1 引言
地下水脆弱性能可以理解为地下水抵御人为污染的能力。地下水脆弱性能分为天然脆弱性能和特殊脆弱性能两类，它们的区别在于是否考虑了污染物在地下环境中本身 [1]
的迁移能力。目前，国内外应用最为广泛的地下水脆弱性评价模型是由美国水井协会(NWWA)和美国环保局(USEPA)于1985年共同提出的DRASTIC模型，很多学者基于DRASTIC模型或其他溶质运移模型提出了改进的DRASTIC模型，如 [2][3][4]
GOD模型、DRARCH模型、DORKI模型等。
本文选择了DRASTIC模型中地下水埋深、净补给量、含水层介质及包气带介质4个评价因子建立DRAI地下水脆弱性评价模型，并针对太原地区的地形地貌条件、含水层介质类型及地下水的赋存条件，对太原地区盆地及山区的地下水资源分别进行评价。 2 研究区概况
2.1 研究区地形地貌
太原市地处晋中断陷盆地北端，总体地形趋势是北部、东部、西部被山地和黄土丘陵环绕，中部为北窄南宽的喇叭形开阔盆地，地形自山区向盆地呈阶梯状下降。本区地貌发育主要包括构造剥蚀地貌与构造堆积地貌两个大类。太原地区特有的地形地貌特征，控制了其地下水系统流场的总体形态，使区域上含水层的类型和富水性具有较大差异。2.2 研究区地下水污染现状
太原盆地内浅层地下水污染现状为横向上自盆地边缘到
[5]
中心水质逐渐恶化，纵向上自北向南水质逐渐恶化，除盆地北部部分区域外多不能饮用；山区一带，碳酸盐岩岩溶水在位于西边山排泄区的兰村、晋祠及东山枣沟、后沟一带，岩溶水各项指标均符合饮用水标准。调查表明，人为
[6]
因素是造成太原地区地下水污染的主要原因。
3 评价体系
3.1 评价方法
2
DRASTIC模型假定评估区面积大于0.4km，污染物位于
[7]
地表并随水迁移。针对太原地区地下水资源分布特点，选择模型中D、R、A和I4个评价因子构建DRAI模型计算综合评分，计算公式为：
D D+R R +A A+ I I =DRAI
r w r w r w r w
式中，r和w分别为评价因子D、R、A、I的评分值和权重，DRAI为综合指数，综合指数越大，地下水脆弱性就越高，反之越低。
3.2 评价内容
3.2.1 太原地区地下水资源计算分区
根据含水层介质类型与地下水的赋存条件，将区内地下水划分为：松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩岩溶水3类。第四系全新统和更新统的冲洪积层为盆地内松
太原地区地下水资源脆弱性评价
王金婷
（山西省第一水文地质工程地质队，山西 太原 030000）
摘要：通过选取DRASTIC模型中地下水埋深、净补给量、含水层介质及包气带介质4个评价因子建立DRAI模型，对太原地区盆地及山区分别进行地下水资源脆弱性评价。针对太原地区不同含水岩组及不同蓄水构造，将全区划分为3个计算大区、10个计算亚区、21个计算地段。此外，针对太原地区的地形地貌条件、含水层介质类型及地下水的赋存条件，对地下水埋深及净补给量进行了重新评分。最后，基于DRAI模型，利用ArcGIS软件的空间分析功能对太原地区地下水资源进行了脆弱性评价。评价结果表明，太原盆地内浅层地下水资源脆弱性整体上小店区以南高于小店区以北，汾河河谷地带高于其他地区，西山地区的脆弱性明显高于东山。
关键词：太原；地下水资源；脆弱性；DRAI
中图分类号：P345文献标识码：A
文章编号：1672-7487（2019）01-92-5
作者简介：王金婷（1987—），女，河北河间人，工程师，硕士，毕业于中国地质大学（北京）地质工
程专业，现从事地下水污染控制与修复以及地质灾害危险性评估等方面的工作。（邮箱）474170110@qq
散层的主要含水层；碎屑岩裂隙水主要分布于太原东、西山区及盆地内，含风化裂隙潜水和层间裂隙承压水；碳酸盐岩岩溶水分布于东、西山地区，碳酸盐岩岩溶水被太原盆地分为2个独立的岩溶水系统，即西山岩溶水系统和东山岩溶水系统。
根据不同含水岩组，不同蓄水构造，将全区划分为3个计算大区，10个计算亚区，21个计算地段（见表1、图1）。此外，本次评价针对太原地区的地形地貌条件、含水层介质类型及地下水的赋存条件，对山区和盆地分别进行评价。
3.2.2 评价因子
3.2.2.1 地下水埋深(D)
