ArcGIS地统计分析在地下水脆弱性评价中的应用

第34卷第6期201112测绘与空间地理信息GEOMATICS ＆SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol．34，No．6Dec．，2011收稿日期：2010－12－02作者简介：肖兴平（1980－），男，湖北云梦人，工程师，大学本科，主要从事水工环方面的GIS 编图与评价、水工环信息系统开发等工作。

ArcGIS 地统计分析在地下水脆弱性评价中的应用肖兴平（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定071051）摘要：地下水是水资源的重要组成部份，地下水污染危害人的健康，影响人们的生产和生活，查明某一地区地下水容易受污染的可能性即地下水脆弱性，能为管理决策部门提供合理开发地下水资源，防治地下水污染的科学规划和管理依据。

在脆弱性评价工作中，应用当前国际上最先进的地理信息系统平台ArcGIS ，并结合地统计分析原理，完成地下水系统脆弱性编图，并进行地下水环境保护功能分区，是查明某一示范区地下水脆弱性的可靠手段和科学依据。

文章以河北省沧州地区为例，以DRASTIC 模型的七项评价因子为脆弱性评价指标，利用ArcGIS 为平台实现地下水脆弱性编图，方便从事地下水工作的管理人员及时掌握地下水污染动态、空间分布及演化趋势。

关键词：地下水；脆弱性；评价；编图；GIS 中图分类号：P208文献标识码：B文章编号：1672－5867（2011）06－0124－03The Application of the Groundwater Vulnerability Assessment Basedon the Statistical Analysis of ArcGISXIAO Xing －ping（Center For Hydrogeology and Environmental Geology ，CGS ，Baoding 071051，China ）Abstract ：Groundwater is an important component of the water resources．Groundwater pollution endangers human health and affects people＇s production and life．Thus identifying the possibility of groundwater pollution in an area ，which is the groundwater vulnerability ，can provide rational scientific planning and management basis for exploitation of groundwater resources and control of groundwater pol-lution for management decision sector．In vulnerability assessment ，using the most advanced international GIS platform ArcGIS ，with the principle of statistical analysis ，to complete the mapping of groundwater system vulnerability ，and to zone the groundwater environmental protection function division ，it is the reliable tools and scientific basis to identify the groundwater vulnerability of a demonstration area．This article bases on the groundwater vulnerability assessment in Cangzhou of Hebei as an example ，uses seven evaluation factors of DRASTIC model as the vulnerability assessment indicators ，utilizes ArcGIS platform to realize the groundwater vulnerability mapping ，and facilitates the management working people in groundwater to master the groundwater pollution＇s dynamic ，spatial distribution and e-volution timely．Key words ：Groundwater ；Vulnerability ；assessment ；Mapping ；GIS0引言地下水是一种宝贵的资源，关系到国民经济、人民生活和生态环境。

当今时代由于我国城市和工业的过度需要，地下水污染问题日益严重，研究地下水污染问题的工作也逐渐受到政府部门和社会重视。

进行地下水污染脆弱性评价，并编制地下水系统脆弱性分区图，能为保护地下水免受污染提供科学依据。

通常可简单地将地下水脆弱性理解为“地下水容易受到污染的可能性”。

污染脆弱性是地下水系统的本质特性，表征该系统的水质对人为或自然作用的脆弱性（Vrba 和Zaporozec ）。

大多数学者将地下水污染脆弱性定义为：污染物从地表开始，通过土壤层、包气带，进入含水层后，到达地下水系统的某个特定位置的倾向或可能性。

地下水脆弱性分固有脆弱性和特殊脆弱性，国际上一般研究的多为地下水固有脆弱性，本文的地下水脆弱性也是指地下水固有脆弱性，即不考虑人类活动和污染源，而只考虑水文地质内部因素的脆弱性。

在选取地下水脆弱性评价方法，再用ArcGIS技术进行脆弱性编图和分区之后，进行地下水脆弱性评价和分析，为管理和保护地下水资源、防治地下水污染以及城市规划和建设服务。

