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1、GIS 技术应用于地下水脆弱性评价编图中的示范 GIS 技术应用于地下水脆弱性评价编图中的示范 阮俊 （中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051） 摘 要：摘 要：主要论述应用 GIS 完成地下水系统脆弱性编图的技术方法，查明某一示范区地下水固有脆弱性，并进行地下水环境保护功能分区，以保护地下水资源免受污染或是减少到最低限度，为城市规划和建设服务。 关键词：关键词：脆弱性；编图；GIS；地下水 作者简介：作者简介：阮俊，毕业于中国地质大学（武汉）计算机系，毕业以来一直从事地质灾害系统应用研究及开发相关应用软件编制，现主要从事开发相关 GIS 应用信息系统。 通讯地址：河
2、北省保定市七一中路 1305 号，邮政编码：071051，E-mail： 1 引言 1 引言 在自然界中，水是人们赖以生活及从事生产不可缺少的宝贵资源，地下水是水资源的重要组成部分，是更为可贵的供水水源；在干旱、半干旱地区则是主要的水源，有时甚至是唯一的可用水源。地下水污染是地质灾害范围的一种，我们将地下水容易受到污染的可能性定义为“地下水脆弱性” ，地下水脆弱性的概念是在不断的完善和丰富的，同时有固有脆弱性和特殊脆弱性之分，固有脆弱性是指不考虑人类活动和污染源，而只考虑水文地质内部因素的脆弱性；特殊脆弱性是指地下水对某一特定污染源或人类活动的脆弱性。由于特殊脆弱性涉及的因素很复杂，研究还处在
3、初级阶段，相关理论也不够成熟，所以目前国内外多是研究地下水的固有脆弱性，本文的地下水脆弱性也是指地下水固有脆弱性。 在选取地下水脆弱性评价方法（本文选择 drastic 模型）对地下水脆弱性进行评价和分析之后，再用 GIS 技术进行脆弱性编图和分区，为管理决策部门提供合理开发地下水资源，防治地下水污染的科学规划和管理依据。 2 示范区地质概况 2 示范区地质概况 选取河北省沧州市为示范区，其东经 11542-11751，北纬 3728-3857。为河北平原东部的滨海地区，地势平坦，低洼，总的趋势是西高东低，西南高东北低，自西而东，自西南向东北微倾斜。西部地面标高 15m，东部沿海标高 2m 左
4、右。自然坡降万分之零点八。地貌特征以滨海平原为主体。海兴县境内有第四纪火山喷发形成的“小山”地貌，海拔 34.8m。 根据成因类型、形态特征可划分为冲洪积平原区和冲海积、海积平原区。 区域水文地质条件： 工作区地下水主要赋存于第四系松散层孔隙中，属于松散岩类孔隙水。第四系沉积厚度一般在350450m，最后达 582m，为多种成因类型、多层结构的含水地质体。根据第四纪沉积物岩性及水文地质特征，本区第四系含水层系自上而下划分为四个含水层组。各含水组的划分及特征在此不作详述。 主要环境地质问题： 包括海(咸)水入侵、土地盐渍化、沿海风暴潮、地下水引起的地方病、地下水降落漏斗、地面沉降等。 地下水污染
5、现状及发展趋势分析： 示范区深层水多在 120480m，上覆层厚度大，且以粘性土为主，目前尚未发现有大面积污染。浅层地下水防污能力较弱，污染较为普遍。 据示范区多年地下水水质监测资料来看，区域及城市地下水污染程度总体呈逐渐加重趋势。地下水的污染面积和主要污染物含量都有增加。虽然近年来采取了一系列控制措施，部分城市的污染速度有所减缓，但随着乡镇企业的发展，整体上地下水的污染仍呈加重趋势，而且污染分散，不易监测控制。具体表现为：地下水中氮污染加重；地下水中酚、氰、六价铬、砷、汞污染呈现增长趋势；地下水硬度升高；硫酸根升高。 3 地下水系统脆弱性评价指标的建立 3 地下水系统脆弱性评价指标的建立 地
6、下水系统脆弱性评价指标的建立即是对以 DRASTIC 七项因子（地下水位埋深、净补给量、含水层介质、土壤介质、地形、包气带介质、渗透系数）各单项指标的确定以及综合脆弱性指标的确定。 DRASTIC 地下水系统脆弱性指标由下式确定： DRASTIC5D+4R+3A+2S+1T+5I+3C 其中数字代表各项因子所对应的权重。 4 地下水脆弱性编图 4 地下水脆弱性编图 4.1 理论基础与软件选用 地下水脆弱性编图是以地理信息系统为理论基础，涉及水文地质、环境地质以及计算机科学等学科知识。采用 GIS 软件完成所有图系的编制，GIS 软件的选取以武汉中地公司开发的 MAPGIS6.7为平台。并将应用
7、到其中的“图形处理（输入编辑、输出） ” 、 “库管理（属性库管理） ” 、 “空间分析（空间分析、DTM 分析） ” 、 “实用服务（误差校正） ”等几个功能。 4.2 技术路线及说明 地下水脆弱性编图的技术路线遵行如下流程： 图 1 MapGIS 地下水系统脆弱性编图流程图 Fig.1 The flowchart of Groundwater vulnerability mapping by MapGIS 在上述流程图中： 资料收集要涉及 DRASTIC 模型中所有 7 项因子的详细数据，收集好资料后要对资料进行系统的分析研究，综合整理及筛选。图件扫描均为彩色扫描，分辨率在 300ppi
8、以上。矢量化一般采用人工导向自动识别跟踪矢量化。 误差校正是处理图件矢量化输入的过程中由于操作误差，数字化设备精度、图纸变形等因素造成的输入后的图形与实际图形所在的位置偏差。 图 2 钻孔属性图 Fig.2 The Attribute map of drilling 编辑钻孔属性结构是根据整理出来的文字资料，将属性结构按点、线、面的格式进行编制，并对属性进行编码。 给钻孔属性评分是算出每个因子大量数据的得分，除了计算数值以外，数据库的导出和导入工作也是本过程中的一个比较复杂和重要的工作。 提取单个因子的等值线也就是根据不同的指数范围生成分有不同区域的脆弱性图。 其中，编辑钻孔属性结构、给钻孔评
