基于DRASTIC的AHP在洛陽市地下水環(huán)境影響評價中的應(yīng)用

潘宏雨，馮穎俊

(河南地礦職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 450007)

基于DRASTIC的AHP在洛陽市地下水環(huán)境影響評價中的應(yīng)用

潘宏雨，馮穎俊

(河南地礦職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 450007)

摘要將傳統(tǒng)的DRASTIC方法與層次分析法相結(jié)合，對傳統(tǒng)的DRASTIC評價指標賦予新的權(quán)重，并以洛陽龍宇化工有限公司PTA改擴建工程為例，介紹了基于DRASTIC的層次分析法在地下水環(huán)境影響評價中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞DRASTIC方法；層次分析法；地下水環(huán)境影響評價；洛陽市

隨著工業(yè)化進程的不斷加快，我國地下水污染日益嚴重。地下水防污性能是地下水抵御人為污染的能力，是衡量系統(tǒng)自身防污能力的關(guān)鍵指標，是建設(shè)項目規(guī)劃選址的重要依據(jù)。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的地下水防污性能評價指數(shù)模型很多，其中DRASTIC模型應(yīng)用最為廣泛。但在傳統(tǒng)的DRASTIC方法中，各評價指標的權(quán)重為定值，不能很好地反映各評價指標對地下水防污性能的影響。層次分析法(AHP)將與決策有關(guān)的元素分解成目標、準則、決策3個層次，進行定性和定量分析。筆者將傳統(tǒng)的DRASTIC方法與AHP相結(jié)合，對傳統(tǒng)的DRASTIC評價指標賦予新的權(quán)重，并將其應(yīng)用于洛陽市地下水環(huán)境影響評價中。

1建設(shè)項目場地水文地質(zhì)條件

1.1地形地貌洛陽龍宇化工有限公司年產(chǎn)100萬t精對苯二甲酸(PTA)改擴建項目位于河南省洛陽市吉利區(qū)石化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)。該石化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)主要地貌類型為丘陵、平原和灘地。北部丘陵起伏、溝壑縱橫，多為坡地和梯田，海拔為160～290 m，屬黃土剝蝕丘陵區(qū)，面積16.4 km2，占總面積的20.5%；中部為黃河沖積階地平原，地勢北高、南低，地貌單元劃分為Ⅱ級階地和Ⅰ級階地，面積40 km2，占總面積的50.1%；南部為黃河漫灘，西北較窄，東南較寬，面積23.5 km2，占總面積的29.4%。該改擴建項目場地位于黃河北岸Ⅱ級階地Q3上，場地距南邊的Ⅰ級階地Q41.1 km，距北邊的黃土剝蝕丘陵區(qū)Q20.4 km。

1.2水文地質(zhì)條件

1.2.1漫灘與Ⅰ級階地。含水層組頂板一般為厚度4～10 m的全新統(tǒng)沖積粉砂或粉土層，結(jié)構(gòu)疏松，利于地表水或降雨的入滲；以下主要為中、上更新統(tǒng)卵礫石、漂石層，單層厚度5～20 m，總厚度10～60 m，局部夾有細砂、中砂層。含水層組底板埋深20～70 m。含水層滲透系數(shù)一般為15～20 m/d，單位涌水量為200～1 000 m3/(d·m)，水力性質(zhì)為潛水。

1.2.2Ⅱ級階地。含水層組底板埋深40～60 m，含水層巖性主要為中更新統(tǒng)砂卵礫石，上覆20～30 m厚的黃土狀粉質(zhì)粘土層，水位埋深多大于覆蓋層厚度，局部具有微承壓性質(zhì)，整體水力性質(zhì)為潛水。含水層組厚度由西部的10 m左右向東逐漸增至40～55 m，含水層組的富水性、滲透性則由強變?nèi)?，送莊-吉利一帶單井單位涌水量為2 400～4 000 m3/(d·m)，滲透系數(shù)達20～50 m/d。吉利以東地區(qū)單位涌水量小于1 200 m3/(d·m)，滲透系數(shù)為8～12 m/d。

