2001_关中盆地地下水脆弱性评价指标体系的探讨_杨晓婷

2001年6月

西安工程学院学报

　JOURNALOFXIπANENGINEERINGUNIVERSITY　

Vol.23No.2Jun.2001

关中盆地地下水脆弱性评价指标体系的探讨

杨晓婷,王文科,乔晓英,李永涛,孙熠

(长安大学国土资源部干旱半干旱地区水资源与国土环境开放实验室,陕西西安7100)

[摘要]　地下水脆弱性是近几年来出现的新概念,在分析国内外有关地下水脆弱性研究现状的基础上

根据关中盆地的地貌、地质、水文地质以及环境问题,探讨了地下水脆弱性的概念,提出了关中盆地地下水脆弱性评价指标体系。

[关键词]　地下水脆弱性;指标体系;关中盆地

[中图分类号]　X320.012　　[文献标识码]　A　　[文章编号]　1007-9955(2001)02-0046-04[作者简介]　杨晓婷(1974-),女,助教,现从事环境工程教学工作。　　“环境与发展问题是当今人类所面临的最为紧用规划和含水层保护以及地下水资源管理提供一个迫的问题之一”。长期以来,人们忽视了基础资源的有用的工具,帮助决策者和管理者制定经济、合理的有限性和不可再生性,忽视了环境的承受能力,对土地下水资源和土地利用和保护方针,从而将有限的地的使用和水资源的开发缺少长远规划。盲目开发资金和人力投入到地下水污染的高风险区或脆弱性

和无偿使用自然资源,不顾后果的随意排放污染物,大的地区。致使资源大量消耗,环境污染日趋严重,生态平衡屡遭破坏,经济发展对生态环境的压力愈来愈大,人类赖依生存的整个自然体系出现了严重的危机。

关中盆地由于人口的激增,工农业生产的飞跃发展,对水资源的需求量不断增加,但是由于缺乏水

1　地下水脆弱性的概念

地下水脆弱性一词的英文表示是:vulnerability

资源的合理分配和科学管理,致使出现了一系列的或Aquifercontaminationpotential或sensitivityof

环境地质问题,例如:集中开采使得水位持续下降、groundwatertocontamination。它被当做科学术语水资源枯竭、地面沉降、地裂缝等;长期灌溉使得水是法国的Albinet和Margat在1968年首次提出来位上升、地表积水、土壤盐碱化等,同时由于人类开的,由于地下水脆弱性研究具有重要的意义,从那时发活动和自然因素的影响,潜水不断遭受污染,化学起,各国的水文地质学家们都对这一研究十分重视,成分发生了很大的变化,直接威胁到人类的健康和且从不同的角度对这一概念的内涵和外延提出了各生存空间,例如:高氟水、型水、高铬水等。实践自的观点,但由于影响因素的复杂性和研究水平的

“地下水脆弱性”的概念基证明,地下水污染具有积累性、滞后性、潜在性并往局限性,在几十年间,有关,往和土地污染相联系,所以一旦遭受污染对其进行本上处于众说纷纭状态,但总体来说“地下水脆弱

概念的发展过程可以分为两个阶段。治理和修复将需支付高昂代价,有时在一定时间内性”

治理和修复是不可能的。地下水脆弱性研究的目的

80年代以前,地下水脆弱性是基于“一个地区

在于从保护地下水环境出发,通过开展地下水对污的地下水相对与另一个地区的地下水对污染物更脆这一想法而提出来的,是一个相对的概念,多是染物的敏感性和脆弱性研究,圈定脆弱区,为土地使弱”

从水文地质本身内部要素(例如:地下水位埋深、表

　[收稿日期]　2000-11-10

　[基金项目]　教育部高等学校骨干教师资助计划项目

层沉积物的渗透性、水力传导系数等)出发来定义的,例如:Vrana于1984年这样定义地下水脆弱性:

2期　　　　　　　　　　　　杨晓婷等:关中盆地地下水脆弱性评价指标体系探讨47

地下水脆弱性是影响污染物进入含水层的地表与地下条件的复杂性。Villumsen、Olmer与Rezac、Vierhuff、Goosens与Vandammc、Klauco、John2ston等其他学者也都给出了类似的定义。

80年代以后,地下水脆弱性的概念也由简单到复杂,由单纯考虑内因到综合考虑内外因,由分歧到趋同的不断丰富、完善和发展,定义的方式有了新的突破,除了考虑水文地质本身内部要素的同时也考虑到了人类活动和污染源类型等外部因素对地下水脆弱性的影响,例如:Foster认为地下水脆弱性是由含水层本身的脆弱性和人类活动产生的污染负荷造成的。Bachmat与Collin、Sotoniko与Vrba、Palmquist等其他学者也给出了类似的定义。1993年美国环保局提出,脆弱性也称敏感性,是一个相对的、不能在野外直接测量的、无量纲的一个参数,是针对于某个具体的场地或某个地区而言的,指的是:污染物从地表迁移到含水层的难易程度,可分为两类:一类是本质的或固有脆弱性(IntrinsicVulnera2bility)即不考虑人类活动和污染源的影响而只考虑水文地质内部因素的脆弱性。另一类是特殊或具体脆弱性(SpecificVulnerability)即地下水对某一特

