2011_松花江松原段沿岸浅层地下水脆弱性评价_郇环

第３０卷　第５期２０　１　１年 ９月 地质科技情报Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．５

Ｓｅｐ．　２０１１收稿日期：２０１１－０１－２７ 编辑：

刘江霞基金项目：科技重大专项课题国家“水体污染控制与治理”（２００８ＺＸ０７２０７－００７；２００９ＺＸ０７４１９－

００３）作者简介：郇　环（１９８４—　），女，现正攻读地下水科学与工程专业博士学位，主要从事地下水污染控制研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｘｉａｏ－

ｈｕａｎ０８２５＠ｙａｈｏｏ．ｃｎ

通信作者：王金生（１９５７—　）

，男，教授，博士生导师，主要从事地下水数值模拟技术与地下水资源评价、核废物处置的地下水环境与安全评价研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊ

ｓ＠ｂｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ松花江松原段沿岸浅层地下水脆弱性评价

郇　环ａ，

ｂ，王金生ａ，ｂ

（北京师范大学ａ．水科学研究院；ｂ．地下水污染控制与修复教育部工程研究中心，北京１００８７５

）摘　要：为给松花江流域地下水污染防治与控制提供理论依据，基于ＤＲＡＳＴＩＣ模型，

选取净补给量、包气带介质、含水层富水性、地下水水位埋深、土地利用类型、污染源影响和地下水开采模数建成评价指标体系，结合ＧＩＳ技术对松花江松原段沿江两侧５～１

０ｋｍ范围内的浅层地下水脆弱性进行了分区，并将结果与地下水质污染评价结果进行了对比，最后通过敏感度分析指出了指标选取的合理性和模型改进方向。结果表明：

地下水高脆弱区和较高脆弱区集中分布在卡拉房子后屯—前郭县砖厂以及宁江区市区，另零星分布于若干居民地或有集中污染源地区。地下水水位埋深、包气带介质是对地下水脆弱性影响最大的因素，潜水脆弱性分区较为合理，对于城市规划建设和沿江地下水资源的可持续利用具有指导意义。关键词：地下水脆弱性；松花江松原段；ＤＲＡＳＴＩＣ模型；

敏感度分析中图分类号：Ｐ６４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－７８４９（２０１１）０５－００９７－０

６ 松花江流域水资源总量为９

６０．８亿ｍ３

，地下水排泄进入松花江地表水１４４．７亿ｍ

３，因此沿江地下水受到污染会对松花江水质产生严重影响。目前，松花江沿岸地下水除了由于农业活动引起的区域性“三氮”面源污染外，还遭受着由于城市化进程加快和能源工业发展引起的重金属元素和有机物的点源污染，松花江沿江两岸城镇地下水水源地水质状况

较差［１］

。在吉林、松原、哈尔滨、佳木斯等重点城市

地区水源地中地下水无机污染和有机污染十分突

出，因此为了实现松花江流域水资源的可持续发展和保证沿岸城乡居民饮用水安全，采取有效的防治保护措施十分必要。

地下水脆弱性的定义目前并未统一，但国内外学者认同地下水脆弱性既受到水文地质内部因素的影响，还在一定程度上反映了某一特定污染源或人类活动对地下水环境的影响

［２］

。近年来的研究多从

水量和水质两方面对地下水脆弱性进行评价和描

述［

３－

６］。目前评价方法主要包括置加指数法、过程数学模拟、统计方法以及模糊数学方法

［３］

。近年来涌

现出一批研究地下水脆弱性评价的新型方法，如灰

色系统［７］、ＢＰ神经网络［８］、

投影寻踪［９］

、可拓学［１０］

、

地统计［１１］、遥感技术［１２］、随机理论［１３］、环境同位素与水化学方法［１２，１４］

等。但目前国内外仍以基于ＧＩＳ平台的ＤＲＡＳＴＩＣ评价模型应用最为广泛［１

５－

２０］。通常根据研究区特征建立有针对性的指标体系来评价

区域地下水脆弱性。地下水脆弱性评价最主要的问题是如何在复杂度、花费和不确定性之间找到最优平衡。目前，没有直接且可靠的检验由ＤＲＡＳＴＩＣ模型得到的脆弱性地图正确性的方法。

基于ＡｒｃＧＩＳ的空间分析功能，本次研究拟采用改进的ＤＲＡＳＴＩＣ模型研究松花江松原段５～１０

ｋｍ范围内的潜水脆弱性分布情况，

并对所选用指标进行敏感度分析，最后用地下水水质污染评价结果对地下水脆弱性分区进行检验。

１　研究区概况

研究区包括松原市下辖的宁江区、扶余县、前郭

县以及一些较小的城镇，总面积３０４．９６ｋｍ

２

（图１）。松原市地处吉林省中西部平原的北端，总地势为江北高，江南低。多年平均降雨量为４３７．９ｍｍ，多年平均蒸发量为１　６９４ｍｍ，松花江自南东流向西北穿过城区。松花江以北的冲湖积高平原地形起伏，地层岩性为黄土状亚砂土和亚黏土，零星分布粉细砂和粉土。江南的冲积河谷平原地势低平，表层岩性为亚砂土、粉细砂和淤泥质亚砂土，并零星分布沙丘、沙垄等风成堆积物。全新统—中更新统孔隙潜水水量较丰富，分布于冲积河谷平原区。上更新统顾乡屯组孔隙潜水水量贫乏，分布于冲湖积高平原区。江南、江北的城区及村屯潜水污染均较严重，

