泰安市地下水易污性评价.pdf
第6 l 卷第4 期 2009 年11 月 有色金属 N o n f e n D u sM e t a l s V 0 1 .6 1 ,N o .4 N o v e m b e r .20 09 泰安市地下水易污性评价 吕华,王燕秋 济南大学城市发展学院,济南2 5 0 0 0 2 摘要以国内外广泛应用的D R A S T I C 模型为基础,结合泰安市泰山山前倾斜平原含水层水文地质特征和人类活动的影 响,提出适用于第四系孔隙水水文地质条件的地下水易污性评价模型⋯D R A M T S C 模型,对泰安市第四系孔隙水进行易污性评 价,利用A r c v i e wG I S 技术生成了地下水易污性分布图。 关键词环境工程;地下水易污性;D R A S T I C 模型;A r c v i e wG I S 中图分类号X 5 2 3 X 8 2 4文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 9 0 4 0 1 8 0 0 5 目前地下水污染控制与治理已成为举世瞩目的 全球性问题⋯。随着工业化和城市化进程的加快, “三废”排放等问题的加剧,导致地下水污染日趋严 重旧1 。监测统计结果表明,我国7 0 %以上的大中型 城市市区及工业园区地下水污染严重,地下水水质 严重超标口1 。泰安是鲁中政治、经济、文化中心,5 0 年来城市人口激增、建设城区面积扩展,工业废水和 生活污水排放剧增,地下水污染日趋严重,部分区域 地下水水质已出现严重超标现象。根据泰安市实际 情况选择适当的评价参数,基于国内外广泛应用的 D R A S T I C 模型”1 ,建立泰安市地下水易污性评价 D R A M T S C 指标体系,在A r c v i e wG I S 绘图技术支持 下编制其易污性分区图,并将易污性分区图与地下 水污染现状图进行比较,得出地下水潜在易污染性 分布与现状污染一致性结果,为泰安市地下水污染 防治、地下水资源的合理开发利用及管理决策提供 科学支持和依据。 l 地下水易污性概念 地下水污染源的种类比较多,如物理污染物、化 学污染物和放射性污染物的储存、处理都可能造成 地下水的污染,此外,农业施肥、农药、城市固体废弃 物随意堆放等也可造成地下水的污染,上述各种污 染源造成地下水的污染过程是十分复杂的。这里定 义的地下水易污性主要是指地下水遭受地表污染的 难易程度∞1 ,即地下含水系统对人类活动产生的污 收稿日期2 0 0 9 0 7 2 7 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 0 6 7 2 1 5 8 作者简介吕华 1 9 7 0 一 。女,山东淄博市人.教授,博士,主要从 事水环境保护等方面的研究。 染物进入地下水具有自然保护作用。由于自然保护 能力的差异,~些地区地下水比起另一些地区更容 易遭受污染‘6 1 。 2 国内外地下水易污性评价的研究现状 由地下水易污性的定义可知,地下水易污性评 价主要是针对含水层固有属性的评价。卜9 1 ,含水层 固有属性包括含水层厚度、渗透性、地形坡度、埋深、 含水层补给量等。由于地下水易污性指标是一个综 合性的指标,一个地区地下水易污性除了受到气候、 地形、地质、土壤类型等水文地质条件的内部因素影 响外,还受到地表污染物类型、浓度等人类活动的外 部因素影响⋯。因此,地下水易污性程度是多个易 污性指标迭加的结果。 基于影响地下水污染的各种因素,近年来,地下 水易污性评价被广泛应用于地下水污染问题H 1 | 。 国外在这方面工作起步较早,自1 9 6 8 年法国人 M a r g a t 首次提出了”g r o u n d w a t e rv u l n e r a b i l i t y ”这一术 语后许多学者和有关研究部门对它的定义和评价方 法进行了探讨,目前该研究已成为国际水文地质研 究的热点之一“。1 9 8 5 年,美国环保署出版了基 于水文地质环境的地下水潜在污染的标准评价系 统,在1 9 8 7 年提出了D R A S T I C 方法,并将该方法与 G I S 相结合“。美国水科学和技术理事会 W S T B 成立了地下水易污性评价技术委员会,开展了地 下水易污性评价不确定性条件下的污染潜势研 究。