山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水防污性能評(píng)價(jià)

王少娟

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

地下水作為主要的淡水資源之一，對(duì)其不合理的開(kāi)采已導(dǎo)致了各種環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，也導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的地下水污染問(wèn)題。地下水在受到污染時(shí)，含水層系統(tǒng)具有一定的自然防護(hù)能力，而受到水文地質(zhì)條件差異性的影響，含水層的這種自然防護(hù)能力往往在空間上也具有顯著的差異。地下水的防污性能反映了含水層的自然防護(hù)能力，也反映了地下水系統(tǒng)的脆弱性。因此有針對(duì)性地開(kāi)展地下水防污性能評(píng)價(jià)，不僅可以識(shí)別出地下水系統(tǒng)中容易受到污染的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，也有助于預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水環(huán)境的影響程度[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外地下水防污性能評(píng)價(jià)方法大約有30多種，其中以DRASTIC評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用最為廣泛，該模型由Aller[2]等人于1987年提出。由于DRASTIC評(píng)價(jià)方法具有可操作性強(qiáng)，評(píng)價(jià)指標(biāo)信息容易獲取等優(yōu)點(diǎn)，使得該方法在區(qū)域地下水脆弱性評(píng)價(jià)中具有較好的應(yīng)用效果[3]。DRASTIC作為已經(jīng)被認(rèn)可的評(píng)價(jià)模型，在美國(guó)、南非、以色列、伊朗、歐盟等國(guó)普遍采用[4-7]。

山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)瀕臨黃海、渤海，資源豐富。國(guó)務(wù)院相繼于2009年、2011年正式批復(fù)了《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》和《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)已上升為國(guó)家戰(zhàn)略[8]。為保障山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)，許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)山東半島的地質(zhì)環(huán)境及承載力[9]、土地環(huán)境質(zhì)量[10]、水資源優(yōu)化配置方案[1-12]、水資源可持續(xù)利用潛力[13]、地?zé)豳Y源規(guī)劃[14]等進(jìn)行了研究。而隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活污水的排放會(huì)對(duì)地下水水環(huán)境造成污染，但目前針對(duì)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水污染的研究尚不多見(jiàn)，僅王濤等[15]對(duì)該地區(qū)海岸帶北段地下水腐蝕性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，王玉蓮等[16]對(duì)威海市地下水防污性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。因此，該文將采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法對(duì)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期對(duì)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水資源保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃范圍，包括青島、煙臺(tái)、威海、濰坊、日照、東營(yíng)6市和濱州市的無(wú)棣縣、沾化區(qū)，共計(jì)51個(gè)縣(市、區(qū))的行政范圍，總面積約64000km2[17-18]。

研究區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。全區(qū)多年平均氣溫12～13℃。區(qū)內(nèi)降水具有時(shí)空分布特征，從空間分布上，總體降水量東部高于西部，南部高于北部，多年平均降水量500～800mm；從時(shí)間分布上，降水多集中在7～9月，占全年降水量的70%。年平均蒸發(fā)度在1100～2200mm，全年分配不均，其空間分布與降水量相反，由西北向東南遞減。

根據(jù)地下水賦存條件與地貌單元分布條件，可將研究區(qū)劃分為3個(gè)大的水文地質(zhì)區(qū)(圖1)：平原松散巖類(lèi)水文地質(zhì)區(qū)，中低山丘陵碳酸鹽巖類(lèi)為主水文地質(zhì)區(qū)，低山丘陵松散巖、碎屑巖、變質(zhì)巖類(lèi)水文地質(zhì)區(qū)[19]。其中，平原水文地質(zhì)區(qū)為華北臺(tái)坳的一部分，新生代以來(lái)一直緩慢下降，沉積了巨厚的新近系、古近系和第四系松散堆積層，第四系及新近系含水砂層發(fā)育，受燕山期運(yùn)動(dòng)形成的一系列坳陷和隆斷控制，坳陷區(qū)沉積厚度大，含水砂層厚，顆粒較粗，為深層孔隙水的富水地帶，隆斷區(qū)地下水的賦存條件相對(duì)次之。中低山丘陵水文地質(zhì)區(qū)區(qū)域差別較大，發(fā)育有裂隙含水層、巖溶含水層，總體來(lái)說(shuō)，該區(qū)地下水補(bǔ)給條件充分、水力坡度較大，地下徑流暢通，水交替強(qiáng)烈，在垂直和水平方向上無(wú)明顯變化。低山丘陵水文地質(zhì)區(qū)主要為基巖裂隙含水層，該區(qū)地形高低起伏較大，地下水的賦存條件差，富水性弱。

圖1 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)圖

2 防污性能評(píng)價(jià)