地质科技情报

２０１１年

图１　松花江沿岸松原区段研究区平面图Ｆｉｇ．１　Ｐｌａｎ　ｖｉｅｗ　ｉｎ　Ｓｏｎｇｙｕａｎ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｎｇｈｕａ　Ｒｉｖｅｒ局部地段出现重碳酸氯化物型或氯化物重碳酸型水，矿化度升高，达１～３ｇ／Ｌ，

水质较差。冲湖积高平原（江北区）潜水埋藏深，降水入渗补给条件相对较差，侧向径流补给好，地下水由东向西径流，补给主要来自于东部高平原潜水。潜水蒸发微弱，由于超量开采，在老城区至八家子一带形成了一定范围的水位下降漏斗，沿江部分地段江水补给地下水。冲积河谷平原区（江南区）潜水埋藏浅，利于降水入渗补给，蒸发强烈，潜水以垂向循环为主，

同时也接受东部和南部潜水的侧向径流补给。其地下水径流方向主要由东南流向西北。江水与地下水之间以地下水补给江水为主，暴雨季节，江水可回灌补给地下水。

２　研究方法

２．１单个指标计算过程

选取净补给量、包气带介质、含水层富水性、地下水水位埋深、土地利用类型、污染源影响和地下水开采模数作为研究区地下水脆弱性评价指标。与

ＤＲＡＳＴＩＣ模型［２

１］

中的７个指标相比，去掉了地形坡度、含水层介质、含水层水力传导系数和土壤介质

评价指标，增加了土地利用类型、含水层富水性、污染源影响和地下水开采模数作为评价指标。通过对研究区ＤＥＭ图进行地形坡度提取发现坡度处于分

级标准的同一级（＜２％），而地下水脆弱性反映的是不同地区之间地下水对污染物敏感程度的相对物理

量，因此地形指标对评价意义不大。含水层介质和

水力传导系数实际上是两个重复的因子，

且并不影响污染物从地表进入地下水的难易程度［

２２］，而含水层富水性则是含水层对污染物稀释能力的反映。其

中净补给量、

包气带介质、地下水水位埋深、含水层富水性反映了地表、包气带以及含水层对地下水本质脆弱性的影响，

地下水开采模数、土地利用类型和污染源影响这３个指标分别从水量和水质两个方面体现了对地下水特殊脆弱性的影响。

大气降水是本区潜水的主要补给来源，因此选取降雨入渗补给量作为评价指标。用降雨量乘以降雨入渗系数即可得到降雨入渗补给量。假设降雨入渗系数的分区和包气带岩性的分区相同。对２００６年丰水期的４０口监测井统测得到的潜水水位埋深采用反距离加权法进行数据插值可以得到地下水水位埋深分区。包气带岩性由２００６年野外调查的１９

个钻孔揭示的地层结构分析确定。把本区的含水层

富水性分为４个等级，即＜１００，１００～１　０００，１　

０００～３　０００，＞３　

０００ｍ３

／ｄ。按升半梯形公式：１０×［１－（实际值－最小值）／（最大值－最小值）］计算，得出

不同等级评分［

２３］

。净补给量、包气带介质、地下水水位埋深各指标的等级划分和取值主要参考ＤＲＴＡ模型［２２］

。以上４个本质因素的指标分级标准及取值见表１。地下水开采模数是单位面积上的

地下水开采量。地下水开采作为污染物运移的驱动力，

实际开采量越大，不仅使地下水资源量减少，而且含水层中水文地球化学作用及水动力条件将发生改变，最终导致含水层中污染范围迅速扩大以及污染物在地下水漏斗中心富集，从而使地下水脆弱性增强。江北的二级阶地和江南的河谷平原以及一部分一级阶地的潜水地下水开采模数分别选用平水年

的１５．６ｍｍ／ａ和２５ｍｍ／ａ

，对地下水脆弱性影响评分分别为２和３［

２４］

。地下水系统对流域土地利用具有强烈的响应。

不同的土地利用方式对污染物进入地下水的方式和

过程具有明显影响。如耕地对地下水脆弱性的影响主要体现在农作物施用的化肥和农药入渗污染地下水，耕地面积越大、植物耕种的密度越大，则施用的化肥和农药就越多，对地下水脆弱性的威胁也就越

大，

地下水中“三氮”污染物浓度就可能高于其他区域；工矿和居民用地主要包括城镇用地、农村居民点用地和工交建设用地，可能存在着工业和生活各类污染源。根据对２００６年卫星遥感解译和监督分类结果将研究区内土地利用类型分为耕地、水体、林地、未利用土地、工矿、居民用地６类（表２），根据土地利用类型分区统计可知，研究区内耕地面积占一大半，基本以农业为主，土地利用程度较高。

８

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