透效果，在土壤层中通过一系列的化学生物反应，由地表进入包气带的污染物的浓度会显著降低。

当地表污染物以大气降水等为载体进入上壤层，污染物可以被微生物降解，也可以被固体颗粒所吸附，从而使污染物得到净化，因此对污染物垂直运移至渗流区有显著的影响。

通常情况下，地下水脆弱性明显受土壤中的粘土类型、粘土胀缩性、颗粒大小、有机质的含量的影响，粘土胀缩性越小、颗粒尺寸越小的土壤，脆弱性越低。

图1为研究区土壤类型对地下水易损性的贡献值分布图。

图1 土壤类型对地下水易损性贡献值图
（2）土地利用
人类活动的范围和规模不断扩大，是加剧地下水环境恶化的重要因素，而最直接反应人类活动变化的就是土地利用状况。

不同的土地利用方式对污染物进入地下水的类型和过程具有明显影响。

例如：耕地范围内是地下水中三氮污染物浓度高于其他区域；城市内市政建设对降雨的入渗和蒸发影响明显；工业区污染物的排放方式对地下水水质影响明显。

因此，可以通过土地利用的状况分析地下水脆弱性的变化。

图2为研究区土地利用对地下水易损性的贡献值分布图。

图2 土地利用对地下水易损性贡献值图
（3）地下水埋深
地下水埋深是指地表至地下水水面的垂直距离。

地下水埋深是一个很重要的因子，因为它决定着污染物到达含水层之前所迁移的深度以及污染物与周围介质接触的时间。

通常来说，地下水埋深越大，污染物迁移的时间越长，那么水中污染物被稀释的可能性就越大。

同时，污染物在介质中迁移的时间越长，它与土壤空隙中氧气接触进而被氧化的机会也越多。

因此，地下水埋深越大地下水的脆弱性越低；反之，埋深越小，地下水的脆弱性越大。

按地下水的赋存条件不同，可将含水层分为潜水含水层，承压含水层和半承压含水层。

依照不同的含水层类型，地下水埋深具有不同的意义：潜水的埋深是指潜水位与地表之间的深度；承压含水层的埋深是地表与含水层顶板间的距离；半承压含水层不能给予直接的评价，只能按照隔水层的渗透性对半承压含水层进行适当处理，当隔水层渗透性较大时，可将半承压含水层视为潜水含水层。

反之，当半承压含水层只具有较小的渗透系数时，可将半承压含水层视作承压含水层进行评价。

结合以上分析以及研究区实际情况，作出研究区地下水埋深对地下水易损性的贡献值分布图（图3）。

图3 地下水埋深对地下水易损性的贡献值图
二、地下水脆弱性评价方法
本文采用的是参数系统法中的权重评分法求取脆弱性综合指数值，其计算方法是将各指标评分值（贡献值）和各自权重值的乘积迭加。

具体计算公式如下：
1m i j ij j P w R ==⨯∑
式中：P i 为第i 个评价单元的脆弱性综合评分值；W j 为指标i 的权重；R ij 为第i 个评价单元第j 个指标的评分值（贡献值）。

权重体现着各评价指标对地下水脆弱性的影响程度，权重值的大小对综合评价模型计算出的脆弱性综合指数影响很大。

根据研究区的实际情况以及各项指标对研究区的影响，认为土壤类型是此次评价指标中最主要的影响因素，赋予土壤类型的权重值为3，土壤利用和地下水埋深两项指标次之，分别赋权重值为1。

则地下水易损性指标值 = 3 ×土壤类型贡献值 + 1 ×土地利用贡献值 + 1×地下水埋深贡献值。

三、评价结果及结果分析
（1）评价结果
应用ARCGIS 软件的空间叠加分析功能对这3个因子对应的贡献值按各自对应的相对权
重值进行图层间的叠加分析,得到研究区地下水最终的易损性指数。

通过计算得到研究区地下水脆弱性指数最小值为0，最大值为250。

将得到的评分平均分为五个区间（见图4），得到各评价单元脆弱性指数的五个等级：轻微(脆弱性指数<0)，一般(脆弱性指数0～175)，中等 (脆弱性指数175～200)，严重(脆弱性指数200～225)和很严重（225～250）。

按照计算得到的不同评价指数，在ArcMap中将其按照所划定的5个等级显示出来，得到综合评分地下水脆弱性评价图，见图5。

图4 地下水易损性综合指数图
图5 地下水易损性等级划分图
（2）结果分析
从图中可以得出如下分布规律：
⑴研究区地下水易损性为很严重的地区主要分布在研究区的中部、中南部以及北部。

⑵研究区地下水易损性为严重的地区主要分布在研究区的北部和东南部。

⑶研究区地下水易损性为中等的地区主要分布在研究区北部和西南部。

⑷研究区地下水易损性为一般的地区主要分布在研究区东部和东南部。

⑸研究区地下水易损性为微弱的地区主要分布在研究区北部以及东南部的居民区。

四、结论
（1）根据研究区具体情况，基于ARCGIS对该地区地下水易损性进行评价，得出研究区地下水易损性的分布特征：地下水易损性为很严重的地区主要分布在研究区的中部、中南部以及北部；地下水易损性为严重的地区主要分布在研究区的北部和东南部；地下水易损性为中等的地区主要分布在研究区北部和西南部；地下水易损性为一般的地区主要分布在研究区东部和东南部；地下水易损性为微弱的地区主要分布在研究区北部以及东南部的居民区。

（2）基于GIS的空间分析功能将各个因子的评分图进行叠加得到地下水脆弱性评价图，通过结果图可以看出各区域的地下水脆弱性的相对程度及分布情况，为该地区地下水资源的合理开发利用、保护等方面提供决策依据。

而随着GIS技术理论和方法上的不断完善,它在水资源领域将会占有越来越重要的地位。

（3）将指标划分为不同的级别和范围时，没有细分定额范围，评分标准过于粗糙，致使定额的确定存在较大的人为因素,从而影响结果的准确性。

（4）本次研究是以实习材料为背景资料，因此在考虑地下水易损性综合影响因素的时候，只考虑了练习资料给出的因素，很多其他因素因为不能确定所以未给予考虑，因此评价的结果还有很多缺陷。

参考资料
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