1.2.3黃土剝蝕丘陵區(qū)。該區(qū)分布在調(diào)查區(qū)北部的黃土塬和黃土丘陵區(qū)。含水層巖性為黃土類粉土，垂直節(jié)理裂隙和大孔隙發(fā)育，是大氣降水的入滲通道及塬區(qū)上層滯水和潛水的儲存場所。單井出水量受地形和匯水條件的控制，差異明顯。在黃土塬區(qū)，機民井的單井出水量為200～1 000 m3/d；黃土丘陵區(qū)單井出水量為1～20 m3/d。

2DRASTIC評價方法指標體系

地下水系統(tǒng)防污性能是指“土壤-巖石-地下水”系統(tǒng)抵御污染地下水的能力，分為固有防污性能和特殊防污性能。固有防污性能是指一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，污染物進入地下水的難易程度，它與含水層所處的水文地質(zhì)條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無關(guān)。特殊防污性能是指地下水防止某種或某類污染物的能力。采用DRASTIC方法，對洛陽龍宇化工有限公司所在區(qū)域地下水系統(tǒng)的固有防污性能進行評價。

DRASTIC評價方法假設(shè)條件為：污染物由地表進入地下；污染物隨降水入滲到地下水中；污染物隨地下水流動而遷移。該評價方法指標體系由7個與地下水系統(tǒng)防污性能有關(guān)的指標組成，分別為地下水埋深(D)、含水層凈補給量(R)、含水層介質(zhì)(A)、土壤類型(S)、地形坡度(T)、包氣帶(I)、含水層滲透系數(shù)(C)。應(yīng)用該法評價時，對每一個評價指標按其對應(yīng)的范圍或類別進行打分。D為0～1.5、1.5～4.6、4.6～9.1、9.1～15.2、15.2～20.0、20.0～30.5、>30.5 m時，評分分別為10、9、7、5、3、2、1；R為0～51、51～102、102～178、178～254、>254 mm時，評分分別為1、3、6、8、9；A為塊狀頁巖、變質(zhì)巖/火成巖、風(fēng)化變質(zhì)巖/火成巖、冰磧層、層狀砂巖/灰?guī)r/頁巖/塊狀砂巖/塊狀灰?guī)r、砂礫層、玄武巖、巖溶灰?guī)r時，評分分別為2、3、4、5、6、8、9、10；S為薄層無礫砂、泥炭、膨脹或凝聚性粘土、砂質(zhì)粉土、粉土、粉砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、粘土質(zhì)、垃圾、非膨脹或非凝聚性粘土?xí)r，評分分別為10、9、8、7、6、5、4、3、2、1；T為0～2%、2%～6%、6%～12%、12%～18%、>18%時，評分分別為10、9、5、3、1；I為承壓層、粉砂/粘土/頁巖、變質(zhì)巖/火成巖、灰?guī)r/砂巖/頁巖/含粉砂和粘土較多的砂礫、砂礫、玄武巖、巖溶灰?guī)r時，評分分別為1、3、4、6、8、9、10；C為0～4.1、4.1～12.2、12.2～28.5、28.5～40.7、40.7～81.5、>81.5 mm時，評分分別為1、2、4、6、8、10[1]。確定各評價指標的評分和權(quán)重后，計算DRASTIC指數(shù)。DRASTIC指數(shù)計算公式為：

Y=DRDW+RRRW+ARAW+SRSW+TRTW+IRIW+CRCW

式中，Y為DRASTIC指數(shù)；DR、DW分別為地下水埋深的評分和權(quán)重；RR、RW分別為含水層凈補給量的評分和權(quán)重； AR、AW分別為含水層介質(zhì)的評分和權(quán)重； SR、SW分別為土壤類型的評分和權(quán)重； TR、TW分別為地形坡度的評分和權(quán)重； IR、IW分別為包氣帶的評分和權(quán)重； CR、CW分別為含水層滲透系數(shù)的評分和權(quán)重。DRASTIC指數(shù)高的區(qū)域，地下水系統(tǒng)防污性能差，易受到污染；反之，地下水系統(tǒng)防污性能好，受到污染的可能性小[2-3]。

