*
董 亮
1**
朱荫湄1 胡勤海1 小仓纪雄
2
(1浙江大学环境工程系，杭州310029;2东京农工大学，东京183 8509)
摘要 以地理信息系统(Blackland GRA SS 软件)为基础平台，建立了西湖流域基础和专题数据库；结合
地下水污染风险评价专业模型(DRAST IC 模型)，计算出流域内地下水污染风险图.对照流域的土地利用现状，提出流域内的污染优先控制区.研究表明，地下水污染高风险区中，居民区占了14 7%.在流域地下水污染防治中，建议首先对优先污染控制区内的居民区进行生活污水截污.
关键词 地下水 污染风险 DRA ST IC 模型 地理信息系统
文章编号 1001-9332(2002)02-0217-04 中图分类号 X523 文献标识码 A
Evaluating ground w ater vulnerability in West Lake Watershed by using DRASTIC model.DON G L iang 1,ZHU Yinmei 1,HU Qinhai,OGU RA Nor io 2(1Dep ar tment of Envir onment Science,Zhej iang University ,H angz hou 310029;2T he United Gr aduate School of A gr icultur e,T oky o Univer sity of A gr iculture and T echnology ,T oky o 183 8509). Chin.J.A p p l.Ecol.,2002,13(2):217~220.
Supported by Blackland G RASS Geog raphic Information System (G IS),the basic and special environmental databases of West L ake Watershed were established.T he vulnerability map of ground water pollution was calcu lated and drawn by integrating GIS and DRAST I C model.Comparing to the present situation of land use,critical area of gr ound water pollution had been determined.T he residential area accounted for 14 7%of the hig h sus ceptible area,and wastewater in the residential area should be piped and treated first.
Key words G round w ater,Vulnerability ,DRAST IC model,Geog raphic Infromation System.
*中英合作项目(SHA/992/297)和浙江省科技计划项目(99 2 030).
**通讯联系人.现地址：浙江大学(华家池校区)环境工程系，杭州310029.
2001-04-17收稿,2001-08-06接受.
1 引 言
地下水是一种非常重要的资源，在全世界被广泛的利用.在法国，饮用水的65%来自地下水，德国为72
%，瑞士为84%，而在澳大利亚则超过了90%[6].但是随着人类活动的日益加剧，地下水面临严重污染危胁，如有毒化合物、农药、硝酸盐等各类污染[5,11]
.目前，研究流域范围地下水污染时，一个较好的方法是采用地理信息系统(Geog raphic In form ation System,GIS)来管理大量的历史数据和资料，并与专业模型相结合做一些宏观的预测和研究[2,13]
.DRAST IC 模型是一个适用于大范围区域的地下水污染风险预测模型，国外对其已经有了较好的应用
[9,12]
，但是目前国内对它的应用还不多
见.本研究试图将DRASTIC 模型与GIS 结合，对西湖流域的地下水污染风险进行预测和评价.2 研究方法
2 1 研究区域
研究范围为西湖流域(图1)，流域三面环山，总面积约27km 2，其中水域面积约5 7km 2.
研究采用了Blackland G RASS 地理信息系统软件，它是G RASS 地理信息系统软件的一个Windows 版本，由美国德
州农业实验站开发，比较擅长于栅格数据的处理.
图1 西湖流域边界
Fig.1Locati on of W est Lak e W atershed.
2 2 建立地理信息数据库
本研究使用的图形资料有:1)1 10000流域地图.1986年出版.分层提取出地形图(5m 等高距)和流域边界.地图中有土地利用现状，分类提取后经实地调查修正，生成西湖流域土地利用现状图.2)1 25000流域地质图，浙江地质矿产局编制.1984年出版.3)1 250000流域土壤图，浙江省土壤普查办公室编制.1988年出版.上述地图采用扫描输入，通过屏幕数字化生成矢量文件，构成GIS 基础数据库.模型运算时，转化为栅格文件计
应用生态学报 2002年2月 第13卷 第2期 CHIN ESE JO UR NAL OF A PPL IED ECOLO GY,Feb.2002,13(2) 217~220
算，生成的中间文件和结果共同构成GIS 专题数据库.2 3 应用DRAST I C 模型
DRA ST IC 是一个用于评价区域地下水污染风险的地下水水质模型[1]，由美国国家环保局开发，模型
包括了影响区域地下水水质的7个水文地质因子.该模型主要是确定了各水文地质因子的相对权重，以此评价地下水受污染的相对难易程度，其表达式如下.DRAST IC Index =Dr Dw+Rr Rw +A r Aw+Sr Sw+T r T w+I r Iw +Cr Cw
其中,Dr 、Rr 、A r 、Sr 、T r 、Ir 、Cr 分别为因子D 、R 、A 、S 、T 、I 、C 的分级值;Dw 、Rw 、A w 、Sw 、T w 、Iw 、Cw 分别为因子D 、R 、A 、S 、T 、I 、C 的权重值.各类分级值和权重值均可查表确定，计算所得DRAST IC 指数值越大，则地下水面临污染的相对风险也越高.
DRASTIC 模型在国外已经广泛的应用在农药和硝酸盐污染风险评价，并在美国、非洲和以列等地获得了满意的效果[7,8,10].国内对DRAST IC 模型的应用刚刚起步，目前在大连市已经开展了研究，并对市区的地下水污染进行了评价[14].2 4 模型各因子确定
2 4 1地表到地下水的深度 因子D 反映了地表水渗漏至含水层所经过的母质厚度.研究于2000年3月、6月和7月，分别对流域内34处水井测量了水位.取平均水位插值并分级，确定D 因子(图
2).