地下水易污性评价是目前中国开展的地下水风 险评价中很重要的一个环节“1 5 1 ,例如基金项目中 国一荷兰合作项目中国地下水信息中心能力建 设。目前,美国、加拿大、南非、欧共体各国等西方 万方数据 第4 期 吕 华等泰安市地下水易污性评价 1 8 l 国家普遍运用美国E P A 提出的地下水易污性 D R A S T I C 评价方法,考虑地下水埋深、含水层净补 给量、土壤介质、含水层导水系数等参数,应用G I S 技术结合地下水运移模型相继开展了地下水易污性 评价工作‘1 6 1 。 国内在地下水易污性研究始于2 0 世纪9 0 年代 中期,虽然起步较晚,但发展很快。目前,国内主要 是针对局部城市或水域进行地下水易污性评 价Ⅲ一8 | 。如杨庆、栾茂田、崇金著等人于1 9 9 9 年利 用D R A S T I C 指标体系对大连市地下水易污性进行 了评价 o 。朱雪芹、徐秀娟、蒋丽艳等人于2 0 0 1 年 利用D R A S T I C 模型及计算机编图技术对哈尔滨市 地下水进行了易污性评价旧⋯。董亮于2 0 0 7 应用 D R A S T I C 模型评价了西湖流域地下水污染风险旧“。 毛媛嫒、张雪刚于2 0 0 6 年选择G O D 法、D R A S T I C 法、S I N T A C S 法及s I 法4 种易污性评价方法用于徐 州张集地区的地下水易污性评价,分析各种方法在 研究区域的适宜性旧“。孙爱荣、周爱国、梁合诚等 人于2 0 0 7 年对南昌市地下水易污性评价指标体系 进行了探讨口“。目前中国地质调查局正开展的中 国主要城市环境地质调查与评价项目中,地下水 易污性D R A S T I C 评价是其重点研究内容之一“。 3 研究区环境状况及水文地质概况 研究区位于泰山以南,大汶河以北,包括泰安城 区及部分南部郊区。北部为闻名遐迩的东岳泰山, 南部和东部为大汶河冲洪积平原,西部为低缓丘陵, 中部为泰山山前冲洪积平原,构成山间盆地地貌。 地形标高在1 2 0 1 7 0 m 之间,属于山前倾斜平原 区,见图l 。 图1山东省泰安市地质结构示意 F i g .1 s c h e m eo fg e o l o g i c a ls t r u c t u r ei nT a i a nc i t y 研究区内地下水类型主要有松散岩类孔隙水、 碳酸盐岩类岩溶水、碎屑岩类孔隙裂隙水及侵入岩 变质岩类裂隙水四大含水岩系。潜水含水岩组主要 存在于第四系松散岩类孔隙含水岩组中,主要分布 于泰山山前倾斜平原、大汶河沿岸及泰山、徂徕山沟 谷地带,是本次研究的目的层。松散岩类孔隙水依 据地貌、第四纪沉积物成因类型等因素可划分为冲 洪积层孔隙水、冲积层孔隙水含水岩组、残积层与残 积坡积层孑L 隙水含水岩组旧“。冲洪积层孔隙水含 水岩组 Q 。“一p 1 主要分布在泰山山前倾斜平原,由 粉质黏土、黏土及含砾黏土组成,含水层厚度不稳 定,富水性弱,单井涌水量一般2 0 0 5 0 0 m 3 /d ;冲积 层孑L 隙水含水岩组 Q 。“ 主要分布于汶河、滂河等 河谷地带,由砂、砂砾石与各类粘性土组成。含水层 厚度一般4 .5 1 1 .0 m ,分布较稳定,渗透系数1 0 ~ 2 0 m /d ,富水性强,单位涌水量为3 .4 4 ~8 .4 7 L /s m 。残积层与残积坡积层孑L 隙水含水岩组主要分布 于泰山、徂徕山山麓地带,由黏土、含砾黏土及碎石 土组成,含水性极差,基本无水。 近年来,泰安地区由于人口的激增,工农业生产 的飞跃发展,对水资源的需求量不断增加。然而水 资源开发利用缺乏合理的分配和科学的管理,致使 出现了一系列的环境地质问题,如地面沉降、水质恶 化等。由于城市工业废水和生活污水的排放,第四 系孔隙水主要通过包气带的垂向渗入污染 渗渠、 污水坑、化粪池等 、地表水渗入污染及地面塌陷的 注入污染等途径接受污染物质口“,致使第四系孔隙 水普遍受到无机、有机污染。2 0 世纪8 0 年代中期 以来孔隙水常量组分中T D S 、硬度、C r ”、N O ,一等含 量有增无减,1 9 9 5 年枯水期检测值分别为 1 1 9 1 .3 m g /L ,6 1 0 .4 m g /L ,1 0 0 .0 m g /L ,0 .1 m s /L ,孔 隙水污染面积已愈3 0 k m 引”。。 