層次分析綜合法在地下水污染防治區劃方面的應用——以南四湖平原區為例

張卓，徐建國，于翠翠，宋永芬，張貴麗

（1.山東省地質調查院，山東濟南 250013；2.山東省地礦工程集團有限公司，山東濟南 250013；3.濟南春旭化工設計有限公司，山東濟南 250014）

自20世紀80年代以來，城市化進程步伐加快，生活污水和工業廢水超標排放，地下水開采強度不斷增大，環境水文地質問題日趨嚴重，給當地居民身體健康和經濟建設帶來嚴重影響［1－3］，地下水污染防治成為熱門話題，如對城市地下水防污性能的研究［1］，以及淮河流域地下水水質［2］。筆者通過對地下水防污性能評價方法的研究［4－7］，提出利用層次分析綜合的原理對地下水污染進行區劃，以達到地下水污染防治的目的。

1 概況

1.1 地形

工作區地形為山前平原由丘陵山區向外圍傾斜，地面高程9～50m，坡降約1／500～1／2 000；微傾斜低平原區除局部有零星孤山、殘丘外，地勢低平，向E，NE方向微微傾斜，地面高程3～70m。

1.2 氣象

工作區屬于暖溫帶大陸型季風氣候區，四季分明，春季干旱多風、夏季炎熱多雨、秋季旱澇不均、冬季寒冷少雪，全區多年平均氣溫12～14℃，全年1月份氣溫最低，月平均氣溫－3～5℃，7 月份氣溫最高，月平均氣溫26～29℃。

1.3 地表水系

工作區水系發育，多年平均徑流量由西北往東南遞增，為70～350mm／a，主要河流有獨流入海的小清河、彌河、白浪河、濰河，獨流入湖的紅衛河、萬福河、洙趙新河、汶河、泗河，主要湖泊有微山湖（南四湖）、東平湖（圖1）。

1.4 地下水水質

天然狀態下淺層孔隙水由中低山丘陵區淺層孔隙含水層、沖積洪積平原低礦化淡水區的鈣型、鈣鎂型、鈣鈉型·重碳酸型（現狀條件下重碳酸氯型水分布面積增加，陰離子類型復雜化），過渡為沖積平原古河道帶淡水區、沖積湖積平原咸淡水區的鎂鈣型、鈉鈣型、鈉鎂鈣型、鈉鎂型·重碳酸、氯型水，到海積沖積平原咸水區則出現鈉·氯型水，部分重碳酸型水轉變化氯化硫酸型水。

圖1 地下水污染防治區劃圖

2 區劃方法

2.1 分區原則

地下水防污性能評價方法很多，較為相似的有美國EPA 地下水防污染性能評價方法（DRASTIC）［1，6］，采用EPA（DRASTIC）法對地下水污染防治區劃的劃分原則。重要地下水源保護區和修復治理場地范圍依據調查工作直接劃定，其余地區根據地下水污染防治基本要求，原則上劃為4個區：

（1）重點防護區：地下水系統防污性能差，地下水資源豐富或開采程度高，污染源多的區域。

（2）中等防護區：地下水系統防污性能較差，地下水資源較豐富或開采程度較高，污染源較多的區域。

（3）一般防護區：地下水防污性能中等，地下水資源和開采程度一般，污染源較少的區域。

（4）自然防護區：地下水防污性能好，地下水資源較貧乏或開采程度較低，污染源零星分布的區域。

2.2 評價指標選取

防護區評價指標選取地下水防污性能、地下水污染評價、地下水可開采資源分布、地下水開采程度和污染源荷載5項：

地下水防污性能：防污性能越差，地下水污染防護級別越高。

地下水污染評價：地下水污染程度越高，地下水污染防護級別越高。

地下水資源分布：地下水可開采資源越豐富，地下水污染防護級別越高。

地下水開采程度：采用開采潛力指數（Q可采／Q實采）表示地下水開采程度，開采潛力指數越低，開采程度越高，相應的地下水污染防護級別越高。

污染源荷載程度：指污染源分布狀況，分為工業、農業、污水灌溉、畜禽養殖、采油、垃圾場等類型。污染源荷載程度越重，地下水越容易受到污染，地下水污染防護級別越高。

2.3 指標賦值

對工作區進行網格剖分，對網格單元進行了編號。

利用MapGIS軟件，對5個評價指標項目按5個圖層進行單元格賦值，將評價指標根據各自的評分標準（表1），在其各圖層上賦予相應的評分并形成各評價指標的評分圖，然后與剖分單元文件進行空間相交分析，各指標評分就傳遞給了剖分單元，再在屬性庫子系統下，將各評價指標的評分輸出，進行相應的處理，形成Excel賦值數據。

