岩溶区地下水脆弱性风险性评价 ——以重庆市青木关岩溶槽谷为例

论文摘要

在世界上许多地区,地下水是主要的饮用水源,但是随着工业和城市的发展,大量污染物的排放对地下水水质造成了严重威胁。所以在经济活动和保护地下水之间的天平上我们需要采用明智的艺术性的管理来平衡二者。特别是在岩溶区,平衡二者关系是一个很大的挑战,一方面由于可溶岩的风化作用以化学溶蚀为主,留下的成土物质极少,另一方面由于岩溶地区常缺少天然的防渗或过滤层,地表水和一切污染物质很容易通过消水洞等岩溶形态直接进入含水层或地下河,所以岩溶地区是一种脆弱环境,它具有高度的不均一性和水流的二元性（内源水、外源水）、渗透的二元性（点状入渗、面状入渗）、多孔介质的二元性（管道、裂隙）,同时全球1/4的人口用水来源是岩溶区的地下水,对岩溶含水层进行脆弱性评价十分必要。“地下水对污染物的脆弱性”由Margat于1968年首次提出,是水文地质学的一个新概念,在四十多年的研究发展中各国学者对其内涵有不同的定义,其中比较成熟的定义是1993年美国国家科学研究委员会的定义:地下水脆弱性是污染物质到达含水层系统某一特定位置的倾向性与可能性。同时委员会将地下水脆弱性分为两类:一类是本质脆弱性,即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;另一类是特殊脆弱性,即地下水对某一特定污染源或污染群体或人类活动的脆弱性。目前,水文地质学者已经建立了许多地下水脆弱性评价方法,如水文地质背景值法、GOD、DRASTIC、SINTACS、EPIK、PI、COP、AVI、ISIS、REKS、Irish法、German Method等方法。但是在众多的方法中,适用于岩溶区的方法很少,其中的欧洲模型是比较成熟的方法之一,欧洲模型的地下水固有脆弱性概念模型评价考虑四个因子:覆盖层（O）、径流特征（C）、降雨条件（P）、岩溶发育程度（K）,覆盖层对地下水提供一定的保护作用,但在岩溶区外源水可能绕过覆盖层,因此还需要考虑径流特征。对比不同气候条件下的地下水脆弱性评价时,降水条件很重要,但针对小区域时,降雨条件就可以忽略。岩溶发育程度只用于岩溶区,它主要是指岩溶含水层的水动力特征。本文在对研究区（青木关岩溶槽谷）水文地质调查基础上,从当地实际情况出发将斯洛文尼亚模式和越南模式两种方法做了适当的改进,评价了青木关岩溶槽谷地下水的脆弱性和风险性。斯洛文尼亚方法中对固有脆弱性评价选取了C、O、P、K四个因子,具体参数包括土壤质地、土层厚度、包气带岩性、包气带厚度、消水洞、消水河、植被、坡度、地表岩溶发育特征、年内20-80mm的降雨天数、年内大于80mm的降雨天数、地下水运移时间、含水介质、补给贡献率等。斯洛文尼亚方法需要的资料很多,对于许多不发达国家和地区来说,推广有一定的难度,所以我们采用一种简化的欧洲模型（越南模式）。简化模型中地下水的脆弱性评价因子简化为只考虑两个因子,污染风险评价简化为脆弱性评价与简单的污染源危险评价的叠加。该方法可以应用于不同的水文地质条件下,特别考虑了岩溶区的特征。本方法选择了径流条件和保护层能力两个一级指标,土壤质地、土层厚度、水系特征、水流特征四个二级指标来评价含水层的固有脆弱性。用土地利用方式来评价污染危险性。以上两种方法对青木关的地下水脆弱性评价都得到了很好的结果,同时本文用研究区内硝态氮的空间变化图来验证了脆弱性评价结果的合理性,用示踪试验的结果辅证了评价。对比前人的研究,本研究中的新意有以下几点1)选择我国岩溶水环境问题典型地区-川东岩溶槽谷为研究对象。引进了欧洲模型的两种新方法,评价了青木关岩溶槽谷地下水的脆弱性和风险性,评价结果较好反映了地下水质情况,与实际监测资料吻合。2)对斯洛文尼亚方法的改进主要是在植被和坡度的作用上,原方法对植被和坡度的赋值上是统一用一个尺度的,本研究在这个问题上把他们分为两种情况。根据径流条件的不同,C因子有两种情况区别对待,第一种情况是消水洞流域范围内,第二种情况是其他区域。两种情况都考虑坡度和植被,但是方式不同、作用相反。在第一种情况下,坡度越缓,植被越好,那么污水进入消水洞的时间越长,就会有更多的污水经过保护层,而不是直接进入消水洞,那么C因子对O因子的修正就越少,保护能力越强。第二种情况下,污水一部分会入渗,一部分会流到流域外,坡度越缓,植被越好,外流水量小于入渗水,那么进入系统的污染物质越多,保护能力下降。3)对越南方法的改进主要是对C因子处理上考虑了泉口坡面流流域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 地下水脆弱性评价含义
• 1.3 国外研究现状
• 1.4 主要研究方法
• 1.4.1 研究方法分类
• 1.4.2 DRASTIC模型
• 1.4.3 EPIK模型以及欧洲模型
• 1.5 国内研究现状
• 1.6 科学问题的提出
• 1.7 论文研究内容
• 1.8 技术路线
• 第二章 研究区概况
• 2.1 自然地理
• 2.2 地质、水文地质
• 2.3 岩溶发育史
• 第三章 脆弱性风险性评价
• 3.1 改进后的斯洛文尼亚模式
• 3.1.1 总体思路和指标选择
• 3.1.2 改进部分
• 3.1.3 评价过程
• 3.1.4 评价结果
• 3.2 改进后的越南模式
• 3.2.1 总体思路和指标选择
• 3.2.2 改进部分
• 3.2.3 评价过程
• 3.2.4 评价结果
• 3.3 评价结果的验证
• 3.4 比较两种方法的固有脆弱性评价
• 第四章 结论
• 4.1 研究结论及认识
• 4.2 论文新意
• 4.3 区域发展建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介