層次分析綜合法在地下水污染防治區(qū)劃方面的應(yīng)用——以南四湖平原區(qū)為例

張卓，徐建國，于翠翠，宋永芬，張貴麗

（1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東濟(jì)南 250013；2.山東省地礦工程集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250013；3.濟(jì)南春旭化工設(shè)計(jì)有限公司，山東濟(jì)南 250014）

自20世紀(jì)80年代以來，城市化進(jìn)程步伐加快，生活污水和工業(yè)廢水超標(biāo)排放，地下水開采強(qiáng)度不斷增大，環(huán)境水文地質(zhì)問題日趨嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)鼐用裆眢w健康和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來嚴(yán)重影響［1－3］，地下水污染防治成為熱門話題，如對(duì)城市地下水防污性能的研究［1］，以及淮河流域地下水水質(zhì)［2］。筆者通過對(duì)地下水防污性能評(píng)價(jià)方法的研究［4－7］，提出利用層次分析綜合的原理對(duì)地下水污染進(jìn)行區(qū)劃，以達(dá)到地下水污染防治的目的。

1 概況

1.1 地形

工作區(qū)地形為山前平原由丘陵山區(qū)向外圍傾斜，地面高程9～50m，坡降約1／500～1／2 000；微傾斜低平原區(qū)除局部有零星孤山、殘丘外，地勢低平，向E，NE方向微微傾斜，地面高程3～70m。

1.2 氣象

工作區(qū)屬于暖溫帶大陸型季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱多雨、秋季旱澇不均、冬季寒冷少雪，全區(qū)多年平均氣溫12～14℃，全年1月份氣溫最低，月平均氣溫－3～5℃，7 月份氣溫最高，月平均氣溫26～29℃。

1.3 地表水系

工作區(qū)水系發(fā)育，多年平均徑流量由西北往東南遞增，為70～350mm／a，主要河流有獨(dú)流入海的小清河、彌河、白浪河、濰河，獨(dú)流入湖的紅衛(wèi)河、萬福河、洙趙新河、汶河、泗河，主要湖泊有微山湖（南四湖）、東平湖（圖1）。

1.4 地下水水質(zhì)

天然狀態(tài)下淺層孔隙水由中低山丘陵區(qū)淺層孔隙含水層、沖積洪積平原低礦化淡水區(qū)的鈣型、鈣鎂型、鈣鈉型·重碳酸型（現(xiàn)狀條件下重碳酸氯型水分布面積增加，陰離子類型復(fù)雜化），過渡為沖積平原古河道帶淡水區(qū)、沖積湖積平原咸淡水區(qū)的鎂鈣型、鈉鈣型、鈉鎂鈣型、鈉鎂型·重碳酸、氯型水，到海積沖積平原咸水區(qū)則出現(xiàn)鈉·氯型水，部分重碳酸型水轉(zhuǎn)變化氯化硫酸型水。

圖1 地下水污染防治區(qū)劃圖

2 區(qū)劃方法

2.1 分區(qū)原則

地下水防污性能評(píng)價(jià)方法很多，較為相似的有美國EPA 地下水防污染性能評(píng)價(jià)方法（DRASTIC）［1，6］，采用EPA（DRASTIC）法對(duì)地下水污染防治區(qū)劃的劃分原則。重要地下水源保護(hù)區(qū)和修復(fù)治理場地范圍依據(jù)調(diào)查工作直接劃定，其余地區(qū)根據(jù)地下水污染防治基本要求，原則上劃為4個(gè)區(qū)：

（1）重點(diǎn)防護(hù)區(qū)：地下水系統(tǒng)防污性能差，地下水資源豐富或開采程度高，污染源多的區(qū)域。

（2）中等防護(hù)區(qū)：地下水系統(tǒng)防污性能較差，地下水資源較豐富或開采程度較高，污染源較多的區(qū)域。

（3）一般防護(hù)區(qū)：地下水防污性能中等，地下水資源和開采程度一般，污染源較少的區(qū)域。

（4）自然防護(hù)區(qū)：地下水防污性能好，地下水資源較貧乏或開采程度較低，污染源零星分布的區(qū)域。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

防護(hù)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取地下水防污性能、地下水污染評(píng)價(jià)、地下水可開采資源分布、地下水開采程度和污染源荷載5項(xiàng)：

地下水防污性能：防污性能越差，地下水污染防護(hù)級(jí)別越高。

地下水污染評(píng)價(jià)：地下水污染程度越高，地下水污染防護(hù)級(jí)別越高。

地下水資源分布：地下水可開采資源越豐富，地下水污染防護(hù)級(jí)別越高。

地下水開采程度：采用開采潛力指數(shù)（Q可采／Q實(shí)采）表示地下水開采程度，開采潛力指數(shù)越低，開采程度越高，相應(yīng)的地下水污染防護(hù)級(jí)別越高。

污染源荷載程度：指污染源分布狀況，分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、污水灌溉、畜禽養(yǎng)殖、采油、垃圾場等類型。污染源荷載程度越重，地下水越容易受到污染，地下水污染防護(hù)級(jí)別越高。

2.3 指標(biāo)賦值

對(duì)工作區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格剖分，對(duì)網(wǎng)格單元進(jìn)行了編號(hào)。

利用MapGIS軟件，對(duì)5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)目按5個(gè)圖層進(jìn)行單元格賦值，將評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)各自的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1），在其各圖層上賦予相應(yīng)的評(píng)分并形成各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分圖，然后與剖分單元文件進(jìn)行空間相交分析，各指標(biāo)評(píng)分就傳遞給了剖分單元，再在屬性庫子系統(tǒng)下，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分輸出，進(jìn)行相應(yīng)的處理，形成Excel賦值數(shù)據(jù)。

