地下水防污性能评价

地下水防污性能评价是经济区地质环境综合属性的重要组成部分，它不仅取决于含水层的固有属性，还取决于造成地下水污染的各种人类行为。本次研究在综合分析珠江二角洲经济区城市特色和地质环境特点的基础上，将利用多学科(地质学、环境科学、系统科学、生态学等)有机结合建立地下水防污性能评价指标体系。

(一)评价对象与评价思路

1. 评价对象

地下水防污性能分为两类:一类是固有(本质、天然或内在)防污性能，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防污性能;另一类是特殊防污性能，即地下水对某一种特殊污染物的防污性能。相对于特殊防污性能而言，固有防污性能对某一固定地区来说是一定值，而特殊防污性能却随着污染物的类型和人类活动的不同而不同。珠江二角洲经济区承载力评价体系将以地质环境客观属性即固有防污性能作为评价对象。

图5-6 珠江二角洲经济区土壤环境质量评价结果分区示意图

(资料来源:《珠江二角洲多目标地球化学调查报告》，广东省地质调查院)

2. 评价思路

地下水防污性能评价的重点是评价指标体系的选取和典型评价模型的分析，本次评价将以美国DRASTIC评价模型为基础，提出适合珠江二角洲经济区实际情况的模糊综合评价模型。具体的评价流程见图5-7。

(二)防污性能影响因素分析

影响地下水防污性能的自然因素主要包括土壤、地形地貌、地质、水文地质等，具体见图5-8。

1. 土壤

该因素是指渗流区上部具有显著生物活动的部分，土壤对污染物的吸附效应主要是根据其厚度和有机质含量来考虑的。土壤的厚度、结构、成分、有机质含量、湿度等特性决定了土壤的自净能力，而土壤的自净能力又是决定地下水防污性能的一个主要方面。一般来说，土壤层厚度越厚，有机质含量越大，土壤的自净能力越强，则地下水防污性能越强，反之，则地下水防污性能越弱。

图5-7 珠江二角洲经济区地下水防污性能评价流程图

图5-8 经济区地下水防污性能影响因素分析

2. 地形地貌

该因素的影响主要表现为影响污染物的迁移和积累过程。相对而言，在地势较高、地形切割强烈、水平方向水循环交替迅速的地区，污染物不易在地下水中聚集累积;在地势平缓，水平方向水循环交替作用较弱，垂直方向渗透性较强的地区，污染物易迁移进入地下水而累积起来;在地势平缓，水平方向径流缓慢，垂直方向渗透性弱的地区，污染物部分进入地下水中;但是在一般的低洼地区，由于地势低，可汇集周边的污染物，含水层则易被污染。

3. 地质

地质因素包括地质构造(构造裂隙)、包气带岩性和地层结构等指标。

1)包气带岩性

包气带岩性是影响污染物向含水层迁移和积累的主要因素。例如，山前洪积扇顶部和河流漫滩以砂砾石、砂为主，颗粒粗，渗透性强，污染物迁移性较强;洪积扇中部及边缘地带由细砂及砂质黏土组成，介质黏粒含量增高，渗透性变差，吸附性增强，不利于污染物的迁移。

2)地层结构

地层结构是指包气带岩性的组合情况。根据包气带地层岩性组成特点，可划分为单一结构、双层结构和多层结构。单一结构又可分为单一的砂卵砾石层和单一的黏土地层。单一的砂卵砾石层，介质疏松，透水性强，地下水极易污染。单一的黏土层，介质颗粒细，且比较致密，污染物不易进入地下水。双层结构是指上细下粗的岩性地层，由于上覆细颗粒层较薄，地下水易受污染。多层结构地层由于出现粗颗粒和细颗粒互层，相对于双层结构使得污染物不太容易进入地下水。

4. 水文地质因素

水文地质因素主要是从包气带的自净能力和含水层本身对污染的净化性能两方面考虑。

1)包气带自净能力

包气带自净能力的大小取决于岩性、厚度、渗透性和吸附性能等。包气带岩性颗粒越细，渗透性越小，对污染质的吸附能力越大，包气带的自净能力就越强;包气带厚度越厚，自净能力越强，地下水防污性能越强。反之，包气带厚度薄，岩性颗粒粗，渗透性大，自净能力就弱小，地下水防污性能越弱。该因素包含指标有包气带岩性、厚度、渗透性、吸附性等。

2)含水层净化能力

污染物进入含水层后，污染物迁移的范围和速度取决于含水层的性质，因此含水层性质也是影响地下水防污性的一个因素。含水层的净化性能由含水层的稀释能力和污染物在含水层中的滞留时间等因素影响。该因素包含指标有含水层岩性、埋深、渗透系数、净补给量、补给速率及更新周期等。

3)原生水文地质问题

包含指标有潜水水质等。地下水水质是反映地下水系统功能的重要指标，从侧面反映了地下水受气候及人类活动影响的程度。在水质较差的地区，反映地下水水体的负荷能力相对较小，所以水质越差的地区防污性能越小，反之防污性能越大。