地下水埋深是指地表至潜水位的深度或地表至承压含水层顶部的深度，该评价因子反映了污染物迁移到达含水层之前与周围介质的接触时间。一般来说，地下水埋深越大，污染物的迁移距离就越长，地下水越不容易受到污染。
太原盆地第四系松散岩类孔隙水区地下水埋深的总体情况是：黄土丘陵区及倾斜平原上部，水位埋深5-10m；倾斜平原中部、下部，水位埋深3-5m；冲积平原区水位埋深2-3m，小店区以北为一地下水降落漏斗，水位埋深约10m。山区碳酸盐岩岩溶水区及碎屑岩裂隙水区地下水埋深总体特征是：东山地区水位埋深自西向东逐渐增加，跨度约40-300m；西山地区跨度约30-400m。根据山区地下水埋深的特点，对其进行了赋值。地下水埋深越浅，地下水埋深评分值越高，地下水脆弱性越高。具体评分值及其空间分布情况详见表5、图2。
3.2.2.2 净补给量(R)
净补给量是指渗透地表到达地下水面每单位面积的水量，降水入渗是地下水的主要补给来源。土壤、包气带中的污染物被降水裹挟并通过降水淋滤的作用迁移至含水层。潜水含水层相较承压含水层受降水垂直入渗补给作用更频繁，其抵御污染物的能力较承压含水层更差。补给水作为传输污染物的主要载体，入渗水越多，地下水遭受污染的可能性就越大。
针对太原地区的地形地貌条件、含水层介质类型及地下水的赋存条件，本次评价对碳酸盐岩岩溶水区Ⅰ
、碎屑岩裂隙水区Ⅱ以及第四系松散岩类孔隙水区Ⅲ分别论述。
1）碳酸盐岩岩溶水
碳酸盐岩岩溶水分布于东、西山一带。岩溶水在太原市境内主要接受降水入渗补给以及汾河渗漏补给。补给资源量计算公式为：
3
式中，Q——补给资源（m/s）；Q——降水入渗补给
降
33
量（m/s）；Q——河流渗漏补给量（m/s）；P——降水
渗
量（
mm）；——降水入渗系数；F——汇水面积（灰岩裸露
2
面积）（km）。
境内，汾河仅对兰村泉岩溶水系统渗漏补给，据已往资
3
料，渗漏补给量为0.71m/s。各系统资源计算结果详见表2。
2）碎屑岩裂隙水
二叠系碎屑岩及石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩在太原东、西表1 太原市地下水资源计算分区
图1 太原地区地下水资源分区图
区亚区地段
Ⅰ1兰村泉岩溶水亚区
Ⅰ2晋祠泉岩溶水亚区
代号名称代号名称代号名称
Ⅱ碎屑岩裂
隙水区
Ⅰ碳酸盐岩
岩溶水区
Ⅱ1岩溶裂隙水亚区
Ⅰ3东山岩溶水亚区
石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩Ⅱ1-1西山地段
Ⅱ1-2东山地段
Ⅱ2-1西山地段
Ⅱ2-2东山地段
Ⅱ2 二叠系碎屑岩裂隙水亚区
Ⅲ1黄土台地区
Ⅲ1-1柏板—西嫣段
Ⅲ1-2中涧河—郝庄地段
Ⅲ1-3土堂—风声河地段
Ⅲ14西峪地段
Ⅲ
第四系松
散岩类孔
隙水区
Ⅲ2冲洪积扇区
Ⅲ2-1兰村—西张地段
Ⅲ2-2西铭、南寒地段
Ⅲ3山前倾斜平原区
Ⅲ3-1东庄—义井地段
Ⅲ3-2新城—黄陵地段
Ⅲ3-3金胜—姚村地段
Ⅲ4冲积平原区
Ⅲ4-1东城角—高家堡地段
Ⅲ4-2城西—武宿地段
Ⅲ4-3刘家堡—西温庄地段
Ⅲ5河谷地带Ⅲ5-1汾河河谷地段
Ⅲ薛庄—北格地段
4-4
Huabei Natural Resources
（1）
山均有出露，在资源量计算中，二者不做进一步划分。根据公式（1）计算各地段的资源量（见表3）。
3）第四系松散岩类孔隙水
盆地区第四系松散岩类孔隙水接受包括大气降水入渗补给、山前基岩地下水侧向补给、区外孔隙水侧向径流量、汾河及其支流的河流渗漏补给等。本次评价主要考虑大气降水入渗补给对模型的影响。选用适当α的值，采用公式（1），计算不同地段降水入渗补给量（见表4）。
综上所述，通过分别计算太原市碳酸盐岩岩溶水区Ⅰ、碎屑岩裂隙水区Ⅱ以及第四系松散岩类孔隙水区
Ⅲ的净补给量，将净补给量在区域上进行了划分。净补给量越大，其评分值越高，地下水越脆弱。具体评分值及其空间分布
情况见表5、图3。
3.2.2.3 含水层介质（A）
含水层介质控制污染物的衰减及其渗流途径和长度。一般来说，含水层介质颗粒越大、裂隙或溶隙越多，其渗透性越好，地下水的脆弱性越高。
区内第四系全新统和更新统的冲洪积层为盆地内的主要
