王晓丹

(甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000)

1 研究区概况

肃州区位于河西走廊中西部，地处北祁连褶皱带、酒泉盆地和阿拉善台隆三大构造区域交汇部位，是酒泉市政府所在地、全市政治、经济、文化中心。东与高台县及肃南县接壤，南倚祁连山与肃南县交界，西与嘉峪关市毗邻，北抵金塔夹山与金塔县相连。东西长104 km，南北宽84 km，总面积3 353 km2。其地理位置：东经98°19′33″～99°18′05″，北纬39°09′02″～39°59′09″。

研究区属温带干旱气候区，其主要特点是温差大，雨量小，蒸发强烈，湿度小，日照时间长。多年平均气温7.3℃，极端最高气温38.4℃，极端最低气温-31.6℃。肃州区多年平均降水量为96 mm，年均降水量由南向北逐渐减少，南部祁连山山前地带，年降水量在120 mm左右，至市区一带年降水量达到80 mm，北部到金塔一带，降水量降至为60 mm左右。多年平均蒸发量为2 148.8 mm，全年中蒸发量以1月份最小，最大为6月份，蒸发量为降水量的23倍。

区内河流主要有北大河和洪水坝河，均发源于南部祁连山，属黑河流域。北大河发源于祁连山陶勒掌，自冰沟口出山后向东北经龙王庙进入研究区，多年平均径流量6.49亿 m3，年内流量主要集中6-9月，约占全年流量的55.7%。洪水坝河发源于祁连山的龙孔大坂一带，于新地坝出山后，河水大都被引走灌溉，河床常年处于干枯状态，只有夏季雨洪时偶有暂时性洪流通过。多年平均年径流量为2.624×108m3，年内流量分配主要集中在6-9月，约占总量的89.5%。

2 水文地质条件

肃州区地下水类型较为单一，为大厚度孔隙潜水。区内120～200 m以浅潜水含水层，岩性为第四系中、上更新统洪积卵石、砾石，呈灰褐色，成分较复杂，以变质岩为主，磨圆度较好，呈浑圆或亚圆形。含水层岩性变化规律是：在水平方向上，由西南向东北，含水层岩性由含漂砾卵石、砾卵石递变为卵砾石、砂砾石，颗粒粒径由大变小，各级粒径颗粒的含量也随之变化；在垂直方向上，含水层颗粒粒径随深度增加而变小，分选性由差变好，密实程度则随深度增加而增加。120～200 m以浅潜水含水层，厚度55.40～106.32 m。

含水层中的地下水主要来源于出山河(洪)水入渗、渠系和田间灌溉水入渗、山区(基岩裂隙水和沟谷潜流)侧向径流补给及降凝水入渗等，但主要是出山河(洪)水及引灌渠系、田间河水的垂向入渗补给。河流或渠系在洪积扇带是以垂直渗入的形式补给地下水的，在河床附近形成河水—入渗水—地下水三者并不连续的浸润面，并使河床下的地下水水位抬升形成水丘，而河流则呈“悬挂式”。

天然条件下，地下水通过两种途径排泄，一是泉水溢出，二是潜水蒸发蒸腾。泉水溢出带主要分布于北大河—洪水坝河洪积扇群带前缘地带。20世纪70年代以来，随着井灌规模的逐步扩大，人为的机井开采也成为地下水的主要排泄方式之一。

3 地下水脆弱性评价方法

DRASTIC模型是目前国内外广泛使用的一种地下水脆弱性评价方法，它属于地下水脆弱性评价方法中迭置指数法中的系统参数法[1]，基本原理为通过对选取评价参数的分指数进行迭加，形成一个反映脆弱程度的综合指数，包括指标、权重、值域和分级。国外地下水脆弱性的研究开展较早[2-3]，DRASTIC模型在地下水脆弱性评价中应用最为广泛，由美国环保署于1987年提出[4-5]，后在美国、加拿大、南非及欧共体广泛应用在地下水脆弱性研究中。

DRASTIC模型选取了7个主要影响因素作为评价因子，包括地下水环境有关的4个：地下水埋深(D)、含水层厚度(A)、包气带介质类型(I)以及含水层渗透系数(C)；与气候降雨有关的：垂向净补给量(R)；与地表有关的：土壤介质(S)和地形坡度(T)[6-13]。根据每个因子自然属性对地下水脆弱性的影响，将每一个因子划分为10个等级，再给每个因子进行评分，评分值范围在1～10之间，评分值越大则该因子某种属性对地下水脆弱性影响越大(表1)。按照某个单项因子对地下水脆弱性的影响，在1～5的范围内对该指标赋予权重，权重值越大，影响最小的指标赋予权重值1，而影响最大的指标赋予权重值5，DRASTIC地下水脆弱性指数(DI)的由下式确定：

表1 DRASTIC各因子的类别及其评分

DI=5D+4R+3A+2S+T+5I+3C

(1)

