黔中片區(qū)犀牛洞地下河系統(tǒng)地下水脆弱性評價(jià)

胡暑月，王若帆，江 峰，焦 恒，易 瑞

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展，人類工程活動日漸加劇，人與環(huán)境之間的矛盾愈發(fā)嚴(yán)重。地下水是西南巖溶山區(qū)百姓生活的主要水源，在日常生活中起著十分重要的作用。因此研究和評價(jià)巖溶山區(qū)地下水脆弱性是十分必要的。地下水脆弱性是反映地下水系統(tǒng)所處環(huán)境條件優(yōu)劣、衡量地下水抵御外界污染能力的一項(xiàng)綜合指標(biāo)[4]。我國從上世紀(jì)90年代引進(jìn)該方法，近年來眾多學(xué)者對該方法進(jìn)行研究并在我國多地進(jìn)行應(yīng)用[5-10]。

西南巖溶山區(qū)，碳酸鹽巖多裸露于地表，傳統(tǒng)的DRASTIC評價(jià)方法難以適用于該區(qū)域，因此本研究采用層次分析法(AHP)[2-3]，以巖溶地下水系統(tǒng)——犀牛洞地下河系統(tǒng)為單元，根據(jù)實(shí)際情況量化權(quán)重因子，評價(jià)系統(tǒng)內(nèi)地下水脆弱性。

1 研究區(qū)概況[1]

2 地下水脆弱性評價(jià)方法

地下水脆弱性是指地下水系統(tǒng)對人類(或)自然的敏感性。地下水脆弱性一般分為固有脆弱性和特殊脆弱性。地下水特殊脆弱性是指含水層對特定的污染物或人類活動所表現(xiàn)的敏感屬性。它與污染源和人類活動有段，是動態(tài)、可變和人為可控制的[11]。系統(tǒng)內(nèi)污染源以及人類工程活動十分強(qiáng)烈，本研究所述脆弱性為特殊脆弱性。

2.1 評價(jià)因子

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)巖性分布情況、水文地質(zhì)特征、污染源分布及人為工程活動對系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，以巖石地層(R)、含水介質(zhì)類型(W)、巖溶類型(K)、巖溶發(fā)育程度(D)、地形地貌(T)、土層厚度(S)、植被覆蓋率(V)、人為工程活動程度(E)、污染源(P)、人口密集程度(C)作為評價(jià)因子，采用層次分析法(AHP)[2-3]進(jìn)行脆弱性評價(jià)。

2.2 評價(jià)因子量化

將巖石地層(R)、含水介質(zhì)類型(W)、巖溶類型(K)、巖溶發(fā)育程度(D)、地形地貌(T)、土層厚度(S)、植被覆蓋率(V)、人為工程活動程度(E)、污染源(P)、人口密集程度(C)評價(jià)因子，按照[1，5]之間的整數(shù)取分值，表1。

表1 評價(jià)因子量化分值對照表

2.3 評價(jià)因子權(quán)重

根據(jù)上述各評價(jià)因子量化分值，建立權(quán)重判定評定矩陣A，先將矩陣A按列求和并進(jìn)行歸一化處理，得到矩陣B；再將矩陣B按行求和得到矩陣V，將矩陣V進(jìn)行歸一化處理得到矩陣W，矩陣W既為各影響因子權(quán)重，見表2。

表2 層次分析法(AHP)各評價(jià)因子權(quán)重分配表

A=

B=

2.4 矩陣一致性檢驗(yàn)

所謂一致性是指判斷思維的邏輯一致性。采用一致性比率進(jìn)行驗(yàn)證。

λmax為矩陣A×矩陣W后的豎向之和，通過計(jì)算得λmax=10.703，帶入上式得：CI=(10.703-10)/(10-1)=0.078。

RI=(1.08+1.01+0.86+1.27+0.78+1.09+0.79+1.29+1.39+1.15)/10=1.0；

CR=0.078/1.0=0.078。

根據(jù)計(jì)算得：CR=0.078<0.1，當(dāng)CR<0.1時，A的不一致程度在容許范圍內(nèi)，稀釋可用A的特征向量作為權(quán)向量。

2.5 評價(jià)模型

建立符合研究區(qū)實(shí)際的地下水環(huán)境脆弱性模型。模型采用下式：

DI=Rw×Rr+Ww×Wr+Kw×Kr+Dw×Dr+Tw×Tr+Sw×Sr+Vw×Vr+Ew×Er+Pw×Pr+Cw×Cr

(1)

式中：DI為脆弱性綜合指數(shù)R、W、K等為評價(jià)因子；角標(biāo)w為各評價(jià)因子權(quán)重；角標(biāo)r為各評價(jià)因子量化分值

2.6 地下水脆弱性等級劃分

本次參照《地下水脆弱性評價(jià)技術(shù)要求》(GWI-D3)對地下水的脆弱性劃分結(jié)果結(jié)合工作區(qū)實(shí)際情況，將工作區(qū)地下水環(huán)境脆弱性劃分為五個等級，即：脆弱性很低、脆弱性較低、脆弱性較高低、脆弱性很高、脆弱性極高，見表3。

表3 地下水特殊脆弱性等級劃分一覽表

1-脆弱性很高 2-脆弱性較高 3-脆弱性很低 4-污染源 5-地下河管道及入、出口 6-有水落水洞 7-巖溶下降泉 8-監(jiān)測井 9-受污染的下降泉

3 地下水脆弱性評價(jià)

3.1 系統(tǒng)內(nèi)分區(qū)

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的巖性特征、水文地質(zhì)條件等，將犀牛洞地下河系統(tǒng)分為3個亞區(qū)，即：石灰?guī)r分布區(qū)(A1)、白云巖分布區(qū)(A2)、碎屑巖分布區(qū)(A3)，在根據(jù)污染源分布情況進(jìn)一步分亞區(qū)，分區(qū)依據(jù)見表4。

表4 犀牛洞地下河系統(tǒng)地下水特殊脆弱性分區(qū)特征表

3.2 脆弱性評價(jià)

按上述分區(qū)結(jié)果及評價(jià)方法，對各個分區(qū)評價(jià)因子賦分值，再按照上述模型求取DI值，最后按表3進(jìn)行評價(jià)，具體評價(jià)結(jié)果見表5、圖1。

表5 犀牛洞地下河系統(tǒng)地下水特殊脆弱性評價(jià)分區(qū)一覽表

(1)系統(tǒng)內(nèi)石灰?guī)r溶洞-管道含水介質(zhì)分布區(qū)(A1-1、A2-1)受控于含水巖組、含水介質(zhì)、土壤、植被等天然因素以及上游人為工程活動等，這些區(qū)域地下水脆弱性很高。

(2)系統(tǒng)東側(cè)含水介質(zhì)為白云巖溶孔-溶隙分布區(qū)(A2-3)，污染源集中分布，人口密集，人為工程活動強(qiáng)烈，地下水脆弱性很高，且該片區(qū)地下水已經(jīng)受到污染。

(3)其他碳酸鹽巖分布區(qū)(A1-2、A2-2)含水介質(zhì)為白云巖溶孔-溶隙、石灰?guī)r裂隙-溶洞，這些區(qū)域未見工礦企業(yè)等污染源分布且村寨分布稀少，但地下水脆弱性受含水巖組、含水介質(zhì)、土壤、植被等天然因素控制，天然防護(hù)能力弱，地下水脆弱性較高。

(4)碎屑巖分布區(qū)(A3)，人口分布稀少，未見工礦企業(yè)等污染源分布，植被、土層覆蓋良好，碎屑巖天然防護(hù)能力高，因此該區(qū)域地下水脆弱性很低。