3指標權(quán)重的確定

該改擴建項目場地包氣帶較厚、滲透性較差、分布連續(xù)穩(wěn)定，對地下水污染起著重要的屏障作用。因此，包氣帶阻滯污染能力的研究，對該項目地下水環(huán)境影響評價有著重要意義[4-5]。傳統(tǒng)的DRASTIC方法中，各評價指標的權(quán)重為定值，該評價采用層次分析法。以DRASTIC指標為目標層，將7個評價指標按照與包氣帶相關(guān)性的高低程度分為兩類，構(gòu)成準則層，建立以評價指標評分為決策層的3級層次結(jié)構(gòu)。將DRASTIC方法中評價包氣帶阻滯污染物能力的各種復(fù)雜因素用遞階層次結(jié)構(gòu)表達，逐層進行評價分析，從而得到關(guān)于包氣帶阻滯能力的新的權(quán)重值。

按照九標度層次分析法的基本步驟，分別針對準則層的因素，將決策層各因素兩兩比較，獲得直接判斷矩陣和間接判斷矩陣。計算每個判斷矩陣的最大特征值(λmax)和對應(yīng)的特征向量，并做一致性檢驗。如一致性檢驗通過，再進行下一步的層次單排序，計算出的最大特征值所對應(yīng)的特征向量可作為權(quán)重，用Matlab計算每個判斷矩陣的特征值和對應(yīng)的特征向量[6]。一致性指標(CI)和一致性比例(CR)計算公式分別為：

(1)

(2)

式中，n為判斷矩陣的階數(shù)；RI為隨機一致性指標，當n=1，2，…，9時，RI分別為0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45。當CR<0.10時，認為判斷矩陣的一致性可以接受，否則應(yīng)對判斷矩陣做適當修正。

經(jīng)一致性檢驗后，D、R、A、S、T、I、C的權(quán)重分別為0.206、0.062、0.157、0.202、0.047、0.294、0.032，此時CR=0.030 44。

4評價結(jié)果

從評價區(qū)水文地質(zhì)條件分析可知，地下水位埋深由丘陵區(qū)向Ⅱ級階地、Ⅰ級階地由深變淺，含水層顆粒由Ⅱ級階地、Ⅰ級階地向河漫灘逐漸變粗，富水性逐漸增強，降水入滲系數(shù)逐漸增大，表明該區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件受地貌單元的控制作用明顯，故地下水系統(tǒng)防污性能評價單元的劃分以地貌單元為宜。由表1可知，評價區(qū)地下水固有防污性能可分為3個等級。DRASTIC指數(shù)越大，表明包氣帶對污染物的阻滯能力越低，地下水防污性能越差，越容易受到污染。項目場地的DRASTIC指數(shù)為3.876，地下水系統(tǒng)防污性能較好，包氣帶阻滯污染物能力較高，地下水較難受到污染；場地北邊的丘陵區(qū)，地下水防污性能最好；場地南邊的Ⅰ級階地，地下水防污性能相對較差，包氣帶阻滯污染物能力稍低，地下水較易受到污染。

表1　地下水系統(tǒng)防污性能評價結(jié)果

接下表

續(xù)表1

需指出的是，DRASTIC指數(shù)只能表示不同評價單元地下水系統(tǒng)防污的相對能力，并不能說明地下水系統(tǒng)防污的絕對能力大小，更不能代替其對某種污染物的特殊防污能力。該項目場地包氣帶厚度較大，滲透系數(shù)較小，分布連續(xù)穩(wěn)定，對地下水系統(tǒng)的固有防污性能起著重要作用[7-9]。但對該項目地下水特征污染物COD的特殊防污能力大小，還需要通過包氣帶淋濾試驗進一步確定。

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中圖分類號S181.3;X523

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-203-03

作者簡介潘宏雨(1965- )，男，河南信陽人，高級工程師，碩士，從事環(huán)境水文地質(zhì)教學(xué)與研究工作。

收稿日期2015-09-21

Application of AHP Based on DRASTIC in the Environmental Impact Assessment of Groundwater in Luoyang City

PAN Hong-yu, FENG Ying-jun(Henan Geology and Mineral Resources of Career Academy, Zhengzhou, Henan 450007)

AbstractThe traditional DRASTIC method and analytic hierarchy process (AHP) are combined to give new weights to the traditional DRASTIC evaluation index. Taking the PTA reconstruction and extension project of Long Yu Chemical Co., Ltd. Luoyang as an example, this paper introduces the application of AHP based on DRASTIC in the environmental impact assessment of groundwater.

Key wordsDRASTIC; AHP; Groundwater environmental impact assessment; Luoyang City