表1 地下水污染防治區劃評價因子分值

2.4 指標權重

對5項評價指標采用專家打分法及層次分析法分別給予評分和權重，方法與防污性能評價方法相同，專家打分及指標權重計算結果見表2、表3。

表2 層次分析定權法的判斷矩陣標度分級

表3 地下水污染防治區評價各指標權重

2.5 區劃指數計算與分級

地下水污染防治區劃指數計算公式：

式中：PI—區劃指數，PI 值越高，防護等級越高；A—地下水防污性能；B—淺層地下水污染程度；C—淺層地下水可采資源量；D—淺層地下水開采程度；E—污染源荷載程度；R—指標評分等級；W—指標權重。

計算結果表明，工作區剖分單元PI 指數范圍值為2.07～8.59。將所有剖分單元的PI值進行分布統計，形成PI值頻數分布直方圖。采用PI值頻數曲線將防冶級別進行四級劃分，劃分方法是將頻數曲線與PI軸形成圖形的面積按20%∶30%∶30%∶20%的比例劃分，分區界線對應的PI 值即為PI分級值（表4、圖2）。

表4 地下水污染防冶區劃分級

圖2 防污性能分級的PI值界線值確定圖

3 結果

在工作區各剖分單元PI 值和分級值繪制PI值等值線基礎上，經修正形成防護分區：重點防護區、中等防護區、一般防護區和自然防護區，再根據該次工作調查劃定重要地下水源保護區和修復治理場地，形成工作區地下水污染防治區劃圖（圖1）。

4 結論與建議

4.1 結論

此方法選取地下水防污性能、地下水污染評價、地下水可開采資源分布、地下水開采程度和污染源荷載為防護區評價指標，考慮因素較為全面，可操作性強；難點在于PI界限值的確定，對5項評價指標采用專家打分法及層次分析法分別給予評分和權重，應慎重確定PI界限值。

4.2 建議

根據不同的地下水污染區劃采取不同的防護措施：

（1）重點防護區和中等防護區：①嚴格控制重污染項目的新建、改建、擴建，對不能做到穩定達標排放的污染嚴重的企業應當依法關停、搬遷。②對流經該區的河流水質進行綜合治理，嚴禁向河道排放污水，確保河流水質，禁止河道挖沙。③對區內規模化養殖場，應當建設配套的污染防治設施，對畜禽糞便、農作物秸稈、農用地膜等農業生產殘留物，應當進行無害化處理和資源化利用［8］。④采取政府資金補貼方式，逐步在農村開展旱廁改造工程，加強旱廁改造政策的宣傳。⑤逐步減少農藥、化肥使用量。

（2）一般防護區：該區應加強地下水水質監測，掌握地下水水質變化規律，發現地下水水質惡化趨勢時及時采取防治措施。

（3）自然防護區：地下水資源相對較貧乏或淺層無淡水資源，暫不采取人為的污染防護措施，靠自然防護即可。

［1］ 喻生波，屈君霞.城市地下水防污性能評價［J］.甘肅科技，2008，24（6）：42，50－52.

［2］ 李肖蘭，呂華.淮河流域山東段地下水質量評價［J］.水利經濟，2012，30（1）：36－39.

［3］ 羅蘭.我國地下水污染現狀與防治對策研究［J］.中國地質大學學報（社會科學版），2008，8（2）：72－75.

［4］ 鐘佐燊.地下水防污性能評價方法探討［J］.地學前緣，2005，12（增刊）：3－11.

［5］ 李亞松，張兆吉，費宇紅.地下水質量綜合評價方法優選與分析：以滹沱河沖洪積扇為例［J］.水文地質工程地質，2011，28（1）：6－10.

［6］ 姜志群，朱元勝.地下水污染敏感性評價中DRASTC法的應用［J］.河海大學學報，2001（3）：100－103.

［7］ 程繼雄，程勝高，張煒.地下水質量評價常用方法的對比分析［J］.安全與環境工程，2008，15（2）：23－25.

［8］ 周懷東，彭文啟.水污染與水環境修復［M］.北京：化學工業出版社，2005.