寧夏衛寧平原地下水脆弱性評價

許廣河XU Guang-he

（寧夏回族自治區國土資源調查監測院，銀川 750001）

0 引言

地下水作為水資源的重要組成部分，既是生態系統的子系統，也是人類社會發展的重要因素。在我國西北地區，城市供水量50%來自于地下水[1]，尤其對于地處干旱半干旱區域的衛寧平原，由于降水稀少、蒸發強烈，地表水資源相對匱乏，地下水更加重要。衛寧平原水文地質調查工作起始于20世紀70年代，韓強強[2]針對衛寧平原水文地質條件和地下水化學特征進行了概述和簡要分析。李培月[3]研究了人類活動影響對衛寧平原地下水環境的影響。本文結合前人研究成果，選取8個因子采用DRASTIC法建立水質和水量的脆弱性評價模型，考慮相關因子權重進行地下水脆弱性評價和分區[4]，并提出科學合理開發利用地下水的建議。

1 研究區概況

1.1 地理位置

衛寧平原位于黃河上中游，寧夏中北部（見圖1）。地理坐標介于東經105°00′00″-106°00′00″，北緯：37°20′00″-37°50′00″，總體呈帶狀，東西長約100km，南北寬約2.5-14km，面積2200km2。

圖1 研究區位置示意圖

1.2 氣象水文

據研究區2006-2018年氣象觀測資料，區內多年平均氣溫為10.54℃，平均降水量196.96mm，平均蒸發量1773.04mm，主要河流為黃河及其支流清水河，黃河自西向東流過研究區，區內流程約106km，河床寬度約600m，平均水深2-4m，最深8.6m，河床坡降0.7%。

1.3 地質條件

1.3.1 地層巖性

研究區發育黃河三級不對稱的階地，在階地后緣局部地區分布有洪積扇群及沖洪積斜平原、沖湖積和風積層。沖積層分布在黃河兩岸，巖性為土黃色粉砂質粘砂土；沖洪積層分布沖積階地后緣的局部地帶，巖性主要為砂、砂礫石及粘砂土；風積層主要分布在平原區西北部，多由固定或半固定叢草沙丘組成，巖性多為褐色粉細砂。

1.3.2 地質構造

衛寧平原是新生代形成的復合型斷陷盆地，展布于衛寧區域東西向構造帶范圍內，自第四系以來，一直處于脈動式沉降。因升降幅度不同造成第四系厚度不均，柔遠一帶厚156.76m，中寧縣城一帶厚128.23m，恩和一帶則減為61.70m。區內主要斷裂有衛寧北山褶皺帶、牛首山-羅山沖斷帶、煙筒山窯山沖斷帶以及香山褶皺帶。

1.3.3 水文地質條件

衛寧平原水文地質條件分中衛段和中寧段進行描述。中衛段含水層巖性上部為粘砂土和粉細砂，下部為砂礫石卵石層，地下水埋深為0.1-2.5m，單孔涌水量500-2000m3/d。中寧段黃河北側含水層巖性上部為黃土狀粘砂土或砂粘土，下部為卵礫石層，地下水埋深0.11-10.80m，單孔涌水量為11.06-519.18m3/d。黃河南側含水層巖性上部為砂粘土及粘砂土，下部為砂卵礫石層，水位埋深1.00-12.00m，單孔涌水量為500-3000m3/d。衛寧平原地下水類型主要以HCO3--SO4-型為主，向東逐漸過渡為HCO3--Cl-型。地下水主要接受渠系滲漏、田間灌溉入滲、大氣降水補給和側向徑流補給，整體自西向東徑流，排泄方式有向黃河排泄、垂向蒸發和人工開采。

2 地下水脆弱性評價

人類活動與地下水環境密切相關，人類活動等外部因素對地下水脆弱性的影響是不容忽略的[5]。本文綜合考慮自然因素和人類活動等情況，運用DRASTIC法對衛寧平原的地下水脆弱性進行分析。

2.1 評價步驟

2.1.1 地下水水質脆弱性指標選取及賦值

地下水水質脆弱性選取：地下水埋深、大氣降水量、滲透系數、植被覆蓋類型和土地利用類型5個指標。

地下水埋深越大，污染物與包氣帶的接觸時間越長，污染物衰減越強烈，地下水水質脆弱性越低，反之則相反。衛寧平原地下水埋深劃分為5級，并賦予其相應的數值；大氣降水量越大，污染物進入地下水的可能性越高，地下水的脆弱性越高，反之則相反。本次將大氣降水數據劃分為4個等級，并賦予其相應的數值；滲透系數越大，含水層之間的水力交換越頻繁，污染物在含水層的運移速度越快，地下水的脆弱性指數越大，反之越弱。研究區滲透系數劃分為4個等級，并賦予其相應的數值；植被的覆蓋類型也會影響地下水的補給，植物具有保持水土的作用，植物越高大，根系越粗壯，對于地下水的保護作用越強，地下水的防污性能越好。衛寧平原的植被類型主要為北山紅砂珍珠草原區、中部荒漠草原區和引黃灌溉區。草原區植被稀少，地下水缺少保護，脆弱性增加，易受到污染；引黃灌溉區高大的喬木涵養水源，對地下水有保護的作用；土地利用類型能反映人類活動對地下水水質的影響。將土地利用類型劃分為農用地、建筑用地和工礦用地。農用地受人為影響最小，建設用地污染的潛在性中等，工礦用地對地下水的污染最大。