(三)评价单元划分与性状数据提取

珠江二角洲经济区腹地为二角洲平原，东、西、北部低山丘陵环绕，地层从震旦系至第四系均有出露。在实际工作中，区域地貌类型较单一，且呈区域性分布，故本次评价采用不规则网格划分法，以各类地质环境条件的突变边界作为单元的边界，如:以地形地貌相对突变边界(如山脊、山谷)为单元边界，以岩性突变边界作为单元边界等。

本次地下水防污性能评价采用参数指标法，这就要求尽可能准确地提取各个指标的性状数据。由于我们现有获得的数据和资料有限，各个评价指标均没有现成的数据供我们直接利用，所以每个指标的量化过程都是在对不同来源和不同形式数据资料的分析和汇总的基础上，充分借助Map GIS的图形处理、图像处理及空间分析等模块，从各类多源性数据中提取有用信息，然后对每个指标按评价单元进行数据提取，并绘制各评价指标单因子图，以此做到提取数据的真实有效。

在试点评价时，将根据试点地质资料情况，确定每类指标数据的具体提取方法，本研究主要通过收集区域性图件，将以图件数据提取信息为主。

(四)评价指标的选取及评分

经济区地下水防污性能评价将选择对地下水防污性能影响最大且资料容易获得的水文地质因素作为评价指标;针对珠江二角洲平原区河网分布密集的特征，突出河网这一与其他地区不同的地下水防污性能评价因子。

1. 地下水埋深(D)

地下水埋深决定着地表污染物到达含水层之前所经历的各种水文地球化学过程，并且提供了污染物与大气中的氧接触致使其氧化的最大机会。通常，地下水位埋深越大，地表污染物到达含水层所需的时间越长，污染物在途中被稀释的机会越大，污染物进入地下水的可能性就越小，含水层被污染的程度也就越小。具体评分情况见表5-5。

表5-5 地下水埋深评分表

2. 含水层岩性(A)

含水层中的地下水受含水层介质的影响，而污染物的运移路线及运移路径的长度决定着污染物消亡和迁移的过程。通常情况下，含水层介质的颗粒越大或者裂隙、溶洞越多，则介质的稀释能力越小。

评价区域地下水防污性时，每次只能评价一个含水层，在多层含水系统中，应该选择一个典型的具有代表性的含水层进行评价。确定含水层之后，把该含水层中最主要的含水介质作为评价因子。含水层介质评分情况见表5-6。

3. 土壤类型(S)

评价中涉及的土壤介质平均厚度为2m或小于2m。土壤介质对渗入地下的补给量具有显著的影响。通常情况下，土壤中的黏土类型、黏土的膨胀性、土壤的颗粒大小对含水层中地下水的防污性能有很大影响。

表5-6 含水层岩性评分表

当某一区域的土壤介质有多层土壤组成时，可以采用以下3种方法选择土壤介质类型:①选择占优势的具有代表性的土壤层作为土壤介质;②选择最不利的具有较高防污性能的介质进行评分;③选择中间介质作为评分标准，如有砾、砂和黏土存在时，可选择砂作为评分介质。土壤介质评分见表5-7。

表5-7 土壤类型评分表

4. 河网密度

珠江二角洲平原区地表水系发育，河网密集，地下水在丰、枯水期和涨、落潮期均受河流侧向补给、排泄影响较大。同时，河网越发育的地方，河网对包气带的剥离破坏程度也越大。一般情况下，距离河流越近，地下水越容易受到河流的影响，而越容易受河流影响的地下水体，其防污性能就越差。评价区内，大小河流错纵交织，河道分布的疏密不同，其对地下水的防污性能各异，河网密度等级地下水防污性能评价评分标准见表5-8。

表5-8 河网密度等级划分与评分表

5. 地形坡度(T)

地形控制污染物被冲走或较长时间留于某一地表区域并渗入地下，它影响土壤的形成和污染物的稀释程度。对于易于污染物渗入的地形，其相应地段的地下水的防污性越低。坡度越大，含水层防污性越高。详细评分见表5-9。

表5-9 地形坡度等级划分与评分表

6. 模型计算和结果分级

应用DRASTIC方法进行地下水防污性能评价时，在确定各单元的上述各评价因子的评分和权重基础上，用易污性指数将各个因子综合起来，用综合指数法的加权平均法计算DRASTIC指数，即地下水防污性能指数。

一旦确定了DRASTIC防污性能指数，就可以确定各水文地质单元的地下水相对防污性能大小。具有较高防污性能指数的区域的地下水系统相对易于受到污染。

DRASTIC防污性能指数计算在评价中可以通过Excel实现。将评价结果作为属性字段连接进入评价单元的Map GIS区文件中，提取各单元格评价结果属性数据，利用Map GIS空间分析模块生成防污性能评价分区图。

为便于研究区区域地下水防污能力的比较，将通过计算获取的DRASTIC防污指数按等区间划分的方式进行分级。指数较高的相对应的防污能力较低，而指数较低的相对应的防污性能较高。