地下水防污性能評(píng)價(jià)是地下水污染防治的基礎(chǔ)性工作，可以區(qū)別不同地區(qū)地下水環(huán)境的脆弱程度，定量化評(píng)價(jià)地下水環(huán)境潛在的易污染程度，從而警示人們?cè)陂_(kāi)發(fā)利用地下水資源時(shí)，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的防治保護(hù)對(duì)策，保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

地下水防污性能是指由于自然條件變化或者人類(lèi)活動(dòng)影響，地下水遭受破壞的趨向和可能性，它反映了地下水對(duì)自然和人類(lèi)活動(dòng)影響的應(yīng)付能力。地下水防污性能通常可分為天然防污性能和特殊防污性能兩類(lèi)[20]， 其中：①天然防污性能(intrinsic vulnerability)，是指在一定的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的所有污染物進(jìn)入地下水的難易程度，它與含水層所處的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件有關(guān)，與污染物性質(zhì)無(wú)關(guān)；②特殊防污性能(specific vulnerability)，是指地下水防止某種或某類(lèi)污染物污染的能力，它考慮污染物性質(zhì)及其在地下環(huán)境中的遷移能力。該次防污性能評(píng)價(jià)指的是含水層天然防護(hù)能力，是指不考慮污染源而只考慮水文地質(zhì)內(nèi)部因素的防污性能。

2.1 評(píng)價(jià)方法

DRASTIC評(píng)價(jià)方法選取對(duì)地下水環(huán)境影響較大且較易取得數(shù)據(jù)的7個(gè)因子：地下水埋深(depth of water-table)、地下水凈補(bǔ)給量(recharge)、含水層介質(zhì)(aquifer media)、土壤介質(zhì)(soil media)、地形坡度(topography)、包氣帶介質(zhì)(impact of the vadose zone)及滲透系數(shù)(conductivity)，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，所選取的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同的數(shù)值范圍或者類(lèi)型。由于每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的性質(zhì)和單位不同，因此在對(duì)其進(jìn)行評(píng)分時(shí)通常需要統(tǒng)一量化處理，并用 l～5 不同的評(píng)分值分別來(lái)表征不同的數(shù)值范圍或類(lèi)型對(duì)地下水脆弱性的影響程度。其中對(duì)地下水脆弱性影響最小的賦 1 分，對(duì)地下水脆弱性影響最大的賦 5 分。最后，將7個(gè)因子綜合起來(lái)采用加權(quán)的方法計(jì)算DRASTIC指數(shù)，公式如下：

式中:Wi—i因子的權(quán)重；Ri—i因子的評(píng)分值。

2.2 指標(biāo)因子賦值

根據(jù)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)的地質(zhì)環(huán)境情況，將DRASTIC模型的7個(gè)因子分別分級(jí)并賦值(表1)，其中：地下水埋深(D)由實(shí)際地下水埋深等值線確定(m)，按其深淺分為9級(jí)；地下水凈補(bǔ)給量(R)由可增采資源模數(shù)代替(萬(wàn)m3/km2·a)，這樣不僅包含了大氣降水、灌溉回滲等各種地下水補(bǔ)給因素，而且涉及了開(kāi)采因素，獲得的是當(dāng)前情況下實(shí)際的地下水凈補(bǔ)給量，計(jì)算更有意義，連同咸水區(qū)在內(nèi)，分為5級(jí)；含水層介質(zhì)(A)參考含水巖組確定，分為5級(jí)；土壤介質(zhì)(S)按照其類(lèi)型分為薄層或無(wú)、河谷沙礫層、山前平原粘質(zhì)壤土、其他地區(qū)砂質(zhì)壤土共4級(jí)；地形坡度(T)按照地形圖等高線數(shù)據(jù)計(jì)算(%)；包氣帶介質(zhì)(I)為地下水位以上非飽和帶部分的巖性，分為5級(jí)；滲透系數(shù)(C)按含水層分布情況分別確定(m/d)，分為5級(jí)。

表1 因子分級(jí)賦值

2.3 權(quán)重的確定

由國(guó)內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)綜合，并借鑒DRASTIC方法提供的7項(xiàng)指標(biāo)不同的權(quán)重，相應(yīng)計(jì)算公式為：

DRASTIC= 5D+ 4R+ 3A+ 2S+ 1T+ 5I+ 3C

Wi=(0.22，0.17，0.13，0.09，0.04，0.22，0.13)

2.4 防污性能等級(jí)劃分

經(jīng)計(jì)算，DRASTIC值介于38～223之間(表2)；分值越大，脆弱性越強(qiáng)，地下水環(huán)境越容易受到污染；分值越小，脆弱性越弱，地下水環(huán)境越難受到污染。

