赵幸悦子，喻 望，肖 攀

(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

1 引言

江汉-洞庭平原位于长江经济带中间地段，为长江中游城市群的核心区域，地势平坦，河湖密布，素有“鱼米之乡”的美誉，是我国重要的农产品生产基地。研究区第四系地层发育，岩性结构复杂多样，地下水水位埋深较浅，加上四季雨量充沛，为地表污染物下渗迁移提供了重要的地质环境条件；近年来，随着城镇规模的扩充和人口数量的增加，随之而来产生了大量的生活污水、工矿废水以及农药、化肥使用产生的各种污染源，成为浅层地下水污染的主要来源[1]。本文通过选取影响江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能的7个水文地质因素进行研究(表1)，基于DRASTIC评价模型，建立浅层地下水防污性能评价指标体系，并借助MAPGIS空间分析和制图功能对研究区浅层地下水防污性能进行分区，为江汉-洞庭平原浅层地下水污染防治提供重要的理论依据，具体评价流程见图1。

图1 地下水防污性能评价流程表1 浅层地下水防污性能评价指标权重(括号内)、分级及评分值

D(5)R(4)C(3)T(1)A(3)S(2)I(5)级别/m评分值级别/mm评分值级别/(m/d)评分值级别/%评分值级别评分值级别评分值级别评分值0～110>25010～850～20100～210以粘土为主10～7.5薄层或缺失10砂卵砾石101～39砾石93～58200～2508～620～1052～69以细、粉砂为主7.5～5砂8砂85～77淤泥质土77～96150～2006～410～536～125以粗、中砂为主5～2.5砂质壤土6粉土69～115壤土511～134100～1504～23～5212～183以卵、砾石为主2.5～0粉质壤土4粉质粘土413～153粘质壤土315～202<1002～00～31>182粉质、淤泥质粘土2粘土2>201粘土1

2 研究区概况

2.1 自然地理

江汉-洞庭平原位于长江流域中部，长江三峡东面、大别山南面，由江汉平原和洞庭平原组成，俗称两湖平原，地域上横跨湖北省和湖南省。其中，江汉平原位于湖北省中南部，其西、北、东三面分别为鄂西山地、大洪山和大别山，南面为洞庭平原，呈现出一个半封闭式盆地地形，总体地势由边缘向中心呈阶梯式下降、倾斜，长江、汉江穿其而过；洞庭平原位于湖南省北部，东、南、西三面为中低山丘陵，北面开口，呈现外围高、中部低平的碟形盆地形态，故又称洞庭盆地，湖底地面自西北向东南微倾，湘江、资江、沅江、澧水“四水”穿其而行。

江汉-洞庭平原属北亚热带湿润季风气候区，四季分明，雨量充沛。区内年降雨量随季节变化明显，且分配不均，降雨多集中在6～9月，多年平均降水量为1000～1400 mm，占全年降雨量60%以上，少雨季节则主要集中在12月、1月和2月三个月。

2.2 水文地质条件

江汉-洞庭平原受沉积环境、古地理以及古气候等因素影响，含水层在垂向上的分布形态和发育程度存在着差异，依据区域第四系沉积环境以及岩性分布特点，将江汉-洞庭平原含水层岩组划分为三个含水岩组，分别为浅层孔隙潜水含水岩组、上部孔隙承压含水岩组和下部孔隙裂隙承压含水岩组。