9、分、提取等值线生成脆弱性图这几步是编图工过程中最具技术含量也是最繁琐的工作，也是脆弱性编图的主要工作。完成这些工作必须耐心细致。编辑钻孔属性结构是所有后继工作的基础，是顺利完成后继工作的保证；给钻孔评分涉及数据导出、新建数据库对各因子值进行计算、和数据导入工作；提取单个因子等值线是根据每个因子的得分情况做出的，是以前两步工作为依据而形成脆弱性图。 图 3 生成等值线图 Fig.3 The contour chart 另外，综合脆弱性图可以由各单因子经过空间分析叠加而成，也可以依据单因子钻孔的总得分，也即 DRASTIC 地下水系统脆弱性指标，提取等值线，生成综合脆弱性图。 5 地下水脆弱性分区
10、 5 地下水脆弱性分区 5.1 分区原则 （1） 力求简单明了，为政府部门制定土地利用计划和地下水保护规划，提供科学根据。 （2） 利于地下水资源保护和城市建设经济协调发展，以达到合理布局。 （3） 充分利用现有资料，力求数据准确、结果真实可靠，客观反应实际情况。 5.2 分区方法 根据脆弱性评价的七项因子，首先按单因子的等级和权重做出单因子分区图，然后将七项单因子分区图进行叠加，最后编制成脆弱性综合图。 5.3 脆弱性区域划分 地下水脆弱性具有相对性，脆弱性分区是指一个地区内一个地方比另一个地方更脆弱，脆弱性区域的划分受控于当地水文地质、环境地质条件。 脆弱性指数最小为 23，最大为 226
11、，为方便起见，将脆弱性等级由 226 转化为 100，分为 5 个等级，等级间隔数 20。 地下水脆弱性分区按照综合指数大小由低至高划分为五个等级，指数越小防污性能越好，反之亦然： 第一级：综合指数为 020，地下水脆弱性低，防污性能高； 第二级：综合指数为 2140，地下水脆弱性较低，防污性能较高； 第三级：综合指数为 4160，地下水脆弱性中等，防污性能较高； 第四级：综合指数为 6180，地下水脆弱性较高，防污性能较低； 第五级：综合指数为 81100，地下水脆弱性高，防污性能低。 在研究区内大部分地区脆弱性较高，约占研究区总面积的 80，这与当地的水文地质条件基本是吻合的，研究区地下水
12、位埋深较小，大部地区小于 10.0m，研究区东部水位埋深小于 1.5m。且土壤和饱气带介质岩性主要以粉土、亚粘土为主；其次是脆弱性中等和脆弱性较低的分布区，呈小面积主要分布在研究区西部的河间、献县和南部的孟村、南皮县一带；脆弱性高和脆弱性低的只是局部零星分布。 6 结语 6 结语 地理信息系统的理论与技术方法在水文地质方面特别是地下水脆弱性编图应用方面有很大的作用，利用 GIS 技术完成地下水脆弱性编图，开展城市地质和地区环境地质工作，能获得明显的社会效益。 参考文献： 参考文献： 1 张丽君.地下水脆弱性评价与编图J.国外地质科技，1998(1)。 2 孙才志.林山杉.地下水脆弱性概念的发展
13、过程与评价现状及研究前景J.吉林地质，2000，19(1). 3 姜桂华.地下水脆弱性研究进展J.世界地质，2002，21(1). 4 杨庆，栾茂田，崇金著，等.DRASTIC 指标体系法在大连市地下水易污性评价中的应用J.大连理工大学学报，1999,39(5). 5 王焰新，李义连，付素蓉等.武汉市区第四系含水层地下水有机污染敏感性研究J.地球科学中国地质大学学报，2002，27(5). The application of GIS technique in mapping model of groundwater vulnerability The application of GIS t
14、echnique in mapping model of groundwater vulnerability RUAN Jun, XIAO Xingping, ZHENG Baofeng, YU Xiaofang （ Center For Hydrogeology and Environmental Geology, CGS, Hebei Baoding 071051） Abstract: Abstract: In this paper, it mainly discusses the technique of groundwater vulnerability mapping which i
15、s completed by the application of GIS. If identification the inherent vulnerability of groundwater in a demonstration area and partition the functional areas to protect the groundwater environment, it can make the groundwater resources avoid pollution or reduce to a minimum. And so it can make services for the urban planning and construction. Key word: Key word: Vulnerability, Map, GIS, Ground water