各参数的分级分析在GIS平台上进行，根据收集整理不同的数据参数后，按照研究区实际情况，在ArcGIS中生成可用于分析的数据格式进行分类分析[14-16]。最后，利用叠加的地下水脆弱性综合指数分布图，将脆弱性指数分成四个区间，得到研究区地下水脆弱性评价分级结果。

4 地下水脆弱性评价

4.1 地下水埋深D

肃州区潜水埋藏特征主要受地形、地貌条件控制，潜水水位埋深呈现西南深、东北浅的变化规律。西南部潜水水位埋深>100m，至中部潜水埋深80～100 m，至北部第二水厂一带则变浅为40～60 m。东北部清水河河谷地带水位埋深最浅，约2～6 m(图1)。

图1 研究区地下水水位埋深分级图 图2 研究区净补给量分级图

4.2 净补给量R

研究区垂向净补给数据来源与区内降水量乘以降水入渗系数，年均降水量自北向南逐渐增大，北部降水量最少为75 mm，南部降水量最大约240 mm。根据全区降水量分布DEM数据，乘以相应的入渗系数，利用ArcGIS作图，得到垂向净补给量评分图(图2)。

4.3 含水层厚度A

研究区地下水类型较为单一，为大厚度孔隙潜水，含水层厚度从南到北由于水位逐渐变浅，水位以下除粉砂质粘土透镜体外均为含水层，大部分地区潜水含水层厚度55～106 m(图3)。

图3 研究区含水层厚度分级图 图4 研究区土壤介质分级图

4.4 土壤介质S

研究区西部和南部为砾石戈壁，土壤介质主要包括砾石、中砂及粗砂，东北部为酒泉绿洲，向东黄泥堡一带至下河清以东为耕地及荒地，土壤介质主要为壤土(图4)。

4.5 地形坡度T

研究区属于河西走廊中部地带，整个地形南高北低，总地势是由南西向北东倾斜，西高东低，南高北低，南部山区海拔在2 200 m，北部海拔在1 600 m，平均海拔在2 000 m(图5)。

图5 研究区地形坡度分级图 图6 研究区包气带介质分级图

4.6 包气带影响I

研究区内包气带介质主要包括砂砾卵石、粗砂、中砂、细砂及粉细砂。其中西南角的文殊山附近以及南部金佛寺至屯升乡一带包气带介质主要为卵砾石，西南部西峰乡至东洞乡一带包气带介质主要为砂砾石，泉湖乡至中寨一带及调查区东北部包气带介质主要为粗砂，清水河河谷地带包气带介质主要为细砂、中砂，河谷最东处部分为粉细砂(图6)。

4.7 水力传导系数C

研究区北大河银达、三墩等乡镇段的河谷地带渗透系数最大，渗透系数在12～20 m/d之间，研究区西南部的西峰乡至丰乐乡、屯升乡等区域，渗透系数相对较大，渗透系数在5～12 m/d之间，研究区东北部的三墩镇和黄泥乡渗透系数相对较小，都小于5 m/d(图7)。

图7 研究区水力传导系数分级图 图8 研究区地下水脆弱性分级图

5 脆弱性评价结果

根据上述评价方法与各指标分析结果，结合DRASTIC脆弱性划分原则，将脆弱性分5级：DI≤70，脆弱性很好；70150，脆弱性很差。经过ArcGIS叠加分析，对评价结果按照分级标准进行分级(图8)。

较低脆弱性主要分布在西南部的西峰乡、东洞乡、下河清乡一带的缓倾斜冲洪积平原，及北部山区，脆弱性综合指数在76～100之间，面积为2 067.6 km2，分区面积百分比为62.21%。中等脆弱性主要分布在北大河之河漫滩及其两侧的堆积阶地及东北部的冲湖积细土平原区，面积982.7 km2，分区面积百分比为29.57%。较高脆弱性主要分布在北部山前陡倾斜平原及北大河河谷的部分地段，面积为272.1 km2，分区面积百分比为8.19%。高脆弱性分布面积极小，北部山前倾斜平原零星区域可见，仅约1.2 km2，分区面积百分比为0.03%。

6 结语

(1)在系统分析研究区地质、水文地质条件的基础上，按照研究区实际情况，利用ArcGIS对各因子的评分图进行加权叠加分析，应用DRASTIC评价模型对工作区进行地下水脆弱性评价。评价结果表明，研究区西南部的西峰乡、东洞乡、下河清乡一带及北部山区地下水脆弱性较低，面积百分比为62.21%；北大河之河漫滩及其两侧的堆积阶地及东北部的冲湖积细土平原区地下水脆弱性中等，面积百分比为29.57%；北部山前陡倾斜平原及北大河河谷的部分地段地下水脆弱性较高，面积百分比为8.19%；北部山前都倾斜平原零星区域地下水脆弱性高，面积百分比为0.03%。

(2)评价结果对于制定研究区国土空间规划、地下水资源保护规划、地下水开发利用规划、地下水污染防治规划，合理开发利用地下水资源、水源地的选择与保护、土地资源等工作具有一定的指导意义。根据地下水脆弱性分区结果，加强废物的安全排放与处置工作，防治北大河和洪水坝河内污水排放。