4 泰安市地下水易污性评价指标体系 泰安市地下水易污性研究是基于区域地下水固 有属性的研究,由于地下水易污性评价是一个综合 性指标,评价因素既要考虑水文地质内部要素,还要 考虑人类活动的外部因素旧引。结合本次评价研究 的目的、范围,研究区的自然地理背景、水文地质条 件及人类活动的影响,同时兼顾数据资料获得的难 易程度,最终选取地下水埋深 D 、含水层富水性 R 、含水层介质类型 A 、含水层厚度 M 、地形 坡度 T 、污染源分布密度 S 、含水层渗透系数 C 7 个指标,建立了图2 所示的泰安市地下水易污 性评价D R A M T S C 指标体系,反映地下水系统中各 种地球化学过程 主要受到土壤、包气带以及含水 万方数据 1 8 2 有色金属第6 1 卷 层特性等控制 对地下水易污性的影响。各评价参 数权重参照德费尔法确定地下水埋深 D 权重5 , 含水层富水性 R 权重4 ,含水层介质类型 A 权重 为3 ,含水层厚度 M 权重为2 ,地形坡度 T 权重 为1 ,污染源分布密度 S 权重为1 ,含水层渗透系 数 C 权重为3 。地下水易污性的强弱用 D R A M T S C 易污性指标来表示D R A M T S C 易污性指 数 D 。D , R 。R , A 。A , M 。肘, L r , .s 。S , C 。c ,,式中的下标埘表示权重,r 表示评分,即易污 性指数为各评价因子评分的加权和。评分值量化各 个因子对地下水易污性的可能影响,其区间 为‘10 | ,评分值越大,表明该因子对地下水污染易 污性影响越大。根据下述研究区各评价因子存在状 况,利用主成分分析法和因子分析法去定各评价因 子的评分⋯,如表l 所示。 1 地形。地形坡度可以反映地面情况对地下 水易污性的影响。研究区域属于山前倾斜平原区, 地势较平坦,地面标高在1 2 0 1 5 5 m 之间。在山前 残坡积、季节性河流冲洪积物前缘,地形坡度小于 泰安- 仃地下水易污性评价 I 1 0占上0 l 地貌w 素 地质闪索水文地质p I 素 人为阂素l lllI 土土 肉卤豳 』』. 因 降何含 雨染力‘ 入源层 霖 分 渗 布透 给 密 系 I ..._ J 量度数 图2 泰安市地下水易污性评价指标体系 F i g .2 I n d i c a t o rs y s t e mo fg r o u n d w a t e re a s y - f o u l i n g p r o p e r t yi nT a i a n 2 %0 的地区,产生地表径流相对较小,降水大量入渗 补给孔隙地下水,污染物入渗的机会多。而在北部 地区,地形坡度大多大于2 .5 %0 ,地表径流大而入渗 补给量相对较小,地表污染物向下游迁移,地下水受 污染的可能性较小。因此,在岱道庵、北上庄、风台 庄一带水质较好,南部夏家庄、宅子、安家庄~带地 下水水质较差。 表1 各评价因子评分表 T a b l e1E v a l u a t i o nf a c t o r sr a t i n gs c a l e 2 地下水埋深。地下水埋深是对地下水易污 性能影响最大的因子,埋深越大,污染物与介质接触 的时间越长,污染物稀释的机会越多,其易污性能越 弱。根据最新钻孑L 资料,本区最大地下水埋深位于 东北部及东部的后省庄、邢家寨、红庙等地,水位埋 深大于8 m 。中两部的上高镇、宅子等地,地下水埋 深5 ~7 m 。西北部前i 里庄一唐庄一带,地下水埋 深3 5 m 。 3 含水层厚度。含水层厚度决定了地下水资 源量的多少,从而反映了地下水稀释能力的强弱,在 很大程度上决定了地下水易污性大小。含水层越 薄,地下水稀释能力越弱,地下水易污性越强。根据 钻孔资料,本区含水层厚度一般在2 .2 ~6 .6 m 之 间,前三里庄、东苑庄、指挥庄一带含水层厚度最大. 一般大于5 m ,篦子店、常家结庄北一带含水层厚度 在2 .5 ~5 m 之间,魏家庄、上高镇、大汶河及滂河两 岸等地,含水层厚度大于5 m 。 4 含水层渗透性。含水层介质的颗粒尺寸越 万方数据 第4 期吕华等泰安市地下水易污性评价1 8 3 大,渗透性越强,含水层的易污性越强。根据抽水试 验资料计算,本区内砂砾石含水层稳定发育,粗砂、 砾石是本区的主要含水层介质,含水层渗透系数一 般在6 .8 2 9 .6 m /d 。