含水层，黄土丘陵区浅层孔隙水主要分布于盆地东西两侧，含水层为上更新统粉土质亚砂土夹砂砾石，富水性较弱；洪积层浅层孔隙水，分布于洪积倾斜平原区，由西向东含水层颗粒由粗变细，富水性由强变弱；在洪积倾斜平原的现代河道砂砾石厚度较大，含水层岩性主要为砂砾石及中细砂。碎屑岩裂隙水主要分布于太原东、西山区及盆地内，地层为二叠系砂岩、泥岩互层，含风化裂隙潜水和层间裂隙承压水，砂岩厚度较薄，以细、粉砂岩为主；碳酸盐岩岩溶水分布于东、西山地区，含水层为奥陶系中统石灰岩，奥陶系下统及寒武系上统白云岩、白云质灰岩。具体评分值及其空间分布情况见表5、图4。
3.2.2.4 包气带介质（I）
包气带指的是潜水位以上的非饱水带。化学反应、生物降解、中和反应、挥发及弥散是包气带内可能发生的所有作用，包气带介质的类型决定着污染物衰减的性质。一般来说，包气带介质颗粒越细越致密、粘粒含量越高，其对污染物的吸附能力越强，污染物向下迁移的难度越大，地下水脆弱性就越低。
太原市西部及东部山区一带出露中厚层白云质灰岩、白云岩、灰白砂岩、砂质页岩夹煤层岩组地层，中部盆地包气带介质以粘土、亚粘土及亚砂土为主。包气带介质评分值及其空间分布情况见表5、图5。3.3 单因子量化
参照DRASTIC 模型评价方法，DRAI 模型中各因子的评分范围均为1-10，评分值越高脆弱性越高，反之越低。评分标准如表5所示。各评价因子矢量化结果详见图5。3.4 DRAI 模型综合评分与分级
基于DRAI 模型，利用ArcGIS 软件的空间分析功能对太原地区地下水资源进行了脆弱性评价，评价结果见图6。根据综合分区评估图分析，太原盆地浅层地下水整体上小店区以南地区的脆弱性高于小店区以北，汾河河谷地带脆弱性高于其他地区，小店到北格一带的冲积平原区脆弱性最高。根据各单因子评分图，太原盆地南部的冲积平原及河谷地带，地下水埋藏深度较浅，且包气带介质中亚砂土分布广泛，污染物在该地段内由地表到达地下水的衰减时间及其与介质接触的时间相较其他区域更短，包气
带介质及地下水埋深差异是造成太原盆地浅层地下水脆弱性分布特点的主要影响因素。
根据综合分区评估图，山区一带，西山地区的脆弱性明
表碎屑岩裂隙水补给资源计算表
3 Ⅱ1-1、Ⅱ2-1
西山地区 3530.05计算区号
名称
面积（km 2）a 多年平均降水
入渗补给量（m 3/s ）
0.25Ⅱ1-2、Ⅱ2-2
东山地区
112
0.05
0.08
表岩溶水补给资源计算表
2 Ⅰ1兰村岩溶水系统0.33
0.71
Ⅰ3东山岩溶水系统0.32
0.320.260.240 1.04
Ⅰ2晋祠泉岩溶水系统0.0600.06
0.24
73
1463a
合计补给量
m 3/s ）（量
m 3/s ）（积
km 2）
（灰岩裸露面
计算区号系统名称
多年平均降水入渗
河流渗漏
表 盆地区降水入渗补给量计算表
4 多年平均降水 入渗补给量（m 3/s ）
0.110.200.010.010.220.050.08Ⅲ3-2
60
0.12
0.100.230.070.030.250.090.19
计算分区面积（km 2） 名称
代号黄土台地区
Ⅲ1
Ⅲ1-1 80 Ⅲ1-2 140
Ⅲ1-310 Ⅲ1-4 7
冲洪积扇Ⅲ2
Ⅲ2-1 52 Ⅲ2-2 15 山前倾斜平原
Ⅲ3
Ⅲ
3-1 35
Ⅲ3-3 80
冲积平原Ⅲ4
Ⅲ4-1 40
Ⅲ4-2 20 Ⅲ3 116
Ⅲ
4-4 55
河谷地带Ⅲ5
Ⅲ5-1
90
a
0.100.100.100.100.300.250.15
0.20
0.120.100.150.12
0.15
4-
0.05-0.10/3
0.10-0.20/5
0.20-0.30/7 0.30-0.50/9 块状页岩1-3(1)/3-5(4)
岩/5-9(6)
块状砂岩/4-9(6)块状灰岩/4-9(6)砂砾石/6-9(8)玄武岩/2-10(9)/9-10(10)
粉土、粘土/1-2(1)页岩/2-5(3)/2-灰岩7(6)砂岩/4-8(6)
/4-8(6)
石/4-8(6)
变质岩、火成岩/2-8(4)
砂砾石/6-9(8)/2-10(9)
玄武岩地下水埋深
含水层介质包气带介质0-1.5/100-30/10
1.5-4.6/930-100/8变质岩、火成岩/2-5(3)
4.6-9.1/7100-200/6
风化的变质岩、火成岩
9.1-15.2/5200-300/4 薄层状砂岩、灰岩、页
15.2-22.9/3300-400/3 层状的灰岩、砂岩、页岩