1示范区的选取和地质条件概况示范区选取河北省沧州地区，地处我国华北东部滨海平原，其东经115ʎ42' 117ʎ51'，北纬37ʎ28' 38ʎ57'。

地势平坦，低洼，总的趋势是西高东低，西南高东北低，自西而东，自西南向东北微倾斜。

西部地面标高15m，东部沿海标高2m左右。

自然坡降0．8ˑ10－4，地貌特征以滨海平原为主体。

海兴县境内有第四纪火山喷发形成的“小山”地貌，海拔34．8m。

沧州市的地质环境问题具有典型代表性，其城市建设中除有一般城市所具有的环境地质问题，如地下水污染问题之外，还有其自身地质环境原因造成的典型原生环境地质问题，如土地盐渍化、地下水引起的地方病和软弱地基土；次生环境地质问题，如超采造成的地下水资源匮乏、地下水、油开发过度造成的降落漏斗、地面沉降、地裂缝、咸水入侵，以及沿海风暴潮等问题。

地下水污染现状及发展趋势分析：示范区深层水多在120 480m，上覆层厚度大，且以黏性土为主，目前尚未发现有大面积污染；浅层地下水防污能力较弱，污染较为普遍。

本区浅层水污染途径一般为垂直入渗污染，即地表污染物随水通过包气带渗入地下污染地下水。

另外少数井孔入渗，或沿排污管边形成侧渗也是一个污染途径，此类污染范围一般小于垂直入渗污染型。

据示范区多年地下水水质监测资料来看，区域及城市地下水污染程度总体呈逐渐加重趋势。

地下水的污染面积和主要污染物含量都有增加。

虽然近年来采取了一系列控制措施，部分城市的污染速度有所减缓，但随着乡镇企业的发展，整体上地下水的污染仍呈加重趋势，而且污染分散，不易监测控制。

具体表现为：地下水中氮污染加重；地下水中酚、氰、六价铬、砷、汞污染呈现增长趋势；地下水硬度升高；硫酸根升高。

2ArcGIS地统计分析在地下水脆弱性评价中的应用流程2．1建立地下水系统脆弱性评价指标地下水系统脆弱性评价指标的建立即是对以DRAS-TIC7项因子（地下水位埋深、净补给量、含水层介质、土壤介质、地形、包气带介质、渗透系数）各单项指标的确定以及综合脆弱性指标的确定。

每个评价因子都赋以一个权重以反映评价因子和脆弱性评价的重要性之间的关系，权重的范围为1 5，对地下水系统影响最重要评价因子的权重为5，影响程度最小的评价因子权重为1。

每一种评价因子自身都有给定的等级变化范围。

DRASTIK地下水系统脆弱性指标对应的是对7项水文地质评价因子评价指标评分的加权值（见表1）。

表1DRASTIK脆弱性指标体系中的各项评价因子的权重Tab．1Each assessment factors’weights in the vulnerabilityindex system of DRASTIK评价因子权重地下水位埋深（D）5含水层净补给量（R）4含水层岩性（A）3土壤类型（S）2地形（T）1包气带介质（I）5渗透系数（C）3DRASTIC地下水系统脆弱性指标由下式确定：DRASTIC=5·D+4·R+3·A+2·S+1·T+5·I +3·C式中，数字代表各项因子所对应的权重。

确定了DRASTIC指标之后，就可以确定哪些区域的地下水相对容易污染，即具有较高脆弱性指标的区域，则该区域的地下水就易于被污染，反之亦然。

DRASTIK指标提供的仅仅是相对概念，而不是绝对的。

脆弱性最小指标为23，最大指标为226。

一般DRASTIK指标值在50 200之间。

最小评价面积不应小于5000m2。

2．2建立基于钻孔的属性数据表在ArcGIS中建立基于钻孔的属性数据表，确立各评价因子属性值，如图1所示。

图1钻孔属性图Fig．1The attribute map of drilling2．3利用ArcGIS地统计分析原理进行确定性空间插值地统计又称地质统计，它是以区域化变量为基础，借助变异函数，研究既具有随机性又具有结构性，或空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。

地统计分析的一个重要理论基础就是空间估值，空间估值的一般过程为：首先是获取原始数据，检查、分析数据，找寻数据暗含的特点和规律，比如是否为正态分布、有没有趋势效应、各向异性，等等；然后选择合适的模型进行表面预测，这其中包括半变异模型的选择和预测模型的选择；最后检验模型是否合理或将几种模型进行对比。

地统计分析的核心就是通过对采样数据的分析、对采样区地理特征的认识选择合适的空间内插方法创建表面。

插值方法有反距521第6期肖兴平：ArcGIS地统计分析在地下水脆弱性评价中的应用离加权插值、多项式插值、径向基函数插值等空间确定性插值和克里格地统计插值。