表2 地下水脆弱性評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 評(píng)價(jià)分區(qū)

根據(jù)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水防污性能計(jì)算所得分值，按照防污性能等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)區(qū)(圖2)，即防污性能差區(qū)、防污性能較差區(qū)、防污性能中等區(qū)、防污性能較好區(qū)、防污性能好區(qū)，分別占總面積的0.13%,9.74%,39.76%,40.71%,9.66%(圖3)。各區(qū)分布情況簡(jiǎn)述如下：

圖2 山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水防污性能評(píng)價(jià)分區(qū)圖

3.1 防污性能差區(qū)

該區(qū)地下水極易遭受污染，面積92.7km2，占總面積的0.13%，主要分布于煙臺(tái)城區(qū)北至芝罘島、乳山城區(qū)北側(cè)兩地，該區(qū)為地下水水源地，水位埋深較淺，可增采資源量大，含水層介質(zhì)以松散巖類(lèi)為主，土壤介質(zhì)較薄，地形坡度較小，包氣帶介質(zhì)以砂礫層為主，滲透系數(shù)較大，其防污性能差，地下水極易被污染。

圖3 地下水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)面積比

3.2 防污性能較差區(qū)

該區(qū)地下水易污染，面積7170.7km2，占總面積的9.74%，主要分布于煙臺(tái)、威海城區(qū)及兩城區(qū)之間近海區(qū)域，龍口東北部、萊州東北部近海區(qū)域，文登南部、乳山城區(qū)及周邊零星分布，萊陽(yáng)中東部、海陽(yáng)南部、膠州東北部地區(qū)，昌邑東部、高密北部、平度西南部及東部等地區(qū)。這些地區(qū)大多為地下水水源地或地下水富水區(qū)，地下水埋深淺，且可增采資源量較大，含水層介質(zhì)以松散巖類(lèi)或碳酸鹽類(lèi)為主，土壤介質(zhì)較薄，地形坡度較小，包氣帶介質(zhì)以砂礫層、卵礫層、砂層為主，滲透系數(shù)較大，其防污性能較差，在出現(xiàn)污染源或有污染行為時(shí)，地下水易被污染。

3.3 防污性能中等區(qū)

該區(qū)地下水較易受污染，面積29279.1km2，占總面積的39.76%，主要分布于棲霞、萊陽(yáng)、海陽(yáng)、乳山、文登、榮成的大部分地區(qū)，萊州、龍口兩地的近海區(qū)域，平度中部、高密東部、昌邑西部及濰坊城區(qū)東南部地區(qū)，廣饒南部，青州中部、壽光南部、昌樂(lè)北部、無(wú)棣、沾化、利津、墾利、河口等地的大部分地區(qū)。這些地區(qū)或地下水埋深較深，或富水性中等、采補(bǔ)基本平衡，或含水層介質(zhì)為松散巖類(lèi)、碳酸鹽類(lèi)，或位于沖積平原、土壤介質(zhì)薄或無(wú)或砂礫層、滲透系數(shù)較大等，綜合評(píng)價(jià)其防污性能中等，地下水較易被污染。

3.4 防污性能較好區(qū)

該區(qū)地下水較難受污染，面積29970.1km2，占總面積的40.71%，主要分布于蓬萊市大部分地區(qū)、龍口東南部地區(qū)，招遠(yuǎn)西南部、萊州東南部、萊西西北部連成的大片地區(qū)，即墨近海及西部地區(qū)，膠州、膠南、日照城區(qū)等地的大部分地區(qū)，莒縣西部地區(qū)，峽山水庫(kù)周邊，安丘、高密、昌邑、諸城的大片地區(qū)，臨朐西北部、青州東部與西部、昌樂(lè)南部地區(qū)，利津南部地區(qū)、東營(yíng)城區(qū)，壽光、濰坊、昌邑、平度等的北部近萊州灣大片地區(qū)。這些地區(qū)或地下水埋深較大，或可采資源量小以及地下水為咸水，或地形坡度較大，其防污性能較好，地下水較難被污染。

3.5 防污性能好區(qū)

該區(qū)地下水難受污染，面積7117.4km2，占總面積的9.66%，主要分布于青島城區(qū)東北部、即墨東北部、城陽(yáng)白沙河中上游、膠州東南部地區(qū)，日照城區(qū)及西南小部分地區(qū)、莒縣與五蓮的大部分地區(qū)，臨朐東部等地區(qū)。這些地區(qū)或地下水埋深較大，或可采資源量小，含水層以碎屑巖、巖漿巖、變質(zhì)巖孔隙--裂隙水為主，土壤介質(zhì)主要為粘質(zhì)土或砂質(zhì)土，地形坡度變化較大，包氣帶介質(zhì)為粘土或砂土，滲透系數(shù)較小，其防污性能好，地下水難被污染。

