地下水污染防治区划研究

地下水污染防治区划研究
杨磊;黄敬军;陆徐荣
【摘要】以某地区地下水污染调查成果为基础,基于地下水资源的自然属性和社会属性,建立了由1个目标层、2个属性层、3个准则层、6个约束层和12项指标构成的地下水污染防治区划指标体系.利用层次分析法确定指标权重,采用加权平均综合指数模型计算区划指数,并借助MapGIS技术进行相关数据处理和区划结果可视化表达.区划结果符合地下水污染预防为主与分区防治的原则.
【期刊名称】《地质学刊》
【年(卷),期】2014(038)002
【总页数】4页(P298-301)
【关键词】地下水污染防治;区划;指标体系;层次分析法
【作者】杨磊;黄敬军;陆徐荣
【作者单位】国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室,江苏南京210018;江苏省地质调查研究院,江苏南京210018;国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室,江苏南京210018;江苏省地质调查研究院,江苏南京210018;国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室,江苏南京210018;江苏省地质调查研究院,江苏南京210018
【正文语种】中文
【中图分类】P641
近年来，对地下水污染评价指标体系的研究取得了较大进展，建立了地下水脆弱性评价(孙艳伟等，2007）、地下水易污性评价(邓昌州等，2011）、地下水防污性
能评价(朱兴贤等，2006）、地下水风险性评价(申利娜等，2010）、地下水功能
评价(杜金龙等，2007）等指标体系，但由于各类评价的出发点和角度不同，导致评价结果可比性较差，且上述评价多基于含水层和污染源的本质特征，即对区域水文地质条件抵御外界污染的能力或污染源造成地下水污染的危害性进行定性或定量的描述(王俊杰等，2012），而忽略了从社会经济的角度对地下水污染问题的考虑。

笔者试图基于地下水资源的自然属性和社会属性，建立一套以保护地下水资源为目的的地下水污染防治区划指标体系，并进行评价分析。

某地区地下水污染调查显示：浅层地下水污染较为严重，未污染与轻度污染区面积较小，主要分布在西部和北部的丘陵岗地和山前平原，中度和重度污染区主要分布在三角洲平原、湖泊水网平原和沿海平原，浅层地下水多为IV类水和V类水，主要污染指标有TDS、总硬度、硝酸盐、氨氮、氯化物及重金属；深层地下水总体
质量较好，污染程度较轻。

1.1 指标体系结构
地下水污染防治区划指标体系在考虑其自然属性与社会属性特征的基础上，遵循重要性与差异性、普遍性与可行性、定性与定量相结合的原则，分为5个层次：第
一层次为目标层，即地下水污染防治区划；第二层次为属性层，分自然属性和社会属性；第三层次为准则层，社会属性考虑区划评价对象的重要性，自然属性考虑地下水环境质量及地下水易污性；第四层次为约束层，为评价指标的6个类别；第
五层次为指标层，选取12个可量化评价指标(图1）。

社会属性指标考虑人类活动对地下水造成的影响，即水资源供给(地下水开发利用
程度与地下水在供水中的比重）、经济发展水平(城镇化率）以及污染荷载(工业废水污染、农业面源污染）；自然属性考虑地下水环境质量与地下水防污性能，地下水环境质量用地下水质量现状与地下水污染现状2个指标表征，地下水防污性能
用改进的DRASTIC模型评价，选取地下水位埋深、净补给量、含水砂层厚度、包
气带影响和含水层水力传导系数作为评价指标。

1.2 评价指标解析
1.2.1 地下水开发利用程度地下水开发利用程度即地下水现状开采量与其可开采资源量的比值反映了地下水受人类活动的直接影响程度，可表征其在社会经济发展中的重要性。

在一个地区，地下水开发利用程度越高，地下水受该区人类活动的直接影响也就越强烈，地下水需要防护的等级也就越高。

1.2.2 地下水在供水中的比重地下水在供水中的比重即在一个地区、地下水供水量占社会总供水量的比值，表征社会发展对地下水的依赖程度。

地下水在供水中的比重越高，其受到污染后对社会经济产生的影响就越大，需要防护的等级也就越高。

1.2.3 经济发展水平经济发展水平用城镇化率指标来表征，城镇化率是衡量城镇化发展程度的基础指标，一般采用人口统计学指标，即城镇人口占总人口的比重。

城镇化率还反映了生活污染源对地下水的影响，因为各地区生活污水、生活垃圾排放量主要取决于城市的规模、乡镇的城镇化进程和废水处理水平等因素。

1.2.4 污染荷载地下水污染源按来源主要可分3种类型：工业污染源、农业污染源和生活污染源。

生活污染源在城镇化率指标中已有考虑，不宜再重复选取；农业污染源以面源为主，来自农业生产中大面积施用的农药和化肥，故选取农药化肥施用强度(吨/公顷·年）为评价指标；工业污染源以废水为主，《环境影响评价技术导则地下水环境》(HJ 610—2011）也推荐工业废水排放量作为地下水污染环境影响评价等级确定的重要依据，本研究选取工业废水排放强度(万吨/平方千米·年）为评价指标。

1.2.5 地下水质量与地下水污染地下水质量与地下水污染指标表征区域地下水环境质量现状、地下水体的污染程度和状况，是确定地下水是否需要进行修复治理以及评定防护等级的重要依据。

根据《地下水质量标准》(GB/T 14848—93）和《地下水污染地质调查评价规范》(DD 2008—01），将地下水质量分为5类：I类、II
类、III类、IV类和V类，地下水污染程度分为6类：未污染、轻度污染、中度污染、较重污染、严重污染和极重污染。

