1. 引言

地下水资源是保障可持续发展不可缺少的重要资源，地下水水质安全及污染防控一直是全球关注的主要环境问题之一[1]。淮河流域(淮滨县地区)新型工业化、城镇化及农业现代化近年来高速发展，可能引发区域潜在生态环境问题，且经济社会发展与生态环境保护的协调联动发展关系亟待进一步完善。由于该区从未系统开展过地下水饮用水源地补给区环境状况调查评价工作，对地下水污染总体状况还缺乏全面系统的了解，对地下水污染的潜在危害研究不足。因此，开展地下水脆弱性评价研究意义重大[2]。面向松散岩类地下水的脆弱性评价方法较多，比如迭代指数法、模糊数学综合评价法和过程数值模拟法等，经过不断发展与改进，目前较为通用的方法是以迭代指数法为基础的DRASTIC评价模型。鉴于目前淮河流域淮滨县相关研究较少，为摸清研究区地下水环境状况，本文根据信阳市淮滨县实际情况，基于DRASTIC模型对淮滨县的地下水环境进行脆弱性评价。为当地供水安全、生态文明建设提供保障，同时为预防地下水污染，保护地下水环境提供科学依据。

2. 研究区概况

淮滨县，河南省信阳市下辖县，位于信阳市东北部，地处东经115˚11'~115˚35'，北纬32˚15'~32˚38'之间，总面积1209平方公里。淮滨县地处北亚热带与暖温带的过渡地区，属于暖温带湿润型气候，年平均温度为15.5℃。淮滨县的淮、洪、白、闾四河的河面面积约23.7 km²，占全县总面积的2%。淮河干流自西向东穿境而过，洪河、白露河、闾河流至境内汇入淮河，加之县内河流乌龙港和幸福河，河流面积3.6万亩。淮滨县多年平均降水量为938.0 mm，多年平均径流深为274.0 mm，多年平均径流量为3.31亿m³，浅层地下水储量为53.7亿m³，每年平均开采量为1.56亿m³。水资源总量合计为4.805亿m³，人均990 m³，略低于全省水平。

淮滨县南连大别山缓岗丘陵，北属黄淮平原，为丘陵向平原过渡地区，是河南黄淮海平原南缘的一个组成部分。总体地势比较平坦，淮河以北由西向东倾斜，淮河以南由西北向东南逐渐降低，受地质构造控制，地貌大体分为岗地、平原和洼地三种类型。研究区在区域地质构造上处于确山–固始断裂以北，属华北平原的南缘，被古近纪、新近纪和第四纪地层覆盖，厚度200~1000 m (东南部薄，西北部厚)。覆盖层以下主要是中生代侏罗系，岩性为石英砂岩和砾岩，南部有一部分古生代寒武系，奥陶系出露，岩性以灰岩为主。研究区地下水主要为第四系松散岩类孔隙承压水，赋存于细砂中，分布较广，粉质壤土构成其隔水顶板，粉质粘土构成其隔水底板。根据地下水的赋存、运移和排泄特点，承压水主要受侧向径流补给，排泄主要为侧向径流与人工开采。

研究区内松散岩类孔隙水含水层划分为浅层水和深层水。

2.1. 浅层水含水层

富水区分布于南部冲积河谷平原的吴小庄–县城–大新房一带。面积约占总面积的三分之一，该区地势西北高，东南低，地面高程27~30 m。含水层岩性为全新统粉细砂、粉土；底板埋深20 m左右，厚度10~15 m。含水层顶部的全新统粉土，其孔隙、裂隙较发育，有利于大气降水的入渗补给。含水砂层厚度较大且均质，其储水性及导水性能较好。水位埋深4~6 m，导水系数174.25~415.38 m²/d。地下水化学类型主要为HCO₃-Ca型水，老城区为HCO₃-Ca·Na型水，矿化度0.27~0.35 g/L。

