基于改进DRASTIC模型的地下水防污性能评价_张建涛.pdf
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1、第 32 卷第 1 期河南教育学院学报(自然科学版)Vol.32No.12023 年 3 月Journal of Henan Institute of Education(Natural Science Edition)Mar.2023收稿日期:2022-05-03 基金项目:河南省财政地质勘查基金项目(豫财招标采购-2015-2077-10)作者简介:张建涛(1991),男,河南夏邑人,河南省地质矿产勘查开发局第四地质矿产调查院工程师。doi:10.3969/j.issn.1007-0834.2023.01.009基于改进 DRASTIC 模型的地下水防污性能评价张建涛(河南省地质矿产勘查开
2、发局 第四地质矿产调查院,河南 郑州 450046)摘要:参照 DRASTIC 评价模型,结合鹿邑县地下水的特点,提出了符合鹿邑县地下水防污性能评价模型 基于 AHP 的改进 DRASTIC 模型。根据鹿邑县地质条件、水文地质条件、人类活动对平原地区地下水环境的影响,选定地下水埋深、地形坡度、包气带岩性、降雨入渗透补给量、含水层厚度、含水层渗透系数、弱透水层厚度作为潜水区防污性能评价等 7 个主控因素,采用基于 AHP 指标权重的层次分析法为各因素赋权,利用 MAPGIS 绘制地下水防污性能分区图,为水利、规划等行政主管单位提供有效服务。关键词:地下水;DRASTIC;评价模型;防污性能;地下
3、水环境;AHP 中图分类号:P641文献标志码:A文章编号:1007-0834(2023)01-0044-040引言鹿邑县地处豫东黄河冲积平原,地质灾害不多,但鹿邑县的地下水资源衰竭严重,地下水质量较差,环境问题显著存在并对人民群众的生活和生态环境造成重要影响,因此,开展鹿邑县地下水防污性能评价将有效发现地下水受污染的可能性1,为水利、规划等行政主管单位提供有效服务。由于区域地下水特征的差异,按照 DRASTIC 评价模型进行评价意义不大,所以本文参照 DRASTIC 评价模型取得的良好效果,结合该区地下水的特点,提出新的评价模型 基于 AHP(analytic hierarchy proce
4、ss,层次分析法)的改进 DRASTIC 模型2。1鹿邑县自然地理及水文地质条件1.1自然地理研究区位于河南省东部,冬冷夏热、四季分明,属暖温带半湿润季风型气候。年平均气温 14.6 、降雨量 756.9 mm,平均蒸发量 1 703.6 mm。该区属淮河流域,境内河流众多,主要有涡河、惠济河水系、急三道河。鹿邑县地势西北高东南低,向东南微倾斜,自然坡度 1/4 500 1/6 0003。研究区内地势呈现轻微起伏,岗、坡、洼相间,在河流间及平坡地之中有洼地分布。鹿邑县城坐落于涡河南北两岸。1.2水文地质特征研究区广泛分布新生代松散堆积物,在垂向 500 m 深度内,自上而下划分为浅层地下水(0
5、60 m)、中深层地下水(60270 m)和深层地下水(270500 m)。浅层地下水强富水区分布于鹿邑县南部、中北部大部分地区,含水层以细砂、中细砂为主,松散、透水性强,单井涌水量在 5001 000 m3/d;中等富水区零星分布于鹿邑槐树刘庄、北王庄一带,含水层以细砂、中细砂为主,单井涌水量在 5001 000 m3/d;弱富水区分布于鹿邑县东部涡北镇中心小学至太清宫东部一带,呈西北-东南向条带状,含水层以细砂、中细砂为主,单井涌水量在 500 m3/d 以下。地下水动态主要以“入渗-开采”型为主,要接受大气降水和季节性河流侧向补给,以人工开采和侧向径流排泄为主4。水化学类型为HCO3-N
6、a、HCO3-NaCa 型。中深层地下水含水层多呈透镜体状,厚度变化较大,层位不稳定,岩性以粉砂、粉细砂为主。层数较多而薄,富水性较差,单位涌水量 2.82.9 m3/hm。深层地下水富水区分布于鹿邑县北部、西部及东南部大部分地区,含水层以中细砂、细砂为主,可见 47层,厚 47.663.1 m,单井涌水量在 1 000 3 000 m3/d;强富水区在中部、东北部,单井涌水量在大于 3 000 第 1 期张建涛:基于改进 DRASTIC 模型的地下水防污性能评价45 m3/d。深层地下水动态呈现“径流-开采”型,天然条件下,深层水主要靠侧向径流补给,深层地下水动态变化基本不受气象因素影响,而
