山东省聊城市莘县油田区浅层地下水防污性能评价
摘要：地下水天然防污性能评价是保护地下水资源的有效方法。文章在DRASTIC模型的基础上，结合莘县油田区的实际情况，选取改进的DRITC模型，结合GIS的矢量制图功能对区内浅层地下水防污性能进行评价。评价结果显示，研究区内浅层地下水防污性能划分以中等区为主，评价结果与区内水文地质条件相吻合，地下水防污性能分区与地下水埋深条件（埋深与富水性）存在良好的空间一致性。
关键词：地下水；防污性能评价；莘县油田区
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0077-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.044
Evaluation of anti-fouling performance of shallow groundwater in Shenxian oilfield area in Liaocheng city， Shandong province
Wei Wei
（The First Institute of Geology and Mineral Exploration of Shandong Province， Jinan Shandong 250014， China）
Abstract： The evaluation of groundwaters natural anti-fouling performance is an effective method to protect groundwater resources. Based on the DRASTIC model and combining with the actual situation in the Shenxian oilfield area， the paper selects the improved DRITC model and combines the vector mapping function of GIS to evaluate the anti-fouling performance of the shallow groundwater in the area. The evaluation results show that the anti-fouling performance of shallow groundwater in the study area is mainly divided into medium-sized areas， and the evaluation results are consistent with the hydrogeological conditions in the area. There are good groundwater anti-fouling performance zoning and groundwater depth conditions （burial depth and water-richness）. The spatial consistency.
Key words： Groundwater； Antifouling performance evaluation； Shenxian oilfield area
莘县油田区位于聊城市西南部，地下水是居民的主要供水水源，地下水环境的污染将严重影响当地居民的生产生活。区内分布连续的浅层地下水与人类地面活动有密切关系，容易受到污染；同时，研究区石油开采及输送过程中出现的原油洒落、管道穿孔漏油，区内化工企业生产废水、固体废物的不合理排放，以及农药、化肥的大量使用，加剧了区内浅层地下水污染进程，因此在该区进行浅层地下水防污性能评价，不仅可以识别出地下水系统中容易受到污染的高风险区，也有助于预测和评价人类活动对地下水环境的影响程度[1]，同时也可以为当地政府职能部门对于该区生产建设选址和地下水保护规划提供依据。
1 研究区背景
研究区位于鲁西北平原松散岩类水文地质区，冲积平原淡水水文地质亚区，冠县—莘县古河道带、间带中—强富水地段[2]。第四系松散岩类孔隙含水层为区内主要含水层。根据含水层埋藏深度自上而下又分为浅层、中深层、深层三个含水岩组。浅层含水岩组埋深在60m以内，其含水层的发育、分布和埋藏严格受古河道的控制，并由此决定了含水层厚度及富水性[3-4]。该含水层底界面波状起伏，不同地段含水层的厚度和富水性也有差异。由于该层水埋深较浅，又处于全淡区，因而是区内生产生活用水的主要含水层。
2 模型的選取
DRASTIC方法作为典型的经验模型，主要用于大尺度宏观性的地下水防污性能评价。基于研究区实际情况，本次选用改进后的DRITC模型：
式中：D、R、I、T和C分别为地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数，w表示评价指标的权重，r为评价指标评分等级。各指标含义及对地下水防污性的影响如下：