西羊楼、丘家店一带渗透系数 较大,渗透系数在2 0 2 9 .6 m /d 之间,安家庄、上高 镇一带渗透系数中等,在1 3 2 0 m /d 之间,研究区 西北部,渗透系数较小,在1 0 m /d 以下。 5 含水层富水性。泰山山前平原上高镇、孙 家庄、岳庄、西羊娄、邱家店一带富水性较好,单井涌 水量一般2 0 0 5 0 0 m 3 /d 。十里河、指挥庄一带单井 涌水量一般3 0 0 5 0 0 m 3 /d 。以条带状分布于奈河、 滂河等河谷地带单井涌水量为5 0 0 3 0 0 0 m 3 /d 。泰 山、徂徕山山麓地带几乎无水。 6 含水层岩性。本区内泰山山前平原区地质 结构上部为粉质黏土与砂质黏土,厚度为5 1 6 m , 下部为花岗岩质中、粗砂夹卵砾石,其中以含水层以 砂、卵砾石为主。大汶河两岸、滂河及奈河等河谷地 带含水层岩性以中、粗砂夹卵砾石为主,含水层上部 为细沙,中部为粗砂,下部为卵砾石。泰山、徂徕山 山麓地带几乎无水。 7 污染源。污染源分布密度、种类和排放条 件对含水层的易污性有很大的影响。同一含水层对 排放量不大的污染物在很大程度上是能够防护的, 但对于排放量较大的污染物则是不可防护的。地下 水对于不稳定、易于降解的污染物是可以防护的,对 于稳定、不易于降解的污染物实际上是难以防护的。 根据现场勘查及收集的资料可知,本区内排污企业 众多,如造纸、纺织、酒厂、医院、生活垃圾堆放场等, 造成浅层地下水的C O D 、B O D 、硫化物、氨氮等均超 标。研究区中部及南部的上高镇、韩家结店等地段 污染源较集中,密度为7 9 个/k m 2 ,篦子店、王家 店、栗家庄一带污染源较少,密度为5 7 个/k m 2 。 5指标体系的应用 基于选定的评价指标及评价模型,结合G I S 软 件的空间分析功能和A r c v i e w 软件的绘图技术,将 数据源图件矢量化,创建各因子矢量图,然后建立各 图层属性数据库,赋予各因子图层评分值,最后将各 因子矢量图转化为栅格图,进行图层叠加,生成地下 水易污性指数图。如图3 所示,将研究区划分为I ‘一Ⅳ四个易污性等级,分别表示地下水易污性弱区、 较弱区、中等区和地下水易污性强区。根据研究区 地下水水质情况分析,见图4 ,第四系孑L 隙水水质分 布情况与运用此方法评价出的地下水易污性强弱分 布基本一致。 图3泰安地区第四系孔隙水易污性分区 F i g .3 S u ba r e ao fe a s y - f o u l i n gp r o p e r t ya b o u t q u a t e r n a r ys y s t e mp o r ew a t e ri nT a i a na r e a 将地下水易污性分布图与泰安市地质结构示意 图结合,即可得到研究区地下水易污性分布情况。 易污性强区主要分布在研究区中部赵庄以北,西苑 庄以南,篇子庄以东,占地面积约1 .4 2 k m 2 。易污性 中等区主要分布在英雄山、王庄、前三里庄、下旺以 及易污性强区周围0 .8 k m 地带,占地面积 1 5 .9 9 k m 2 。易污性较弱区主要分布在新夏庄、东苑 庄、白裕店子、安家庄、南上高、上高镇以南,兴隆庄、 大白裕大官庄以北的条状地带,占地面积 1 8 .3 2 k m 2 。易污性弱区主要分布在研究区域东北、 西北、东南及南部的大部分地区,占地面积为 5 6 .6 3 k m 2 。 图4 泰安地区第四系孔隙水易污性分区 F i g .4 D i v i s i o n so fq u a t e r n a r ys y s t e mp o r ew a t e r q u a l i t yi nT a i a na r e a 6结语 在借鉴国内外研究经验的基础上,参照D R A S . T I C 模型,提出了一个适用于第四系孔隙水水文地 质条件下的地下水易污性评价模型一D R A M T S C 模 型,并根据泰安市的具体情况进行易污性评价。利 用G I S 技术与A r c v i e w 技术得出泰安市地下水易污 万方数据 1 8 4 有色 金属第6 l 卷 性分布图,对该地区的土地利用规划、农业发展规 划、地下水资源的合理利用保护等方面都具有现实 的参考价值。建议有关部门加强对相对易污性强区 参考文献 和相对易污性中等区的管理,采取相应措施,以避免 和减轻地下水污染。 [ 1 ] 李辉,何江涛,陈鸿汉.应用D R A S T I C 模型评价湛江市浅层地下水脆弱性[ J ] .