本次地下水防污性能评价以研究区浅层孔隙潜水为主。江汉-洞庭平原浅层孔隙潜水由第四系全新统组成，主要分布于长江、汉江的一级阶地及沮漳河、府河、寰水河河谷阶地、长江与汉江挟持的中间地带、江汉平原西部、北部和东部地区岗波状平原地带，以及洞庭湖盆地地表浅部和周缘区各河流水系流域范围。江汉平原岩性主要为砂砾(卵)石，中粗砂、粉细砂、细砂、粉土及粉质粘土，含水层厚度12.06～44.58 m，地下水位埋深0.15～7.13 m，该含水岩组在阶地前缘以接受江河水补给为主，单井涌水量大于1000 m3/d或500～1000 m3/d，阶地后缘富水性较差，单井涌水量为100～500 m3/d，含水层渗透系数5.08～12.75 m/d；洞庭平原岩性多为河相、河湖相的粘土、砂质粘土和粉细砂，含水层厚度一般为5～20 m，单井涌水量受岩性影响较明显，一般小于500 m3/d，仅岳阳市广兴洲—君山农场一带厚度为40.0～50.0 m，最厚达56.0 m，单井涌水量相对较大，可达1000～1500 m3/d，含水层渗透系数1.19～15.165 m/d。江汉-洞庭平原地下水补给来源以大气降水为主，地表水入渗为辅。

3 评价方法

1985年，美国环境保护局(USEPA)和美国水井协会(NWWA)合作研发了DRASTIC评价方法，该方法目前被国内外广泛认同和应用，适用于大尺度大范围的区域性的地下水防污性能评价，具有简单易操作的特点[2]，可以定量的分析影响和控制地下水防污性能的水文地质因素[3]。1996年欧盟与中国合作，采用DRASTIC评价方法，选择大连和广州两个城市作为试点，通过三年时间，该方法得到成功应用[2]。

DRASTIC评价方法选取包括地下水埋深(Depth to groundwater)、含水层净补给量(net Recharge)、含水层岩性(Aquifer media)、土壤介质类型(Soil media)、地形坡度(Topography)、包气带岩性(Impact of the vadose zone media)以及含水层水力传导系数(Conductivity)7个影响地下水防污性能的相关因子，该评价方法由以上因子的英文首字母组成。每个参评因子根据其对地下水污染可能影响的等级，被赋予1～5的权重值，权重值为1代表其对地下水污染可能影响最低，而权重值为5则代表最高级[4]。另外，每个因子又被具体分为不同的数值范围(数值型因子，D、R、C、T)或介质类型(介质型因子，A、S、I)[5]，并用具体分值来量化这些数值范围或介质类型对地下水污染的可能影响，最后用加权方式计算地下水防污性能综合指数值。具体计算公式如下：

DI=DRDW+RRRW+ARAW+SRSW+TRTW

+IRIW+CRCW

(1)

式(1)中，DI表示地下水防污性能综合指数，下标R表示参评因子的评分值，下标W代表参评因子的权重值，最后，计算得出的DI值越高表示防污性能越差，反之防污性能越好。

3.1 评价因子及评分的确定

依据DRASTIC模型评分标准，按照分值范围1～10来进行评分，其中，防污性能最好的评分为1，最差的评分为10，参照DRASTIC模型中各因子评分标准，结合研究区水文地质资料，建立符合江汉-洞庭平原的评分体系[6]，具体评价因子按照表1标准对各评价指标进行分级和赋值。

3.1.1 地下水埋深(D)

地下水水位埋深影响着污染物到达含水层的时间长短，地下水位埋深越深，污染物到达含水层所需的时间越长，污染物衰减的机会就越大，到达地下水的几率越小。江汉-洞庭平原浅层孔隙潜水地下水位埋深一般为0～10 m之间(图2)。

图2 江汉-洞庭平原浅层地下水位埋深分区

3.1.2 含水层净补给量(R)

净补给量是指单位面积内从地表渗入到地下的水量，补给水可以携带污染物从垂直方向到达地下含水层，控制着污染物在包气带和含水层中的弥散和稀释。江汉-洞庭平原地下水补给以降雨入渗为主，采用以研究区多年平均降水量为基数，分别乘以各地区不同降水入渗系数来进行确定，计算所得的研究区含水层净补给量分别在<100 mm、100～250 mm和>250 mm之间。

3.1.3 含水层岩性(A)