（1）地下水位埋深：地下水位埋深决定污染物到达水体的空间距离，污染物在这一过程中与空间物质接触，并因空间介质的差异被不同程度的吸附，地下水埋深越大，污染物衰减的程度相对越大，地下水脆弱性越低。（2）净补给量：净补给作为污染物的动力与载体，补给量的大小决定着污染物多少，充足的补给量会使地下水受到污染的可能性变大，地下水脆弱性也越高。降雨补给、河流侧向补给和灌溉补给为研究区净补给量的三大来源，其中降雨补给为研究区最主要的补给来源，这也是本次评价选定的主要因素。（3）包气带岩性：包气带岩性决定了降雨入渗补给程度，岩性颗粒越粗，在同等降雨强度下其补给量越大，从而可能进入地下水的污染物量越大，地下水脆弱性也就越高。（4）含水层砂卵砾累积厚度：决定了地下水的储存空间，厚度越大，地下可能的储水量越大，其对污染物的稀释能力越大，地下水脆弱性越低。（5）渗透系数：渗透系数决定了地下水在含水介质中的活跃性，渗透系数越大，地下水的活跃性越强，污染物传播的速度越快，地下水脆弱性越高。含水层岩性粒间空隙的连通性和数量决定着其渗透系数大小。
综合指数DRITC值越大，地下水防污性越低。
3 模型因子评分及权重
3.1 因子评分标准
本次地下水防污性评价，根据研究区实际情况，选取地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数作为评价因子，各因子评分见表1，2。其中地下水位埋深、净补给量、包气带岩性评分是依据DRASTIC模型提供的评分标准，含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数参照雷静的模拟结果进行评分。
3.2 各因子评分值
根据区内实际情况，按照上述给出的评分标准，得出各因子的评分值见表3。
地下水位埋深DR：根据本次对工作的机民井调查统测，区内地下水水埋深范围为6.66m-21.5m，DR根据实际情况取值为3，5，6，7。
净补给量RR：区内多年平均降水量551.5mm，入渗系数α取0.35，净补给量193.0mm，DR的取值7。
包气带介质IR：区内包气带介质为粉土，IR取值4。
含水层砂卵砾累积厚度TR：区内黄河泛滥冲积平原，含水层厚度多为5～20m，TR取值9。
渗透系数CR：区内含水层为中细砂、粉细砂，含水层导水系数0.5-15m·d-1，根据区内浅层水富水情况，浅层水丰富区CR取值2，较丰富区CR取值1。
3.3 因子权重的确定
本文采用层次分析法计算各指标权重，该方法是美国匹茨堡大学教授萨蒂于20世纪70年代初，提出的一种层次权重决策分析方法。该方法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。具体步骤：①建立层次结构，构造判断矩阵，明确上一层次因子与其所属层次因子之间的权重关系；②所有因子权值层次排序及求解权向量；③检验和修正各判断矩阵的一致性。最终确定研究区各因子权重系数值，见表4。
本次权重赋值克服了DRASTIC模型中各指标权重一成不变的缺陷，根据研究区实际情况赋权重。层次分析法能够通过一致性检验保持逻辑上的一致性，但权重赋值具有一定的主观性，因此需要对其进行优化。对各因子权重对于评价结果的灵敏程度进分析，了解各因子权重变化时对应的评价结果变化程度，使得各指标权重得到最优化处理，从而保障研究区地下水防污性分区的准确性。
4 地下水防污性能评价
本次采用改进的模型，并结合MapGIS进行研究区地下水防污性评价。根据研究区的实际情况，确定单元格剖分间距为2km×2km，研究区共计剖分单元400余个。将各指标根据评分标准，形成各评价指标的评分图并赋予相应的评分，然后与剖分单元文件进行空间相交分析，各指标评分就传递给了剖分单元，再在属性库子系统下，将各评价指标的评分输出，进行相应的处理，得到每个剖分单元的综合值，根据地下水防污性能分级标准（表5），做出地下水防污性分区图（图1）。从图上可以看出研究区地下水防污性能分为防污性能较差区、防污性能中等区，分别占总面积的3.70%、96.30%。分区情况简述如下：
（1）防污性能较差区：主要分布在东部的舍利寺—古城镇地下水水位埋深较小的一带。该区地下水水位埋深较浅，包气带以粉土为主，其厚度较薄，地表污染物容易渗透和转移至浅层地下水，包气带的吸附或净化污染物能力比较弱，地下水易被污染。
（2）水防污性能中等区：在研究区广泛分布。该区地下水水位埋深相对较大，包气带以粉土为主，其厚度中等，地表污染物较易渗透和转移至浅层地下水，包气带的吸附或净化污染物能力比中等，地下水较易被污染。
5 结语
文章在DRASTIC模型的基础上，结合莘县油田区的实际情况，选取地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数5个指标，通過对各指标因子赋值定权，划分防污性能等级标准，同时结合GIS的矢量制图功能对研究区浅层地下水防污性能进行评价。评价结果显示，区内浅层地下水防污性能划分为防污性能中等区和防污性能较差两个区，且以防污性能中等区为主，这说明研究区内浅层地下水环境较脆弱，较易被污染。评价结果与区内水文地质条件相吻合，研究区地下水防污性能分区与地下水埋深条件存在良好的空间一致性。
参考文献
[1]杜守营.浑河冲洪积扇地区地下水脆弱性评价与预测研究[D].长春：吉林大学，2014：1-41.
[2]康凤新，徐军祥，张中祥.山东省地下水资源及其潜力评价[J].山东国土资源，2010，26（8）：4-12.
[3]李常锁，王少娟，张海林等.黄泛平原区（1：25万济南幅）浅层孔隙水多年动态变化特征[J].山东国土资源.2011，27（1）：11-15.