期,因而“,地下水脆弱性”这一术语在国内出现的较晚,目前国内多是研究地下水的本质脆弱性,至今尚没有明确的“地下水脆弱性”定义,其定义多引用外文资料,在叫法上常以“地下水的易污染性”“含水,层对污染物的敏感性”“污染潜力”,“防污性能”,等来代替“地下水脆弱性”。

总之,鉴于目前的研究水平,国内外都倾向于美国环保局关于地下水脆弱性分为两类的主张,随着研究的不断深入,认识的不断加深,地下水脆弱性概念将不断的得到丰富、完善和发展。

2　国内外对地下水脆弱性评价指标体

系的研究现状

同地下水脆弱性概念相对应,地下水脆弱性评价也分为固有脆弱性评价与特殊脆弱性评价两类。地下水脆弱性评价离不开水文地质内部因素,因而地下水固有脆弱性评价是地下水特殊脆弱性评价的基础性工作,但由于地下水脆弱性是一个综合性指标,一个地区地下水脆弱性程度是许许多多影响脆弱性指标迭加的结果。从污染物进入含水层的途径

定污染源或人类活动的脆弱性。相对于具体脆弱性

来说,先进入土壤层—包气带—含水层,这途径中

而言,固有脆弱性对某一固定地区其脆弱程度是一

所有影响因素均为考虑之列。从国外资料中可以看

定值,而具体脆弱性却随着污染源的类型和人类活

出,各评价模型都有各自的指标体系,地区不同、模

动的不同其脆弱程度也不相同。

型不同所选用的参数也不相同。总体来说,有以下

国内关于地下水脆弱性的研究始于90年代中

几种方法和相对应的参数(表1)。

表1　地下水脆弱性评价方法及相对应的影响因素

方法

AlbinetandMargat

1970

GoosnsandVanDamme1987CarterandPalmer

1987GOD,Foster1987DRASTIC,Allerand

other1987

SEEPAGESINTACS,Civita

1994AVI-VANStempvoortandothers1993ISIS,CivitaandDeRegibus1995EPIK,DoerfligerandZwahlen1997

MSRSPCSMRSPCSMRSRSPCSM

土壤特性

地形表河流含水层含水层

包气带水文地含水层土地利

类型面坡度网络厚度及矿有效物理和与地表净补给特征埋深质特征水力传厚度用类型

变化率密度物质结构湿度渗透性化学性质水联系导系数

HCSMS

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48西安工程学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　23卷

　　国内在地下水脆弱性研究方面起步较晚,但发

展比较迅速,目前多研究的是固有脆弱性,且研究主要针对的是局部城市或水源地进行的,例如:刘淑芳于1995年研究了河北平原的地下水防污性能。也有少数研究特殊脆弱性的例子,如:郑西来于1997度大、城市集中,陕西省的许多工业、企业也集中于此,不仅生活用水、工业用水、农业用水等不断增加,而且地下水污染也不断的加重,另外不合理的开采和灌溉方式的混乱等等,致使水资源出现了短缺、水质不断恶化,而且还导致了一系列的环境地质问题,

年在研究西安市潜水脆弱性的过程中,既考虑了包所以研究关中盆地的地下水脆弱性评价具有很重要气带、含水层等水文地质内部特征,又考虑了污染源的意义。特征。总结国内有关地下水脆弱性评价的指标体由国内外资料也可以看出,地下水脆弱性评价系,可以得出下表(表2)。的关键是指标体系的建立。进行地下水脆弱性评价

应考虑的因素很多,要建立一个包含所有因素的模型来评价地下水脆弱性是相当困难的,一方面,因为这些因素所包含的参数有的是很难取得的;另一方

系的探讨

面,因为参数过多,他们之间还存在着错综的协同或颉颃作用,这就要求在进行脆弱性评价时根据具体关中盆地位于陕西省中部,是三面环山东面敞

问题进行具体分析,尽量找出影响地下水脆弱性的开的盆地,西起宝鸡,东至潼关,南依秦岭,北靠北

主要因素(敏感因子),舍去次要因素,抓住主要矛

山,海拔325～900m,西高东低,微向东倾,山区向盾,也就抓住了解决问题的关键。

盆地中心呈阶梯状降落,依次为山前倾斜平原、黄土本文所涉及的地下水脆弱性研究是基于区域地台塬、河谷阶地。渭河自西向东横贯盆地中部,至潼下水固有脆弱性研究,即不考虑污染源特征和人类