选取的地下水质量评价指标有59项，其中无机指标32项、有机指标27项；地下水污染评价指标64项，其中无机指标25项、有机指标39项。

1.2.6 地下水防污性能地下水防污性能刻画的是特定水文地质条件自身抵抗外来污染的能力，不考虑人类活动和污染源的影响，只考虑水文地质内部因素，具有相对静态、不可变和人为不可控制性。

DRASTIC评价方法是目前应用最为广泛的地下
水防污性能评价方法，其选择的7个指标为：D为地下水埋深(depth of water－table）、R为净补给量(net recharge）、A为含水层介质(aquifer media）、S
为土壤介质(soil media）、T为地形坡度(topography）、I为包气带影响(impact of the vadose），C为含水层水力传导系数(hydraulic conductivity of the aquifer），均为对地下水防污性能影响大且资料容易获取的因子。

但DRASTIC模型在指标设置上也存在一定的缺陷，如选取的指标之间存在关联性、缺乏层次性(鄂建等，2010），比如含水层水力传导系数与含水层介质之间、包气带影响与土壤介质之间就存在密切相关性，有重复考虑之嫌；评价指标在实际应用中也应有所取舍，如评价区山体面积仅占国土面积的2.8%(黄敬军等，2011），
地形坡度对全区范围的地下水防污性能的影响并不明显，可不予考虑；故评价区地下水防污性能评价应用改进的DRASTIC模型，选取地下水位埋深、净补给量、含水砂层厚度、包气带影响和含水层水力传导系数作为评价指标，其中净补给量包含降水入渗补给量、地表水补给量、灌溉入渗补给量；含水层介质考虑含水砂层的厚度而不是岩性，是因为含水层岩性明显与含水层水力传导系数的大小密切相关；包气带影响考虑包含土壤层在内的包气带岩性及结构特征。

1.3 指标权重确定
体系构建过程中，需要进行评价指标的权重分配，采用专家打分－层次分析法计算
各层次评价指标的权重。

步骤为：(1）构建判断矩阵。

由专家组根据研究区域的实际情况，按照一定的标度法(如九分度法、三分度法）对各评价指标进行两两比较，得到判断矩阵。

(2）计算重要性排序。

求出判断矩阵最大特征根所对应的特征向量，所求特征向量即为各评价指标的重要性排序，即权重分配。

(3）一致性检验。

为检验所求权重(特征向量）的合理性，需要对判断矩阵作一致性检验，若不符合一致
性检验条件，则需要对判断矩阵重新调查取值，直到通过一致性检验为止。

经过计算确定的指标权重见表1。

2.1 区划评价模型
综合指数法是目前地质环境评价工作中应用较多的方法之一，具有简单、实用的特点。

采用加权平均综合指数模型进行地下水污染防治区划评价。

其数学模型为：
式(1）中，Pi为区划指数值；u为各指标的值，按表1确定；w为各指标的权重，按表1确定；i为所有评价指标的计数，i=1，2，3，…，n；n为指标的总个数。

2.2 区划分区标准
依据地下水污染防治区划指数Pi，结合地区集中式饮用水水源地保护区划分方案，划分为5个区：重要地下水水源地、自然防护区(Pi≤1.75）、一般防护区(1.75＜
Pi≤3.25）、重点防护区(3.25＜Pi≤4.50）和修复治理区(Pi＞4.50）。

2.3 区划结果
依据地下水污染防治区划指标体系及指标权重与判别分值，建立地下水污染防治区划评价指标的量化数据库，以MapGIS空间分析模块为平台，计算各单元的区划
指数，进行区划分区，结果如下。

重要地下水水源地：为县级以上集中式饮用水水源地(包括已建成的在用、备用、
应急水源地，在建和规划的水源地），共计46个，其中在用水源地14个，主要
分布在西北部岩溶发育区，其余地区供水水源以地表水为主，或者地下水水源地为备用、应急、规划水源地。

自然防护区：主要分布在东北部、西部、西南部丘陵岗地和山前平原地带，占总面积的14.9%。

这些地区地下水防污性能好，地下水资源开发利用程度较低，地下
水污染程度较轻，城镇化率低，地面工业污染源少，工业废水排放强度低。

一般防护区：广泛分布于平原地区，占总面积的60.6%。

这些地区的地下水防污
性能一般，地下水资源较为丰富、开发利用程度一般，浅层地下水污染程度较重，城镇化率中等或较低，工业废水排放强度较低，广大农村地区以农业面源污染为主。

重点防护区：大面积分布于三角洲平原和沿海平原，在北部两中心工业城市呈散块状分布，占总面积的24.0%。

这些地区地下水防污性能较差，浅层地下水污染程
度严重，城镇化率高或工业园区集中，工业废水排放强度大。

修复治理区：仅在南部沿江工业区以及西北部煤炭工业区零星分布，面积约483.2 km2。

这些地区的地下水防污性能差，浅层地下水质量以V类水为主，污染程度
严重。

在大量野外地下水污染调查数据的基础上，建立了由1个目标层、2个属性层、3
个准则层、6个约束层和12项指标构成的地下水污染防治区划指标体系。

根据计
算的区划指数，结合地区集中式饮用水水源地保护区划分方案，区划结果分为5
个区。

针对分区，提出地下水污染防治建议：(1）重要地下水水源地，划定水源地保护区和准保护区范围、确定水质目标，完善水源地管理与地下水环境保护法律法规体系建设；(2）自然防护区和一般防护区，加强地下水管理和监督，合理开发利用地下水资源，在保护中开发；(3）重点防护区，建立区域地下水污染监测网，从污染源头控制工业废水排放，加强污水净化；(4）修复治理区，建立场地地下水污染监测网，借鉴国内外地下水污染修复治理技术和经验，开展地下水污染修复试点工作。

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