7、主要与人工开采有关5。地下水化学类型主要为 HCO3-Na 型。2模型建立由于区域地下水特征的差异,本文评价在 DRASTIC 评价模型及国内外已有成功经验的基础上,结合鹿邑县地下水的特点,提出了符合鹿邑县的地下水防污性能评价模型 基于 AHP 的改进的 DRASTIC 模型6。根据研究区地质、水文地质及人类活动对平原地区地下水环境的影响,选定地形坡度(T)、地下水埋深(D)、包气带岩性(V)、降雨入渗透补给量(R)、含水层渗透系数(C)、含水层厚度(U)、弱透水层厚度(A)7作为潜水区防污性能评价的 7 个主控因素,采用基于 AHP 指标权重的层次分析法为各因素赋权,利用 MAPGIS 绘出
8、地下水防污性能分区图6。2.1评价指标的选定及影响机理1)地下水埋深(D)。浅层地下水埋深决定了包气带厚度,即地表水进入含水层所经历的下渗距离。地下水埋深越大,污染物与介质的接触时间越长,污染物经历的各种物理吸附、生物降解、化学反应越充分,衰减越显著,其防污性能也越好,反之则越差8。因此,地下水埋深是潜水防污性能影响最大的因子之一。2)地形坡度(T)。地形控制着污染物被冲走或停留在地表以渗入地下的时间,亦对土壤的形成与污染物的稀释程度具有影响。当地形坡度为(02%)时,不论是地表污染物还是降雨量都不会流失,污染物渗入地下的机会最大。相反,当地形坡度大于 18%时,为地表径流提供了有利的条件,污
9、染物渗入地下的机会很小,相应地地下水防污性较高7。3)包气带岩性(V)。包气带颗粒越细污染物迁移越慢,污染物与介质接触时间越长6,吸附容量越大,污染物经历的各种反应(吸附、降解等)充分,防污性能越好。防污性能影响最突出的因子是包气带介质。4)降雨入渗透补给量(R)。大气降水以及人工补给水对浅层地下水影响较大,雨量越大,携带污染物进入地下水越多,防污性能越差6。5)含水层渗透系数(C)。在一定的水力梯度下含水层渗透系数控制着地下水的流速,同时也控制着污染物离开污染源源场地的速度9-10。影响渗透系数大小的因素很多,主要取决于含水层中介质颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等,通常通过试验方法
10、或经验估算确定 K 值,单位统一为 m/d。6)含水层厚度(U)。含水层本身的特征将直接影响地下水防污性能的强弱,厚度越大,含水介质粒度越粗,地下水对污染物的稀释能力就越强,越不易受到污染。7)弱透水层厚度(A)。弱透水层对污染物进入地下水起到极大的截污与阻碍作用,弱透水层越厚,污染物到达含水层的时间越长,污染物接受稀释、降解的机会就越大,防污性能越好。因此,弱透水层厚度也是防污性能评价不可缺少的因素之一6。2.2指标评分与单元格划分按照模型对指标分级评分(表 1)。利用 MAPGIS 技术,结合乡镇界线、水文地质单元和地质界线等,对1 2.5 万的地质图按照 1 km1 km 方格的形式进行
11、单元划分,共可划分 236 个单元,每个单元为独立的评价单元6。对单元格进行编号,对 7 个评价指标项目按 7 个图层进行单元格赋值,将各指标根据评分标准,形成各评价指标的评分图并赋予相应的评分。表 1参数评分等级Tab.1Scoring grade of parameterT/%分级分值D/m分级分值R/mma-1分级分值V分级分值C分级分值U分级分值A分级分值(0,210(0,110(0,501黏土1(0,0.11(0,310(0,210(2,69(1,29(50,1003砂黏混合2(0.1,12(3,59(2,39(6,125(2,38(100,1606砂土3(1,43(5,97(3,5
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