2.1.2 地下水水量脆弱性指標選取

地下水開采系數能夠判斷當地地下水開采程度，地下水開采系數越大說明地下水的實際開采量占可開采量的比例越大，地下水水量脆弱性水越高。將開采系數劃分為2個等級，并賦予其相應的數值；如果凈補給量大于實際開采量，說明當地水生態系統的自我調節能力較強，地下水水量脆弱性低。將二者的差值分了8個等級，差值越大，評分越低；單井涌水量越大，地層富水性越強，脆弱性越低。將單井涌水量劃分為3個等級，并賦予其相應的數值。

2.2 地下水評價指標權重獲取

根據各指標對脆弱性的相對重要性，用層次分析法[6，7，8]計算地下水水質和水量各指標的權重見表1、表2，各參數均符合一致性檢驗。

表1 地下水水質脆弱性指標權重

表2 地下水水量脆弱性指標權重

2.3 地下水單指標脆弱性評價

2.3.1 地下水水質脆弱性評價

用疊置指數法計算地下水水質脆弱性指數（DI1）公式如下：

式中：D-地下水埋深；R-大氣降水；S-植被類型；K-滲透系數；L-土地利用類型。

地下水水質脆弱性DI1得分區間為3.15～7.92，將地下水水質脆弱性指數分為四級，見圖2。

圖2 地下水水質脆弱性評價分區圖

2.3.2 地下水水量脆弱性評價

用疊置指數法計算地下水水量脆弱性指數（DI2）公式如下：

式中：M-凈補給與實際開采量之差；E-開采系數；Y-單位涌水量。

地下水水量脆弱性DI2得分區間為1.38～5.48，將地下水水量脆弱性指數分為五級，見圖3。

圖3 地下水水量脆弱性評價分區圖

2.4 地下水綜合脆弱性評價

對衛寧平原的地下水水質脆弱性和地下水水量脆弱性進行疊加，獲得地下水綜合脆弱性指數（見式3）。

式中：DI3為地下水綜合脆弱指數；DI1：地下水水量脆弱性指數；DI2為地下水水質脆弱性指數。

地下水綜合脆弱性DI3得分區間為4.83～13.4，將地下水綜合脆弱性指數分為五類，見圖4。

圖4 地下水綜合脆弱性指數分區圖

3 結論與建議

3.1 地下水脆弱性評價

3.1.1 地下水水質脆弱性評價

水質脆弱性指數最低的區域位于中寧以東黃河河漫灘及一級階地，該區域地下水豐富，地表植被發育，土地利用類型以農用地為主，地下水受污染程度低，自凈能力強；地下水脆弱性較低的區域主要位于黃河二級階地，該區域地下水較豐富，地表植被較發育，地下水埋深相對較深，地下水受污染程度較低，自凈能力較強；地下水脆弱性中等區位于中衛市鎮羅工業園區和中寧縣渠口農場，地表植被以荒漠草原為主，土地利用類型以工礦和建筑用地為主，地下水缺少保護，脆弱性增加，易受到污染；地下水水質重度脆弱區位于重要集鎮區，該區域地下水埋深淺，含水層滲透系數大，城市生活污水和工業廢水對地下水污染的可能性大。

3.1.2 地下水水量脆弱性評價

水量脆弱性指數最低的區域沿黃河帶狀分布，該區域巖層富水性好，單井涌水量大，開采量遠遠小于凈補給量，水量調節能力強；脆弱性指數較低的區域位于黃河兩側二、三級階地，區內單井涌水量較大，巖層富水性中等，開采量小于凈補給量；脆弱性指數較大的區域集中分布在衛寧平原的東北部，單井涌水量較少，地下水開采系數高，開采量占可開采量比例大，凈補給量小于實際開采量的。

3.1.3 地下水脆弱性綜合評價

衛寧平原中西部地下水脆弱性綜合指數較小，該區域地下水不易受到外界因素的影響，地下水開發利用潛力大，需按照水資源開發利用規劃進行合理利用。衛寧平原北東部地下水脆弱性綜合指數高，該區域地下水富水性一般，人類活動對地下水影響較大。

3.2 地下水開發與保護建議

地下水綜合脆弱性指數較大的區域，需完善水資源管理措施，避免污染物的隨意排放。該區域內的農業灌溉區要開發先進的灌溉技術，如噴灌、滴灌等，并對農業灌溉渠道進行修復，有效提高水資源的利用效率；該區域內的工礦區，需提高水資源利用效率，開發節水技術，提高污水處理技術，確保污水達標排放。脆弱性指數較低的區域，要加強水質水量的監管，減少未來出現污染的可能性。總之，衛寧平原應控制地下水的開采，有節制有計劃使用地下水，避免過度開采而引發生態環境問題。