4 地下水防治措施與建議

4.1 實(shí)行跨區(qū)域規(guī)劃

要實(shí)現(xiàn)地下水的有效保護(hù)，非一城一地孤立所能做到的，必須要實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的聯(lián)合規(guī)劃。結(jié)合研究區(qū)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，通過(guò)區(qū)域管理研究，優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局；明確引資方向和項(xiàng)目，引入低污染、低消耗、高產(chǎn)出的高科技企業(yè)，以減少對(duì)地下水的污染負(fù)荷。在農(nóng)業(yè)種植區(qū)要積極調(diào)整改變傳統(tǒng)的種植結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)。濱海區(qū)海水利用潛力巨大，今后應(yīng)加大科技投入，增加海水資源利用量。同時(shí)可以加大雨水收集，可以將雨水處理后的中水收集用于綠化、潑灑抑塵等對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)較低的地方。同時(shí)兼顧地下水資源保護(hù)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展并同步進(jìn)行，使有限的地下水資源達(dá)到最合理的利用狀態(tài)，發(fā)揮更大的效益。

4.2 加強(qiáng)污染源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與治理

防治地下水污染問(wèn)題，首先要控制污染源的污水排放量和達(dá)標(biāo)率，加強(qiáng)對(duì)地下水污染源(特別是對(duì)排污大戶)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以減少地下水的潛在污染源以減輕地下水的污染負(fù)荷。加強(qiáng)對(duì)排污量較大的工礦業(yè)和農(nóng)耕中農(nóng)藥化肥的廣泛使用等進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以確保工礦業(yè)污染源達(dá)標(biāo)排放，促進(jìn)發(fā)展推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)。

4.3 優(yōu)化地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

地下水質(zhì)是地下水是否污染的直接表達(dá)，進(jìn)行地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)了解區(qū)域地下水質(zhì)的動(dòng)態(tài)信息，是進(jìn)行水資源管理工作的基本組成部分。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)，而我國(guó)的地下水資源監(jiān)測(cè)工作還很薄弱，目前面臨的首要問(wèn)題是監(jiān)測(cè)問(wèn)題。因此，應(yīng)加大資金的投入來(lái)完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，避免地下水資源管理的盲目性和粗放性。

4.4 健全法制，加強(qiáng)行政管理體系

科學(xué)完整的法律體系、秉公高效的行政執(zhí)法部門(mén)和公民嚴(yán)格的遵從執(zhí)行三者緊密結(jié)合，是確保水資源公平合理運(yùn)行的必要手段。其次，地下水資源的利用涉及環(huán)保、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)計(jì)劃管理、法律等多個(gè)部門(mén)，缺一不可。部門(mén)之間的交流、合作、協(xié)調(diào)一致，是實(shí)現(xiàn)水資源的永續(xù)利用、人水和諧共處的必要條件。同時(shí)，在水資源管理中，要加強(qiáng)宣傳力度，樹(shù)立人與自然和諧共處的新理念，加強(qiáng)公眾的節(jié)水意識(shí)。

4.5 因地制宜的提出合理的保護(hù)方案

從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，防污性能差及較差的地區(qū)多為地下水水位埋深淺、水資源豐富的地區(qū)，并且多地已成為供水水源地。對(duì)于這部分地區(qū)，要?jiǎng)澐炙吹匾患?jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)，取締污染企業(yè)，完善供水及污水收集系統(tǒng)，防止污水滲入淺層地下水。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的監(jiān)管，減少粗放式管理，合理施肥、用藥等。

5 結(jié)論

該文采用DRASTIC評(píng)價(jià)方法，對(duì)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)地下水防污性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過(guò)程中選取地下水埋深、地下水凈補(bǔ)給量、含水層介質(zhì)、土壤介質(zhì)、地形坡度、包氣帶介質(zhì)及滲透系數(shù)等7個(gè)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)各指標(biāo)因子進(jìn)行賦值，確定權(quán)重，進(jìn)一步劃分防污性能等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)按照防污性能等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)可以分為5個(gè)區(qū)，即防污性能差區(qū)、防污性能較差區(qū)、防污性能中等區(qū)、防污性能較好區(qū)、防污性能好區(qū)，分別占總面積的0.13%,9.74%,39.76%,40.71%,9.66%。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，筆者認(rèn)為應(yīng)該從實(shí)行跨區(qū)域規(guī)劃、加強(qiáng)污染源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與治理、優(yōu)化地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、健全法制及加強(qiáng)行政管理體系等4個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)地下水的保護(hù)和管理。

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