基于GIS的DRASTIC下遼河平原地區地下水防污性評價

趙旭，陳曦

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031

基于GIS的DRASTIC下遼河平原地區地下水防污性評價

趙旭，陳曦

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽 110031

在運用基于GIS的DRASTIC評價方法，對下遼河平原潛水的防污性進行評價的過程中，分析了影響下遼河平原固有防污性的最主要的7個水文地質參數，分別評價各個因子.利用GIS的空間分析功能中區對區的合并分析功能，依次對各單指標分級圖進行區合并操作，合并后生成區文件，繪制出防污性分布圖.結果表明，防污性能較差區主要分布在下遼河平原河谷地帶，面積2 993.51 km2，占全區總面積的12.78%.評價結果有利于合理利用土地，有效保護地下水資源和防止地下水污染.

DRASTIC方法；GIS；下遼河平原；地下水；防污性

1 區域自然地理條件

下遼河平原位于遼寧省中部，地處遼東及遼西山地之間，遼北丘陵的西南部，傾向遼東灣，由遼河等水系沖積而成.地勢低平，總體由北向南緩傾，地面總體標高在50 m以下，向兩側遼東、遼西丘陵山地過渡地區地形增高.平原內，地面坡降較小，分布有大面積沼澤洼地、河灘及牛軛湖.下遼河平原行政區劃涉及沈陽、鐵嶺、撫順、遼陽、鞍山、阜新、營口、盤錦和錦州9個地級市，總面積約23 470 km2.下遼河平原地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性半濕潤、半干旱季風氣候區，年平均降水量為623.2 mm，多年平均蒸發量為1 669.6 mm.春季降水少，空氣干燥，多偏南風，蒸發量大，平均蒸發量達600 mm，降水量小，平均為90 mm；夏季多南風，氣候濕熱，平均降水量可達390 mm；秋季多晴朗天氣，氣溫明顯轉涼，降水量劇減，平均降水量不足120 mm；冬季寒冷，降水量小，平均降水量僅有13 mm.下遼河平原區河流發育，有遼河水系、繞陽河水系、大凌河水系及小凌河水系.其中遼河是遼寧省第一條大河，全長1 390 km，流域面積21.9×104km2，在遼寧境內長480 km，流域面積為6.092×104km2.

2 地下水防污性的影響因素分析

地下水防污性［1］是指地下水環境由于自然條件變化和人類活動影響遭受破壞帶來的一系列問題的敏感程度，它反映了地下水環境自我防護能力.從另一個角度來看，地下水防污性就是指地下水的易污染性［2］.地下水防污性依賴于各種因素，往往與含水層結構、埋藏條件、水動力條件、地下水形成條件及地下水環境對各種污染物自我防護能力的各種影響因素密切相關［3-4］.影響地下水固有防污性的主要因素有補給量、土壤介質、包氣帶、飽和帶，次要因素還有地形、地表水和下伏含水層.影響補給量的主要因素有降水量、蒸發量、溫度等；對介質而言主要考慮土壤的結構、構造、厚度和有機質、黏土含量、土壤含水量等；包氣帶的特征和其潛在吸附、降解能力對研究地下水的防污性程度起決定性作用.主要涉及到的參數為厚度、巖性和垂直滲透性.含水層結構、分布及埋藏條件是地下水防污性的主要因素，主要考慮含水層的類型和形狀、孔隙度、滲透系數、儲存特性、傳遞系數等.地下水的水動力條件指含水層的導水系數、流速及水力坡度等.

3 地下水防污性評價方法

3.1 評價體系的建立

地下水環境均具有某種程度的防污性,其影響因素具有多樣性和復雜性.地下水防污性是相對的，影響其防污性的原因很多.因此，按照中國地質調查局地質調查技術標準，結合下遼河平原實際情況，選取DRASTIC法作為此次評價方法.該方法為地下水防污性能評價的典型方法，是目前應用最為廣泛且成功的一種評價方法.

DRASTIC指標法是一種參數加權得分法，對應的是7項水文地質參數（因素）［5-6］評價指標的加權值. 這7項水文地質因素分別為：地下水埋深（D）、凈補給（R）、含水層介質（A）、土壤介質（S）、地面坡度（T）、包氣帶介質（I）和含水層的水力傳導系數（C）［4］. DRASTIC地下水防污性指標［7］由式（1）確定.

式中：R表示指標值，W表示指標的權重.

3.2 評價指標權重的確定

按指標對防污性能影響的大小分別給予權重經驗值，見表1.

表1 地下水防污性能評價指標權重Table 1 Evaluation index weight of groundwater vulnerability

3.3 評價指標的分級

根據（1）式計算出的DRASTIC指標為防污性能評價指數值，范圍為23～230，平均分為5個等級（如表2）.值越高，防污性能越差；反之防污性能越好.

表2 地下水防污性能評價指數分級標準Table 2 Evaluation index grading standard of groundwater vulnerability

4 地下水防污性能評價

4.1 單指標分級圖

利用GIS的矢量化制圖功能，設置相應的屬性結構，按照表3中各指標評分值進行分級，編制單指標圖，并以區文件的形式存儲.7個指標的分級圖見圖1～7.