含水层介质类型决定了污染物入渗的路径长短，其中裂隙发育程度影响了污染物入渗路线，含水层的颗粒越大、构造裂隙发育越简单，代表其渗透性越高，污染物衰减几率越低，对应的污染潜力越高，反之，颗粒越小、构造裂隙发育越复杂，代表其渗透性越小，污染物衰减几率高，对应的污染潜力越低[7]。江汉-洞庭平原浅层孔隙潜水含水岩层岩性主要以中粗砂、粉细砂、细沙、粘土和粉质粘土为主，局部地段有砂砾石。

3.1.4 土壤介质类型(S)

土壤介质是指非饱和带顶部具有明显生物活性特征的部分，影响着污染物渗透到地下含水层的数量和到达包气带的能力。一般情况下，土壤中粘土颗粒和膨胀性性越小，阻挡污染物入渗到地下水的能力越强[8]。研究区周边岗波状平原、环湖垄岗地表土壤介质类型主要为棕红色、黄褐色的粘土；盆地内冲积低平原土壤介质类型多为粉土、粉质粘土；冲湖积、湖积低洼平原土壤介质类型多为粘土、粉质粘土和淤泥质粘土；冲湖积高平原、高漫滩土壤介质类型为砂、粉砂、粉土。

3.1.5 地形坡度(T)

地形坡度影响着污染物随地表水下渗至地下水的可能性，坡度越大，地面水径流速度越快，越不易下渗，地下水受污染的可能性就越小[7]。例如，当地形坡度>18%时，污染物很很容易随地表径流冲走，入渗几率小，地下水防污性能就好；反之，当地形坡度<2%时，地表径流微弱，污染物入渗的几率大，相较之地下水防污性能就差[8]。研究区周边岗波状平原、丘岗区地形坡度一般为2%～3%，低洼平原地形平坦开阔，一般小于2%。

3.1.6 包气带岩性(I)

包气带是指潜水位以上的非饱水部分，其介质类型决定着污染物在土壤层以下潜水以上的生物降解、中和、过滤、挥发和弥散作用，决定了污染物的渗透途径和与介质接触的时间。江汉-洞庭平原包气带岩性主要为粘土、粉土及粉质粘土。

3.1.7 含水层水力传导系数(C)

水力传导系数也称渗透系数，表示地下水在一定的水力坡度下的流速，而地下水流速则控制着污染物离开污染源到达含水层及在含水层中运移的速度。渗透系数越大，污染物传播的速度越快，地下水脆弱性越高[9]。研究区内浅层孔隙潜水含水层渗透系数大部分<10 m/d，部分地方含水层渗透系数可达23.45 m/d(图3)。

图3 江汉-洞庭平原浅层含水层渗透系数分区

3.2 评价因子权重的确定

DRASTIC模型中7个评价因子的权重，按照其对防污性能影响的程度分别赋予对应的权重值,其中，影响最大的权重值为5，影响最小的权重值为1。权重值是固定值，分所有污染物权重值和农药类污染物权重值两类[4]，本次评价选取所有污染物类权重值，不同因子分配的权重见表2。

表2 浅层地下水防污性能评价指标权重

4 基于Mapgis的地下水防污性能评价

4.1 评价指标属性数据库的建立

建立单因素指标属性数据库即是利用Mapgis软件矢量化制图功能，绘制单因素分区图。选取不同的颜色或者图案区分评价因子的数值或介质类型，并将其存储在对应的区属性结构中，选取的7个评价指标最终对应7张单因素分区图。

4.2 评价过程

根据生成的7个单因子分区图，利用Mapgis空间分析模块中的区对区分析功能，依次对单因素分区图进行合并操作，生成一张分区图，含有364个评价单元。

通过Mapgis属性库管理功能将各个区的属性数据导出，结合每个评价指标的权重值及评分值，根据地下水防污性能计算公式计算出每个评价单元的防污性能指数值，再利用“连接属性”功能将防污性能指数值链接到区属性当中[10]。