表1 地下水污染防治區(qū)劃評(píng)價(jià)因子分值

2.4 指標(biāo)權(quán)重

對(duì)5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)采用專家打分法及層次分析法分別給予評(píng)分和權(quán)重，方法與防污性能評(píng)價(jià)方法相同，專家打分及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表2、表3。

表2 層次分析定權(quán)法的判斷矩陣標(biāo)度分級(jí)

表3 地下水污染防治區(qū)評(píng)價(jià)各指標(biāo)權(quán)重

2.5 區(qū)劃指數(shù)計(jì)算與分級(jí)

地下水污染防治區(qū)劃指數(shù)計(jì)算公式：

式中：PI—區(qū)劃指數(shù)，PI 值越高，防護(hù)等級(jí)越高；A—地下水防污性能；B—淺層地下水污染程度；C—淺層地下水可采資源量；D—淺層地下水開采程度；E—污染源荷載程度；R—指標(biāo)評(píng)分等級(jí)；W—指標(biāo)權(quán)重。

計(jì)算結(jié)果表明，工作區(qū)剖分單元PI 指數(shù)范圍值為2.07～8.59。將所有剖分單元的PI值進(jìn)行分布統(tǒng)計(jì)，形成PI值頻數(shù)分布直方圖。采用PI值頻數(shù)曲線將防冶級(jí)別進(jìn)行四級(jí)劃分，劃分方法是將頻數(shù)曲線與PI軸形成圖形的面積按20%∶30%∶30%∶20%的比例劃分，分區(qū)界線對(duì)應(yīng)的PI 值即為PI分級(jí)值（表4、圖2）。

表4 地下水污染防冶區(qū)劃分級(jí)

圖2 防污性能分級(jí)的PI值界線值確定圖

3 結(jié)果

在工作區(qū)各剖分單元PI 值和分級(jí)值繪制PI值等值線基礎(chǔ)上，經(jīng)修正形成防護(hù)分區(qū)：重點(diǎn)防護(hù)區(qū)、中等防護(hù)區(qū)、一般防護(hù)區(qū)和自然防護(hù)區(qū)，再根據(jù)該次工作調(diào)查劃定重要地下水源保護(hù)區(qū)和修復(fù)治理場地，形成工作區(qū)地下水污染防治區(qū)劃圖（圖1）。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

此方法選取地下水防污性能、地下水污染評(píng)價(jià)、地下水可開采資源分布、地下水開采程度和污染源荷載為防護(hù)區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮因素較為全面，可操作性強(qiáng)；難點(diǎn)在于PI界限值的確定，對(duì)5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)采用專家打分法及層次分析法分別給予評(píng)分和權(quán)重，應(yīng)慎重確定PI界限值。

4.2 建議

根據(jù)不同的地下水污染區(qū)劃采取不同的防護(hù)措施：

（1）重點(diǎn)防護(hù)區(qū)和中等防護(hù)區(qū)：①嚴(yán)格控制重污染項(xiàng)目的新建、改建、擴(kuò)建，對(duì)不能做到穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的污染嚴(yán)重的企業(yè)應(yīng)當(dāng)依法關(guān)停、搬遷。②對(duì)流經(jīng)該區(qū)的河流水質(zhì)進(jìn)行綜合治理，嚴(yán)禁向河道排放污水，確保河流水質(zhì)，禁止河道挖沙。③對(duì)區(qū)內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖場，應(yīng)當(dāng)建設(shè)配套的污染防治設(shè)施，對(duì)畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)用地膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)殘留物，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行無害化處理和資源化利用［8］。④采取政府資金補(bǔ)貼方式，逐步在農(nóng)村開展旱廁改造工程，加強(qiáng)旱廁改造政策的宣傳。⑤逐步減少農(nóng)藥、化肥使用量。

（2）一般防護(hù)區(qū)：該區(qū)應(yīng)加強(qiáng)地下水水質(zhì)監(jiān)測，掌握地下水水質(zhì)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)地下水水質(zhì)惡化趨勢時(shí)及時(shí)采取防治措施。

（3）自然防護(hù)區(qū)：地下水資源相對(duì)較貧乏或淺層無淡水資源，暫不采取人為的污染防護(hù)措施，靠自然防護(hù)即可。

［1］ 喻生波，屈君霞.城市地下水防污性能評(píng)價(jià)［J］.甘肅科技，2008，24（6）：42，50－52.

［2］ 李肖蘭，呂華.淮河流域山東段地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2012，30（1）：36－39.

［3］ 羅蘭.我國地下水污染現(xiàn)狀與防治對(duì)策研究［J］.中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，8（2）：72－75.

［4］ 鐘佐燊.地下水防污性能評(píng)價(jià)方法探討［J］.地學(xué)前緣，2005，12（增刊）：3－11.

［5］ 李亞松，張兆吉，費(fèi)宇紅.地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法優(yōu)選與分析：以滹沱河沖洪積扇為例［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011，28（1）：6－10.

［6］ 姜志群，朱元?jiǎng)?地下水污染敏感性評(píng)價(jià)中DRASTC法的應(yīng)用［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（3）：100－103.

［7］ 程繼雄，程勝高，張煒.地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法的對(duì)比分析［J］.安全與環(huán)境工程，2008，15（2）：23－25.

［8］ 周懷東，彭文啟.水污染與水環(huán)境修復(fù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.