关入黄河。关中盆地从地貌上可以划分为山区、山

活动特征,只考虑水文地质内部本身因素,基于前人

前洪积扇区、黄土台塬区、河谷阶地区。关中盆地作

的资料和评价指标选取的原则,结合关中盆地的具

为国家的重要粮、油、棉产地,也是陕西省的经济开

体情况选择出评价指标体系(图1)。

发区,虽然地下水资源丰富,但由于关中盆地人口密

3　关中盆地地下水脆弱性评价指标体

表2　地下水脆弱性评价的考虑因素

固有脆弱性主要因素

参数

土　壤

包气带

含水层岩性、有效孔隙流向、地下水年龄与驻留时间

补给量净补年降水量蒸发、

容水量、不透水性

蒸腾、空气湿度

地形

固有脆弱性次要因素下伏地层

与地表水

海水联系入/出河流、岸边补给潜力、滨海地区咸淡水界面

特殊脆弱性土地利用状态、人口密度、污染物在包气带中运移时间、土壤包气带稀释与净化能力

污染物在含水层中驻留时间、人工补给量、灌溉量排水量污染物运移性质

主

要参数

成分、结构、厚度、厚度、岩有机质含量、粘土矿物含量、透水性阴离子交换容量、

性、水运移时间

度、导水系数、给量、

地面坡度变化

透水性、结构与构造、补给

/排泄潜力

次

要参数

解吸与吸附能力、风化程硫酸盐含量、体积密度、容水量、植物根系量

度、透水性

植物覆盖程度

图1　关中盆地地下水脆弱性评价指标体系

2期　　　　　　　　　　　　杨晓婷等:关中盆地地下水脆弱性评价指标体系探讨49

　　土壤:指渗流区最上部具有显著生物活动的部分,土壤的厚度、结构、成分及其粘土矿物含量、有机质的含量、湿度等决定土壤自净能力,土壤的自净能力即土壤对污染物的吸附、降解能力。土壤的自净能力越强,地下的水脆弱性越弱。因此,土壤的自净择问题,目前从国外所出现的评价方法看可以分为两大类,水文地质背景值法和参数系统法。近几年来随着GIS技术的普及及评价区域的扩大,国内外出现了应用GIS技术和模糊数学,并结合地下水运移模型来评价地下水的脆弱性,关于地下水脆弱性

能力是决定地下水脆弱性的一个主要指标。评价方法将在后文中进行探讨。

包气带:指的是土壤与含水层之间的介质,它是

[　参　考　文　献　]污染物进入含水层的必经途径。包气带是污染物进

入含水层之前所进行的稀释作用、生物降解作用、中

[1]　RCGogu,ADassargues.Currenttrendsandfuturechallengesin

和作用和化学反应的主要场所,所以其厚度、岩性在很大程度上决定着地下水的脆弱性。

含水层:含水层不是一个统一的单元,而是一个复杂的系统,它的脆弱性在空间上发生变化,因此,除考虑含水层岩性外,水力传导系数是一个重要指标,它控制地下水的流动速率,进而控制污染物在含水层中迁移的速率。

地形:包括地形坡度变化和土地的覆盖和使用类型。通常坡度越大,含水层脆弱性越弱。补给量:单位面积内渗入地表并到达含水层的水量即平均含水量也是反映含水层脆弱性的指标,一般含水层补给量越大,脆弱性越强,该值可以通过水量平衡方程求得。

在评价指标体系确立之后,就是评价方法的选

groundwatervulnerabilityassessmentusingoverlayandindexmethods[J].EnvironmentalGeology,1999,39(2):9～559.[2]　BarryM,Evans,WayneLMyers.AGIS-basedapproachtoe2

valuatingregionalgroundwaterpollutionpotentialwithDRASTIC[J].JournalofSoilandWaterConservation,1999:242～245.[3]　NDoerfliger,PYJeannin,FZwahlen.Watervulnerabilityas2

sessmentinkarstenvironments:anewmethodofdefiningprotec2tionareasusingamulti-attributeapproachandGIStools(EPIKmethod)[J].EnvironmentalGeology,1999,39(2):165～176.[4]　JARay,PWO’dell.DIVERSITY:Anewmethodforevaluat2

ingofgroundwatertocontamination[J].EnvironmentalGeology,1993,(22).345～352.

[5]　孙才志,潘俊.地下水脆弱性概念、评价方法与研究前景[J].水

科学进展,1999,10(4):444～449.

[6]　杨庆,栾茂田.地下水易污性指标方法-DRASTIC指标体系

[J].水文地质工程地质,1999,26(2):4～9.

THEDISCUSSIONOFGROUNDWATERVULNERABILITY

ASSESSMENTINDEXSYSTEMINGUANZHONGBASIN

YANGXiao2ting,WANGWen2ke,QIAOXiao2ying,LIYong2tao,SUNYi

(OpeningResearchLaboratoryAboutWaterResourceandLandEnvironmentinAridandSemiaridRegionUndertheMinistryofLandResource,ChangπanUniversity,Xiπan7100,China)

Abstract:Theconceptofgroundwatervulnerabilityispresentedinrecentyears.Thispaper,onthebaseofanalyzingonthecur2rentresearchsituationofgroundwatervulnerability,accordingtothelandforms,geology,hydrogeologyandenvironmentalques2tion,discusstheconceptofgroundwatervulnerability,andpresenttheassessmentindexsystemofgroundwatervulnerabilityinGuanZhongBasin.

Keywords:groundwatervulnerability;indexsystem;Guanzhongbasin