表3 下遼河平原區含水層參數分區值Table 3 Partition parameters of aquifer in Lower Liaohe River Plain

圖1 下遼河平原潛水水位埋深等值圖Fig.1 Isogram for depth of phreatic water level in Lower Liaohe River Plain

圖2 下遼河平原近多年平均降雨量等值線Fig.2 Average rainfall isogram for Lower Liaohe River Plain in recent years

圖3 下遼河平原含水層巖性分區圖Fig.3 Lithology distribution of Lower Liaohe River Plain aquifer

4.2 評價過程及結果分析

在屬性數據庫的基礎上，利用GIS的空間分析功能中區對區的合并分析功能，依次對各單指標分級圖進行區合并操作，合并后生成區文件.由計算公式，得出研究區地下水防污性能評價指數DI范圍為71～188.按照結果分級標準，分為3級類型區，即防污性能較差區、防污性能中等區和防污性能較好區，并繪制研究區淺層地下水防污性能評價分區圖（圖8）.

（1）防污性能較差區：主要分布在下遼河平原河谷地帶，面積2 993.51 km2，占全區總面積的12.78%.地下水埋深較淺，污染物傳播過程中與包氣帶介質接觸時間較短，容易受到污染物污染；含水層介質主要為砂類土，顆粒較粗，滲透性好，污染物的衰減能力較差，自凈能力較差.利用DRASTIC評價方法，DRASTIC指標在150～190.

圖4 下遼河平原地表巖性分區圖Fig.4 Surface lithology distribution of Lower Liaohe River Plain

圖5 下遼河平原地形坡度分區圖Fig.5 Topographic slope partition map of Lower Liaohe River Plain

圖6 下遼河平原包氣帶巖性分區圖Fig.6 Lithology distribution of aeration zone in Lower Liaohe River Plain

圖7 下遼河平原區含水層厚度等值線圖Fig.7 Thickness isogram of Lower Liaohe River Plain aquifer

（2）防污性能中等區：該區分布面積廣泛，進一步劃分為地下水防污性能中等偏好區與地下水防污性能中等偏差區.

地下水防污性能中等偏差區：主要分布在下遼河平原中部地帶，面積7 102.36 km2，占全區總面積的30.34%.該區包氣帶巖性主要為亞砂土和粉砂質亞黏土，顆粒大小中等，污染運移能力中等，吸附降解能力中等；含水層介質巖性為中細砂，顆粒大小中等，滲透性中等，自凈能力中等.利用DRASTIC評價方法，DRASTIC指標在130～150.

地下水防污性能中等偏好區：主要分布在下遼河平原東西兩側山前地帶、南部沿海地帶，面積12 734.85 km2，占全區總面積的54.40%.該區包氣帶巖性主要為亞黏土，顆粒較細，污染物運移能力差，吸附降解能力強.但是該區含水層介質主要為粗砂含礫，顆粒較大，滲透性較好，自凈較差.地形坡度較大，水力傳導系數較大，污染物傳播速度較快，污染物擴散能力較強.根據上述性質利用DRASTIC評價方法，DRASTIC指標在110～130.

（3）防污性能較好區：主要分布在下遼河平原東南部，面積580.28 km2，占全區總面積的2.48%.該區含水層介質巖性主要為細砂，顆粒細小，滲透性較差，自凈能力較強；地形坡度較小，水力傳導系數較小，污染物傳播速度慢，擴散能力較差.根據上述性質利用DRASTIC評價方法，DRASTIC指標在70～110.

5 結論

本文在下遼河平原地下水污染評價的基礎上，采用基于DRASTIC的評價方法，選取了地下水埋深、補給量、包氣帶巖性、滲流區巖性、含水層巖性、地形坡度、滲透系數等7個最主要的地下水防污性影響因素，對下遼河平原地下水防污性進行了評價.結果表明，在自然條件影響下，下遼河平原地下水防污性能較差區主要分布在下遼河平原河谷地帶.該研究結果對下遼河平原的土地利用和水資源保護具有一定的參考價值.

圖8 下遼河平原地下水防污性能評價分區圖Fig.8 Groundwater vulnerability assessment partition map of Lower Liaohe River Plain

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ASSESSMENT OF GROUNDWATER VULNERABILITY IN THE LOWER LIAOHE RIVER PLAIN WITH DRASTIC METHOD BASED ON GIS

ZHAO Xu,CHEN Xi

Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

The authors evaluate the groundwater vulnerability in the Lower Liaohe River Plain with GIS-based DRASTIC method,analyze 7 major hydrogeological parameters that affect the vulnerability,and evaluate each factor respectively. Using merger analysis of spatial analysis function in GIS,the classification graphs for each single index are integrated to generate zone files and vulnerability map.The result shows that the areas with poor antifouling property are mainly distributed in the valleys of Lower Liaohe River Plain,with an area of 2993.51 km2,accounting for 12.78%of the total.The assessment result is beneficial to the rational utilization of land and effective protection of groundwater resources.

DRASTIC method;GIS;Lower Liaohe River Plain;groundwater;vulnerability

1671-1947（2015）04-0394-05

X523；X824

A

2014－09－20；

2015-03-28.編輯：張哲．

趙旭（1982—），男，工程師，從事水文地質、工程地質、環境地質方面的研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區寧山中路42號羽豐大廈，E-mail//68348934@qq.com