中等富水区分布于北部的冲积缓倾斜平原及东北部冲积河谷平原，面积较大，约占总面积的三分之二。该区地势西北高，南部及东北角低，地面高程27~36 m。含水层岩性为全新统粉细砂、粉土和上更新统粉质粘土，其孔隙、裂隙较发育，有利于大气降水的入渗补给。含水砂层较均质，其储水性及导水性能一般。水位埋深2~4 m，导水系数220.9~426.14 m²/d。地下水化学类型为HCO₃-Ca型，西北部新庄–王营子–带为HCO₃-Ca·Mg型水，矿化度0.17~0.40 g/L。

2.2. 深层水含水层

强富水区分布于东北部至西部边缘，即霍店–张营–栏杆–王营子–后庄一带，面积约占总面积的五分之二。含水层岩性为中更新统中粗砂，下更新统泥质中粗砂、泥质中细砂、泥质细砂等；含水层顶板埋深50~70 m；砂层厚度90~100 m。单井涌水量3288~4610 m³/d。水位埋深10 m左右，水化学类型为HCO₃-Na型水，矿化度0.41 g/L。

富水区分布于西南大部至南部边缘，即新庄后刘湾–张营县城–大新房一带。面积较大，约占总面积的五分之三。含水层岩性为中更新统中粗砂，下更新统的泥质中粗砂、泥质中细砂、泥质细砂等；含水层顶板埋深70 m，以东为50~70 m；砂层厚度大部分为80 m左右，西部神庄–西王集–带大于90 m。单井涌水量1000~1955 m³/d，水位埋深6.0~13.0 m左右。水化学类型为HCO₃-Na型水，矿化度0.42~0.61 g/L。

3. 数据与方法

3.1. 数据来源

Table 1. Data sources and processing methods of the DRASTIC model

表1. DRASTIC模型数据来源及处理方法

地下水DRASTIC模型评价指标有地下水埋深D、地下水净补给量R、含水层介质类型A、土壤介质类型S、地形坡度T、包气带介质类型I、含水层富水性C。将各个评价指标分成几个区段(对于连续变量)或几种主要介质类型(对于文字描述性指标)，并根据各个指标的相对重要性进行赋分，评分范围为1~10，对地下水脆弱性影响越大评分越高，各指标数据来源见表1。

3.2. 研究方法

地下水脆弱性评估主要针对浅层地下水，与污染源或污染物的性质和类型无关，主要取决于地下水所处的地质与水文地质条件[3]。DRASTIC模型是目前国内外广泛使用的一种地下水脆弱性评价方法，它属于地下水脆弱性评价方法中迭置指数法中的系统参数法[4]。DRASTIC模型由地下水位埋深(D)、垂向净补给量(R)、含水层厚度(A)、土壤介质(S)、地形坡度(T)、包气带介质类型(I)和含水层渗透系数(C)等7个水文地质参数组成[5]。模型中每个指标都分成几个区段，每个区段赋予评分。然后根据每个指标对脆弱性影响大小计算相应权重，最后通过加权求和，得到地下水脆弱性指数(DI) [6]。

$DI=D_W{D}_R+R_W{R}_R+A_W{A}_R+S_W{S}_R+T_W{T}_R+I_W{I}_R+C_W{C}_R$

式中，DI表示地下水脆弱性指数，字母D、R、A、S、T、I、C说明参见表1，下标R表示指标值，下标W表示指标的权重[7]。

根据DI值，将脆弱性分为低、较低、中等、较高和高5个等级。DI值越高，地下水脆弱性越高，反之脆弱性越低。指标等级划分和赋值见表2 [8]。

Table 2. Classification and assignment of pore water/fissure water vulnerability assessment indicators