广东水利水电,2 0 0 7 , 1 4 8 5 2 . [ 2 ] 付素荣,王焰新,蔡鹤生,等.城市地下水污染敏感性分析[ J ] .地球科学一中国地质大学学报,2 0 0 0 ,2 5 5 4 8 2 2 8 6 . [ 3 ] 吴晓娟,孙根年.西安市地下水污染广义/狭义脆弱性对比研究[ J ] .地球学报,2 0 0 7 ,2 8 5 4 7 5 4 8 1 . [ 4 ] 杨 庆,栾茂田.地下水易污性评价方法D R A s T I c 指标体系[ J ] .水文地质丁程地质,1 9 9 9 ,2 6 2 4 9 . [ 5 ] D O N GL I A N G ,Z H UY U N M E I ,O G U R AN .Am o d i f i e dD R A S T I Ca p p r o a c ht o s h a l l o wg r o u n d w a t e rv u l n e r a b i l i t yi nt h eW e s t L a k eW a t e r s h e di nH a n g z h o u ,C h i n a [ J ] .P e d o s p h e r e ,2 0 0 2 ,1 2 1 7 3 8 0 . [ 6 ] 周仰效,李文鹏.地下水水质监测与评价[ J ] .水文地质工程地质,2 0 0 8 , 1 l 一1 1 . 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V u l n e r a b i l i t yA s s e s s m e n to fG r o u n d w a t e ri nT a i a nC i t y L VH u a ,W A N GY a n q i u T h eS c h o o lo fC i t yD e v e l o m e n t ,U n i v e r s i t yo fJ i n a n ,J i n a n2 5 0 0 0 2 ,C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h eD R A S T I Cm o d e lw i d e l yu s e db o t hi nd o m e s t i ca n d a b r o a d .c o n s i d e r i n gt h eh y d r o g e o l o g i c a l f e a t u r e so ft h ea q u i f e ra n dt h ei m p a c to fh u m a na c t i v i t i o ni nt h ef r o n to fT a i a nm o u n t a i ni n c l i n e dp l a i n .an e w D R A M T S Cm o d e lf o rh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fq u a t e r n a r ys y s t e mp o r ew a t e ri nT a i a nc i t yi s p r o p o s e d .T h i s a s s e s s m e n ts y s t e mi s a p p l i e di np o r ew a t e ro fq u a t e r n a r ys y s t e m i nT a i a n ,a n dt h eg r o u n d w a t e rv u l n e r a b i l i t y d i s t r i b u t i o nm a pi s d e v e l o p e du s i n gA r c v i e w vG I St e c h n i q u e . K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ;g r o u n d w a t e rv u l n e r a b i l i t y ;D R A S T I Cm o d e l ;A r c v i e wG I S 万方数据