[4]李清平.山东省沿黄地带浅层地下水资源开发利用研究[D].青岛：中国海洋大学.2003.
收稿日期：2018-05-24
作者简介 ：魏伟（1988-），男，工程师，研究方向为水工环地质勘查。
关键词：地下水；防污性能评价；莘县油田区
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0077-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.044
Evaluation of anti-fouling performance of shallow groundwater in Shenxian oilfield area in Liaocheng city， Shandong province
Wei Wei
（The First Institute of Geology and Mineral Exploration of Shandong Province， Jinan Shandong 250014， China）
Abstract： The evaluation of groundwaters natural anti-fouling performance is an effective method to protect groundwater resources. Based on the DRASTIC model and combining with the actual situation in the Shenxian oilfield area， the paper selects the improved DRITC model and combines the vector mapping function of GIS to evaluate the anti-fouling performance of the shallow groundwater in the area. The evaluation results show that the anti-fouling performance of shallow groundwater in the study area is mainly divided into medium-sized areas， and the evaluation results are consistent with the hydrogeological conditions in the area. There are good groundwater anti-fouling performance zoning and groundwater depth conditions （burial depth and water-richness）. The spatial consistency.
Key words： Groundwater； Antifouling performance evaluation； Shenxian oilfield area
莘县油田区位于聊城市西南部，地下水是居民的主要供水水源，地下水环境的污染将严重影响当地居民的生产生活。区内分布连续的浅层地下水与人类地面活动有密切关系，容易受到污染；同时，研究区石油开采及输送过程中出现的原油洒落、管道穿孔漏油，区内化工企业生产废水、固体废物的不合理排放，以及农药、化肥的大量使用，加剧了区内浅层地下水污染进程，因此在该区进行浅层地下水防污性能评价，不仅可以识别出地下水系统中容易受到污染的高风险区，也有助于预测和评价人类活动对地下水环境的影响程度[1]，同时也可以为当地政府职能部门对于该区生产建设选址和地下水保护规划提供依据。
1 研究区背景
研究区位于鲁西北平原松散岩类水文地质区，冲积平原淡水水文地质亚区，冠县—莘县古河道带、间带中—强富水地段[2]。第四系松散岩类孔隙含水层为区内主要含水层。根据含水层埋藏深度自上而下又分为浅层、中深层、深层三个含水岩组。浅层含水岩组埋深在60m以内，其含水层的发育、分布和埋藏严格受古河道的控制，并由此决定了含水层厚度及富水性[3-4]。该含水层底界面波状起伏，不同地段含水层的厚度和富水性也有差异。由于该层水埋深较浅，又处于全淡区，因而是区内生产生活用水的主要含水层。
2 模型的選取
DRASTIC方法作为典型的经验模型，主要用于大尺度宏观性的地下水防污性能评价。基于研究区实际情况，本次选用改进后的DRITC模型：
式中：D、R、I、T和C分别为地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数，w表示评价指标的权重，r为评价指标评分等级。各指标含义及对地下水防污性的影响如下：