表2. 孔隙水/裂隙水脆弱性评估指标等级划分和赋值

根据上述各指标的评分和权重值，经计算可知地下水脆弱性综合指数取值范围为23~230。综合指数值与脆弱性评价结果级别的对应关系如表3所示[9]。

Table 3. Recommended values for pore water vulnerability assessment

表3. 孔隙水脆弱性评价结果等级划分推荐值

地下水脆弱性评估结果是对地下水脆弱性指数进行分级，一般按脆弱性由高到低依次为高、较高、中等、较低、低5个等级，在GIS环境下计算得出地下水脆弱性评估分区图[10]。

4. 地下水脆弱性评价

4.1. 地下水位埋深(R)

地下水位埋深主要受地形地貌等条件控制[11]，反映了污染物从地表通过包气带到达地下水的距离，地下水埋深越大，污染物经历的各种反应越充分，污染地下水的程度越小，地下水脆弱性越低[12]。本区地下水主要为第四系松散岩类孔隙承压水，赋存于细砂中，分布较广，粉质壤土构成其隔水顶板，粉质粘土构成其隔水底板。根据地下水的赋存、运移和排泄特点，承压水主要受侧向径流补给，排泄主要为侧向径流与人工开采，淮河是地下水的最低排泄基准面，地下水位主要受季节和天气影响，汛期地下水位较高，旱季和枯水期地下水位较低。承压水位高程随淮河水位变化，一般为23.5~27.0 m。研究区为丘陵向平原过渡地区，总体地势较为平坦，潜水位埋深较浅，大多在8 m以内。评分等级在7以上，张庄乡–邓湾乡–台头乡一带地下水位埋深较深，地下水埋深整体呈现出中部深，四周浅的趋势，淮滨县地下水埋深分级见图1 [13]。

Figure 1. Groundwater level depth score map of Huaibin County

图1. 淮滨县地下水位埋深评分图

4.2. 垂直净补给量(D)

净补给量是指在特定时间通过包气带进入含水层的水量，补给量越大，污染物污染地下水的可能性越高，脆弱性越高[14]。研究区地处北亚热带与暖温带气候过渡地带，受季风气候的影响，降水量年内分布不均匀，6月、7月、8月雨量丰富，雨热同期，有利于农作物及林木生长[15]。研究区主要考虑当地降水入渗补给量来代表垂向净补给量，计算表明，研究区北部及中部地下水垂直净补给量一般在147~178 mm/a之间，南部张庄乡–王店乡一带净补给量多小于100 mm/a，其余地区多超过180 mm/a。淮滨县的净补给量分级见图2。

Figure 2. Vertical net recharge score map of Huaibin County

图2. 淮滨县垂直净补给量评分图

4.3. 含水层厚度(A)

含水层厚度主要反映地下水存储空间的大小，含水层厚度越大，地下水脆弱性越低[16]。研究区地下水主要为第四系松散岩类孔隙承压水，赋存于细砂中，分布较广，粉质壤土构成其隔水顶板，粉质粘土构成其隔水底板。新里镇和芦集乡区域的含水层厚度为20~25 m之间，三空桥乡和赵集镇区域含水层厚度在15~20 m之间，固城乡–台头乡和防胡镇东部一带含水层厚度在10~15 m，其余地区含水层厚度均小于10 m。含水层厚度由新里镇和芦集乡向四周逐渐变浅，相应地脆弱性也随之增大。淮滨县含水层厚度分级见图3。

4.4. 土壤介质(S)

土壤介质影响渗入地下水的补给量和污染物垂直进入包气带的能力，颗粒越小，含水量越高，脆弱性越低[17]。

Figure 3. Aquifer thickness score map of Huaibin County

图3. 淮滨县含水层厚度评分图

Figure 4. Soil medium score map of Huaibin County

图4. 淮滨县土壤介质评分图

淮滨县在区域地质构造上处于确山—固始断裂以北，属华北平原的南缘，受地质构造控制，地貌大体分为岗地、平原和洼地三种类型。以淮河为界，岗地主要分布于淮河南岸，由第四纪坡积、洪积物所形成，土壤介质多为粘质壤土，岩性以棕褐色粘土、亚粘土为主，主要分布在张庄乡–王店乡–期思镇一带。淮河以北各乡镇属于黄淮平原范围，地势较为平坦。淮北平原出露地层为第四纪上更新统，岩性多为粉质砂土。淮河两岸多为洼地，这些洼地多为古河道淤积而成，淮河及其支流沿岸，为中更新统，岩性是砂质壤土。淮滨县土壤介质分级见图4。

