基于改進DRASTIC模型的河北文安地下水防污性能評價

楊勁枝，丁文萍，劉世琦，張 巖

(河北省地質調查院，河北 石家莊 050081)

隨著城市的不斷擴張，地下水環境遭受著嚴峻的考驗?！爸亻_發、輕管理”的經濟模式以及環境保護措施的不完善，造成了地下水污染事件頻出，制約著國家的生態文明建設。地下水防污性能評價是有效保護和合理開發利用地下水資源的重要技術手段[1-2]。

目前針對地下水防污性能評價，應用最為廣泛的是DRASTIC模型，由美國環境保護署于1987年提出[3]。該評價模型簡單易懂，但其仍存在一定局限性，如評價因子和權重系數固定不變，不隨評價區域水文地質條件的不同而發生變化，另外未考慮人類活動因素，影響了評價結果的客觀性和精準性[4]。因此一些研究學者針對具體區域對該方法進行了不斷調整改進[5-6]。

文安縣隸屬河北省廊坊市，緊鄰雄安新區，地處京津保中心位置，屬于京津保中心區生態過渡帶，對于京津保核心功能區的生態系統具要重要的調節作用。本文以河北省文安縣為研究對象，在現有評價模型的基礎上進行調整，優化權重系數計算方法，采用改進的DRASTIC模型及區間數層次分析法(IAHP)，對該區域防污性能開展評價。

1 工作區概況

文安縣地理坐標為E38°44′～39°03′，N116°11′～116°45′，位于華北平原相對低洼部位，地形平坦開闊，為多條河流的下游部位。文安縣自西南向東北略有傾斜。區內地貌類型有沖積平原和沖湖積平原兩大類。沖積平原主要分布于西南部，按地貌形態又可分為高地或微高地、泛濫坡平地、泛濫洼地和灘地小區。沖湖積平原是區內主要的地貌類型，約占總面積的2/3，據地貌形態劃分為入湖河口三角洲小區、平地小區和洼地小區。

2 評價方法

2.1 評價因子選取

在開展文安縣地下水防污性能評價時，需根據該區域的水文地質、氣候等條件，且考慮人類活動的影響因素。該區域內水文地質要素具有以下特點：

(1)研究區地勢平坦，地形坡度差異較小；

(2)地下水凈補給量差異較小，主要集中在71～92 mm/a；

(3)水力傳導系數采用含水層厚度來表征；

(4)土地的利用性質不同，對其防污性能的影響不同。如耕地、工礦用地等容易形成污染源，其地下水防污性能差，而林地草地人類社會活動較低，對地下水的污染少，則防污性能強；

(5)土壤介質與包氣帶介質具有一定相關性、重復性，不能客觀準確反映地表情況。

綜上，對傳統DRASTIC模型[7]進行調整，改進的DRASTIC模型共包含5個評價因子，分別為地下水埋深(D)、包氣帶介質(I)、含水層介質(A)、含水層厚度(H)、土地利用類型(L)。

2.2 評價因子評分量化

由于各評價因子的性質和量綱不同，模型計算時需要進行統一量化。影響最小的為1，影響最大的為10，評分標準如表1所示。

結合工作區各評價因子的實際情況，依據表1評分標準，得到各評價因子的分級情況，分別如圖1～圖5所示。

表1 評價因子評分標準

圖1 地下水埋深(D)分級圖

圖2 包氣帶介質(I)分級圖

圖3 含水層介質(A)分級圖

圖4 含水層厚度(H)分級圖

圖5 土地利用類型(L)分級圖

2.3 權重系數計算

傳統DRASTIC模型對評價因子賦予固定的經驗性權重，不隨研究區域水文地質特征的不同而改變，缺乏客觀性，因此一些研究人員采用層次分析法，來計算評價因子的權重系數[8]。

區間數層次分析法(Interval-based Analytic Hierarchy Process, IAHP)將傳統層次分析法與區間數學進行融合，采用區間數代替點值，構造區間數判斷矩陣，然后根據區間數判斷矩陣計算出評價因子的權重系數[9-10]。

2.3.1 區間數層次分析法

(1)

根據區間數判斷矩陣，可計算出各評價因子的權重系數。

2.3.2 權重系數的計算

組織水工環地質專家等，根據各評價因子對防污性能影響的相對重要程度，采用指數標度法，進行比較打分。

根據專家評判結果，構建區間數判斷矩陣，如表2所示。

表2 區間數判斷矩陣

采用特征根法計算出5個評價因子的權重系數，如表3所示。

表3 評價因子權重系數

3 評價結果分析

結合DRASTIC防污性能劃分原則，制定地下水防污性能分級標準，如表4所示。

表4 地下水防污性能分級標準

根據各評價因子評分值、權重系數，評估分析該區域地下水的防污性能。依次對各單指標分級圖進行迭加，按照防污性能分級標準，實現防污性能評價分區，如圖6所示。

圖6 地下水防污性能分區圖

由圖6可看出，該區域按照防污性能分級標準，主要包含較好區、中等區和較差區。

3.1 防污性能較好區

分布面積較小，僅為41.27 km2，占總面積的3.98%。土地利用類型主要為林地、草地地帶；包氣帶介質主要為粘土，防污性能越好；水位埋深、含水層介質、含水層厚度取值也較為零散。即該區域內，包氣帶介質和土地利用類型對防污性能起主要影響作用。

3.2 防污性能中等區

在工作區內廣泛分布，面積791.05 km2，占總面積的76.28%。

3.3 防污性能較差區

面積204.69 km2，占總面積的19.74%。主要有三塊區域：

(1)一塊位于中部及西南地區。水位埋深2～20 m，相對較淺，包氣帶介質主要為砂和粉土，含水層介質主要為粉砂、細砂，土地利用類型在縣城為住宅用地，其它大部分為耕地。即該區域內，評價因子普遍評分較低，防污性能較差。

(2)一塊在工作區西北部一帶。水位埋深2～4 m，埋深較淺；包氣帶介質為粉粘；含水層介質粉砂，含水層介質顆粒較??；含水層厚度10～15 m；土地利用類型為耕地。即該區域內，地下水埋深、土地利用類型、含水層介質評分較低，導致防污性能較差。

(3)一塊在中東一帶。區域地下水埋深<2 m，埋深很淺，包氣帶介質為粉粘，含水層介質為細砂，含水層厚度5～10 m為主，含水層厚度較薄，土地利用類型為耕地。即該區域內，地下水埋深、土地利用類型、含水層厚度評分較低，導致防污性能較差。

4 結語

(1)根據文安縣域水文地質條件，優化調整了評價因子，構建了改進的DRASTIC模型；采用區間數層次分析法計算權重系數，一定程度上克服了傳統方法設置的固定權重問題，評價結果更為科學合理。

(2)根據地下水防污性能評價結果，該工作區主要包含較好區、中等區和較差區，分別占總面積的3.98%、76.28%和19.74%。評價結果將為該區域的生態環境規劃奠定基礎。