（1）地下水位埋深：地下水位埋深决定污染物到达水体的空间距离，污染物在这一过程中与空间物质接触，并因空间介质的差异被不同程度的吸附，地下水埋深越大，污染物衰减的程度相对越大，地下水脆弱性越低。（2）净补给量：净补给作为污染物的动力与载体，补给量的大小决定着污染物多少，充足的补给量会使地下水受到污染的可能性变大，地下水脆弱性也越高。降雨补给、河流侧向补给和灌溉补给为研究区净补给量的三大来源，其中降雨补给为研究区最主要的补给来源，这也是本次评价选定的主要因素。（3）包气带岩性：包气带岩性决定了降雨入渗补给程度，岩性颗粒越粗，在同等降雨强度下其补给量越大，从而可能进入地下水的污染物量越大，地下水脆弱性也就越高。（4）含水层砂卵砾累积厚度：决定了地下水的储存空间，厚度越大，地下可能的储水量越大，其对污染物的稀释能力越大，地下水脆弱性越低。（5）渗透系数：渗透系数决定了地下水在含水介质中的活跃性，渗透系数越大，地下水的活跃性越强，污染物传播的速度越快，地下水脆弱性越高。含水层岩性粒间空隙的连通性和数量决定着其渗透系数大小。
综合指数DRITC值越大，地下水防污性越低。
3 模型因子评分及权重
3.1 因子评分标准
本次地下水防污性评价，根据研究区实际情况，选取地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数作为评价因子，各因子评分见表1，2。其中地下水位埋深、净补给量、包气带岩性评分是依据DRASTIC模型提供的评分标准，含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数参照雷静的模拟结果进行评分。
3.2 各因子评分值
根据区内实际情况，按照上述给出的评分标准，得出各因子的评分值见表3。
地下水位埋深DR：根据本次对工作的机民井调查统测，区内地下水水埋深范围为6.66m-21.5m，DR根据实际情况取值为3，5，6，7。
净补给量RR：区内多年平均降水量551.5mm，入渗系数α取0.35，净补给量193.0mm，DR的取值7。
包气带介质IR：区内包气带介质为粉土，IR取值4。
含水层砂卵砾累积厚度TR：区内黄河泛滥冲积平原，含水层厚度多为5～20m，TR取值9。
渗透系数CR：区内含水层为中细砂、粉细砂，含水层导水系数0.5-15m·d-1，根据区内浅层水富水情况，浅层水丰富区CR取值2，较丰富区CR取值1。
3.3 因子权重的确定
本文采用层次分析法计算各指标权重，该方法是美国匹茨堡大学教授萨蒂于20世纪70年代初，提出的一种层次权重决策分析方法。该方法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。具体步骤：①建立层次结构，构造判断矩阵，明确上一层次因子与其所属层次因子之间的权重关系；②所有因子权值层次排序及求解权向量；③检验和修正各判断矩阵的一致性。最终确定研究区各因子权重系数值，见表4。
本次权重赋值克服了DRASTIC模型中各指标权重一成不变的缺陷，根据研究区实际情况赋权重。层次分析法能够通过一致性检验保持逻辑上的一致性，但权重赋值具有一定的主观性，因此需要对其进行优化。对各因子权重对于评价结果的灵敏程度进分析，了解各因子权重变化时对应的评价结果变化程度，使得各指标权重得到最优化处理，从而保障研究区地下水防污性分区的准确性。
4 地下水防污性能评价
本次采用改进的模型，并结合MapGIS进行研究区地下水防污性评价。根据研究区的实际情况，确定单元格剖分间距为2km×2km，研究区共计剖分单元400余个。将各指标根据评分标准，形成各评价指标的评分图并赋予相应的评分，然后与剖分单元文件进行空间相交分析，各指标评分就传递给了剖分单元，再在属性库子系统下，将各评价指标的评分输出，进行相应的处理，得到每个剖分单元的综合值，根据地下水防污性能分级标准（表5），做出地下水防污性分区图（图1）。从图上可以看出研究区地下水防污性能分为防污性能较差区、防污性能中等区，分别占总面积的3.70%、96.30%。分区情况简述如下：
（1）防污性能较差区：主要分布在东部的舍利寺—古城镇地下水水位埋深较小的一带。该区地下水水位埋深较浅，包气带以粉土为主，其厚度较薄，地表污染物容易渗透和转移至浅层地下水，包气带的吸附或净化污染物能力比较弱，地下水易被污染。
（2）水防污性能中等区：在研究区广泛分布。该区地下水水位埋深相对较大，包气带以粉土为主，其厚度中等，地表污染物较易渗透和转移至浅层地下水，包气带的吸附或净化污染物能力比中等，地下水较易被污染。
5 结语
文章在DRASTIC模型的基础上，结合莘县油田区的实际情况，选取地下水位埋深、净补给量、包气带岩性、含水层砂卵砾累积厚度和渗透系数5个指标，通過对各指标因子赋值定权，划分防污性能等级标准，同时结合GIS的矢量制图功能对研究区浅层地下水防污性能进行评价。评价结果显示，区内浅层地下水防污性能划分为防污性能中等区和防污性能较差两个区，且以防污性能中等区为主，这说明研究区内浅层地下水环境较脆弱，较易被污染。评价结果与区内水文地质条件相吻合，研究区地下水防污性能分区与地下水埋深条件存在良好的空间一致性。
参考文献
[1]杜守营.浑河冲洪积扇地区地下水脆弱性评价与预测研究[D].长春：吉林大学，2014：1-41.
[2]康凤新，徐军祥，张中祥.山东省地下水资源及其潜力评价[J].山东国土资源，2010，26（8）：4-12.
[3]李常锁，王少娟，张海林等.黄泛平原区（1：25万济南幅）浅层孔隙水多年动态变化特征[J].山东国土资源.2011，27（1）：11-15.
[4]李清平.山东省沿黄地带浅层地下水资源开发利用研究[D].青岛：中国海洋大学.2003.
收稿日期：2018-05-24
作者简介 ：魏伟（1988-），男，工程师，研究方向为水工环地质勘查。