4.5. 地形坡度(T)

地形坡度是地形的倾斜程度，地形坡度越大，污染物越容易随地表径流迁移，从而污染地下水，地下水脆弱性越低[18]。淮滨县处于大别山复式背斜构造的北侧，连同周围的构造体系，统属秦岭东西向构造带的南亚带。在淮滨至息县隆起区内，地层有褶皱和断裂，因而形成局部隆起与下降。地层走向与区域构造线的方向基本一致，推测多为单斜，倾向东北，倾角平缓，一般不大于40˚，断层相对发育。淮滨县地形坡度评分见图5。

Figure 5. Topographic slope score map of Huaibin County

图5. 淮滨县地形坡度评分图

4.6. 包气带介质(I)

包气带介质控制着渗透途径和渗流长度，并影响污染物衰减和与介质接触时间[19]。研究区包气带介质主要为黏土，亚粘土和亚砂土，整体脆弱性较小。淮河两岸主要为黏土，北部地区包气带介质以亚粘土为主，脆弱性小，南部县界周围地区以亚砂土为主，脆弱性略高。淮滨县包气带介质见图6。

4.7. 含水层渗透系数(C)

研究区浅层水含水层岩性为全新统粉细砂、粉土和上更新统粉质粘土。含水层顶部的全新统粉土，其孔隙、裂隙较发育，有利于大气降水的入渗补给[20]。含水砂层较均质。整个研究区的渗透系数在12~20 m/d之间，因此将其都划分为一个等级，淮滨县含水层渗透系数分级见图7。

Figure 6. Scoring chart of the medium in the air-encapsulated zone in Huaibin County

图6. 淮滨县包气带介质评分图

Figure 7. Score map of aquifer permeability coefficient in Huaibin County

图7. 淮滨县含水层渗透系数评分图

4.8. 评估结果

由图8可以看出，淮滨县大部分地区的地下水脆弱性为较高等级，面积为625.5 km²，占总面积的78.32%。脆弱性等级为中等的地区主要为淮河以南的张庄乡一带以及王店乡的北部地区，面积为74.11 km²，占总面积的9.28%。地下水脆弱性等级为高的地区主要为淮滨县城区的东北部局部地区，王店乡以及期思镇的南部白露河沿线，面积为99.03 km²，占总面积的12.40% [21]。

Figure 8. Vulnerability assessment score map of Huaibin County

图8. 淮滨县脆弱性评价评分图

5. 结语

1) 基于研究区水文地质条件和DRASTIC模型对研究区的地下水脆弱性进行评价，研究区内的脆弱性分区面积占比按从大到小的顺序依次为较高、高、中等。其中脆弱性较高等级分区的面积占整个研究区的四分之三，基本分布在张庄乡和王店乡一带，脆弱性高等级分区约占整个研究区的八分之一。以淮河为界，除王家岗乡西北部有小部分脆弱性高等分区外，淮河北部都为脆弱性较高分区。

2) 根据土地利用现状和淮滨县发展规划，淮滨县大部分地区被划为永久基本农田，因此研究区在地下水开采利用方面应注意开采强度以及提高水资源利用效率，同时开展农业面源污染综合治理，地表水环境治理，减少对地下水环境的影响。对于脆弱性等级高的地区应减少该地区的土地开发利用，避免在此地区过量施肥或建立高污染企业。评价结果为研究区地下水污染防治、国土空间规划、地下水资源保护利用等提供了较为科学的基础数据支持，同时对后续如地下水污染评估、治理、防治等工作具有一定的参考价值。

参考文献