最后根据各个评价单元的防污性能指数值，按照浅层地下水防污性能分级标准(表3)，应用Mapgis中“根据属性赋参数”功能进行分区，并进行分类合并，得到初步的浅层地下水防污性能分区图，再结合研究区自然地理、地质地貌、水文地质条件等对分区边界线进行修饰[11]，得到最终的江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能分区图(图4)。

4.3 评价结果

依据计算得出的各个评价单元的防污性能指数值，利用等差法将江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能评价指数划分为四个级别：第一级：72-120，防污性能较好；第二级：120-168，防污性能中等；第三级：168-216，防污性能较差；第四级：>216，防污性能差，具体分级见表3。

表3 浅层地下水防污性能分级标准

通过生成的浅层地下水防污性能分区图可知，江汉-洞庭平原浅层地下水可分为防污性能差、防污性能较差、防污性能中等和防污性能较好四个等级(图4)，其中江汉平原浅层地下水防污性能可划分为中等和较差两个等级，洞庭平原浅层地下水防污性能可划分为差、较差、中等、较好四个等级。

图4 江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能分区

(1)浅层地下水防污性能较好区。防污性能较好区仅分布于洞庭平原西部常德市鼎城区大龙站，以及北部南县东侧等地，总面积42.86 km2，仅占全区面积的0.09 %。含水层岩性主要为粘土、细粉砂；地下水水位埋深3～5 m左右；水力传导系数小于5 m/d。

(2)浅层地下水防污性能中等区。江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能大部分以中等为主，总面积32809.23 km2，占全区面积的66.52%。江汉平原的大部分地区属防污性能中等区，占江汉平原总面积的90.21%，其余地下水防污性能中等的区域分布于洞庭平原北部津市、澧县北部复兴厂—如东，安乡北部黄头山、华容北部桃花山，临澧李家铺—鼎城周家店一线，湖盆中心赤山岛，西南部谢家铺—军山铺一线，东南部沧水铺—菁华等地。

(3)浅层地下水防污性能较差区。防污性能较差区主要分布于公安县、江陵县、潜江市、监利县、钟祥市、长口镇、汉南区等地，以及洞庭平原的东、西洞庭湖湖区，湘、资、沅冲积平原区，澧水澧县盆地流域，四口河流中下游地区，总面积14954.55 km2，占全区面积30.32%。

(4)浅层地下水防污性能差区。地下水防污性能差的区域仅为洞庭湖澧水洪道、四口河流下游地区，大通湖湖积平原区，益阳市城区及其附近，面积1518.79 km2，占全区的3.08%。含水层岩性主要为粘土、细粉砂，包含所有卵、砾石区；地下水水位埋深小于1 m；水力传导系数介于10～20 m/d或20～50 m/d之间(表4)。

表4 浅层地下水防污性能评价结果统计

5 结论

(1)本文根据研究区已有资料，依据经典的DRASTIC评价模型，建立了适宜于江汉-洞庭平原的浅层地下水防污性能评价指标体系，充分借助mapgis软件图形处理、属性库管理和空间分析功能，对研究区浅层地下水防污性能进行评价，划分出防污性能较好、中等、较差和差四个等级，评价结果与该区域水文地质条件基本吻合。

(2)依据评价结果可知，①江汉-洞庭平原浅层地下水防污性能总体为中等-较差，占江汉-洞庭平原总面积的96.84%，地下水防污性能不容乐观，其中防污性能中等区占研究区总面积的66.52%，防污性能较差区占研究区总面积的30.32%。总体来说江汉平原防污性能高于洞庭平原，防污性能中等区大部分集中在江汉平原地区，占江汉平原总面积的90.21%，而防污性能较差区则主要分布于洞庭平原地区，占洞庭平原总面积的74.7%。②防污性能差区仅分布于洞庭平原的澧水洪道、四口河流下游地区和大通湖湖积平原区等地区，这些区域虽仅占江汉-洞庭平原总面积的3.08%，但这些地表水体与地下水体之间存在紧密的水力联系，一旦遭到污染，浅层地下水随之也会被污染，因此在该地区应禁止一切可能引起污染的开发行为。