>400/1
含较多粉粒和粘粒的砂砾
>30.5/1
--
-
--岩溶发育灰岩-
-
净补给量
D 1(m)/评分D 2(m)/评分A /评分
I/评分R(m 3/s)/评分<0.05/1
>0.50/10 - -
--
-
岩溶发育灰岩/8-10(10)
22.9 30.5/2-表5 DRAI 模型各因子的分类及其评分*
[2]*：D （盆地）、A 及I 的分类、评分及权重参见DRASTIC 模型； D （山区）分类及评分根据地下水埋深值及其在区域上的
12分布特点进行划分，权重参照DRASTIC 模型； R 的分类及评分根据净补给量值及其在区域上的分布特点进行划分，权重参考DRASTIC
模型。
图2 地下水埋深评分图图3 净补给量评分图
显高于东山。王封西北以及上兰—柴村—西铭以西一带的兰村泉岩溶水亚区Ⅰ、王封以西及西铭西北一带的石炭系1碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙水亚区Ⅱ、西铭西南及南部与1-1晋源西南一带的二叠系碎屑岩裂隙水亚区Ⅱ以及晋源一带2-1的石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙水亚区Ⅱ分布着大面1-1积的地下水高脆弱性区。根据各单因子评分分析结果，净
补给量及地下水埋深差异是造成山区地下水脆弱性分布特点的主要影响因素。
造成太原市地下水水质恶化的人类活动多集中在盆地内，太原盆地内浅层地下水污染现状为横向上自盆地边缘[5]到中心水质逐渐恶化，纵向上自北向南水质逐渐恶化，该现状与评价结果一致。
Huabei Natural Resources
图4 含水层介质评分图图5 包气带介质评分图
参考文献：
[1] 钟佐燊.地下水防污性能评价方法探讨[J].地学前缘,2005, 12(特刊):3-11.[2] 付素蓉，王焰新，蔡鹤生，等.城市地下水污染敏感性分析 [J].地球科学,2000,25(5): 482-486. [4] 王 金婷，毕二平.油田区地下水系统特殊防污性能评价[J]. 水文地质工程地质,2011.38(03): 82-85.[5] 安道智.太原市浅层地下水水质污染的分析[J].太原科 技,2009,5:50-52.[6] 吴有志.太原市城区地下水污染现状及其成因分析[J]. 山西水利科技,2000,2(1):92-94.
[3] Guo,Q.H.,Wang,Y.X.,Gao, X.B. et al.,A new model (DRARCH) for assessing groundwater vulnerability to arsenic contamination at basin scale: a case study in Taiyuan basin,northern China.Environ mental Geology,2007,52(5):923-932.
[7] Shahid S. A study of groundwater Pollution vulnerability using DRASTIC/GIS West Bengal, INDIA[J].Journal of Environmental hydrology, 2000,8:1-9.
图6
综合分区评估图
4 结语
基于DRAI 模型，对太原地区地下水资源进行了脆弱性评价。评价结果表明，太原盆地浅层地下水整体
上小店区以南地区的脆弱性高于小店区以北，汾河河谷地带的脆弱性高于其他地区，小店到北格一带的冲积平原区脆弱性最高；山区一带，西山地区的脆弱性明显高于东山，王封西北以及上兰—柴村—西铭以西一带的兰村泉岩溶水亚区Ⅰ、王
1封以西及西铭西北一带的石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙水亚区Ⅱ、西铭西南及南部与晋源西南一带的二叠系碎1-1屑岩裂隙水亚区Ⅱ以及晋源一带的石炭系碎屑岩夹碳酸盐2-1岩岩溶裂隙水亚区Ⅱ分布着大面积的地下水高脆弱性区。1-1建议尽量避免将易造成土壤、包气带污染及地下水水质恶化的人类工程活动分布在高脆弱性的区域。
裂隙水
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议