图2 因子D 分级图
Fig.2M ap of D sub factor.
2 4 2地下水回补率 地下水的一个重要补给来源是降水，因子R 代表了降落至地表并渗入含水层的总水量.本研究通过计算NL EAP 模型的渗漏因子PI [4]，确定R 因子.计算得整个流域的R 值都大于30cm a -1，因此R 因子取最大分级值9.2 4 3含水层母质 含水层母质有多种类型，直接影响到地表水的淋溶，如水流很难透过页岩和粘土岩，但渗入砂岩和砾石层却非常容易.依据流域地质图中对各类岩性的描述，确定因子A(图3).
2 4 4土壤母质 因子S 代表了包气带至地表的土壤的影响，由研究区域的土壤图确定(图4).
2 4 5地形 地形因子T 可以从地形图或区域数字高程模型中获得.本研究利用GI S 计算出流域坡度图，按坡度分级确定因子T (图5).
2 4 6包气带影响 因子I 考虑了包气带的影响，依据地质图查分级表确定(图6).
2
4 7水力传导率 因子C 反映了含水层中水流的迁移能
力.一般而言，含水层母质为砂岩、砾石层或卡斯特石灰岩时，水力传导率较高，污染物比较容易渗入含水层，其分级权重也相对较高.本研究按照不同岩石的常见水力传导系数，确定因子C(图7).
图3 因子A 分级图
Fig.3M ap of A sub factor.
图4 因子S 分级图Fig.4M ap of S sub factor.
图5 因子T 分级图
Fig.5M ap of T sub factor.
图6 因子I 分级图
Fig.6M ap of I sub factor.218应 用 生 态 学 报 13卷
图7 因子C分级图
Fig.7M ap of C sub factor.
3 结果与讨论
3 1 DRASTIC各因子分级图
3 2 DRASTIC指数图
将上述各因子代入DRAST IC指数公式，利用GRASS的栅格运算函数(rmapcalc)求得DRAST IC 指数值(图8).
图8 DRAST IC指数图
Fig.8M ap of DRAST IC index.
3 3 DRASTIC风险图
依照表1分级，得出地下水污染风险图(图9)，该图反映了流域内地下水污染的相对风险情况.
在区域规划和管理中，地下水污染风险图可以为管理层提供较有价值的参考信息.对于地下水污染的高风险区域，应避免采用较强烈的土地利用(如水田和菜地等)；区域内的污染源(工厂、餐馆和居民区等)应该优先考虑截污；规划设计中，如有可能，高污染风险区内应考虑以林地和绿化缓冲带为主.
3 4 污染优先控制区
DRASTIC模型并没有考虑土地利用因素，但是许多研究发现土地利用对地下水，尤其是浅层地下水的水质有着显著的影响[3]，因此同时考虑土地利用的作用能更准确地划分出地下水污染高风险区域.基于此点，本研究在DRAST IC风险图中结合西湖流域的土利用现状，提出建立污染优先控制区. 对比西湖流域土地利用现状图，可以了解不同土地利用类型在地下水污染高风险区域的分布情况(图10).其中，林地面积最大，约占73 3%；其次是
居民区，约占14 7%.表1 DRAST IC指数分级表
Table1G rade table of DRASTIC index
范围
Range
地下水污染风险分级
Risk grades of ground water poll ution
<135低Low
135~150中度M iddle
>150高High
图9 地下水污染风险图
Fig.9Risk map of ground w ater pollution.
L：低风险区Low risk area,M：中风险区M iddle risk area,H：高风险区High risk area.
图10 高风险区土地利用情况
Fig.10Land use types in high risk area.
各种土地利用中，农田施肥、居民区生活污水(市郊的居民区目前还未完全截污)相对较易引起地下水污染.从图10中提取水田、菜地和居民区类型，合并生成流域内地下水污染优先控制区(图11).
图11 地下水污染优先控制区
Fig.11Priority control areas of ground w ater pollution.
4 结 论
DRAST IC模型中的7个因子被公认为反映地下水污染风险的最重要的因子.而且，它也是目前为
219
2期 董 亮等：应用DRAST IC模型评价西湖流域地下水污染风险
数不多的适用于大范围污染风险预测的模型.本文以Blackland GRASS地理信息系统软件为基础平台，结合DRAST IC模型，研究了西湖流域地下水的污染风险.生成了流域地下水污染风险图，并结合土地利用现状，提出了流域内的优先污染控制区，为西湖流域今后的开发和规划提供了较有价值的参考信息.研究表明，地下水污染高风险区中，居民区占了14 7%.因此今后西湖流域地下水污染的防治，应该首先考虑优先污染控制区内居民区的生活污水截污.
致谢 感谢浙江省国土资源厅地质调查院的董岩翔高级工程师，为本研究提供了大量的地质资料和建议.
参考文献
1 Aller L,Bennett T,Lehr H,et al.1987.DRASTIC:A s tandardi zed sys
te m for evaluati ng ground water pol lution potential using hydrogeol ogic settings.National Water Well As sociati on.U.S.Environmental Protec ti on Age ncy.ADA,Okl ahoma.35~66
2 Dennis LC,Kei th L,Timothy RE.1998.GIS based modeling of
nonpoint source pollutants in the vadose zone.J S oil Water Conser, 53(1):34~38
3 Follet RF,Shaffer M J,Brodahl M K,et al.1994.NLEAP simula
tion of residual soi l nitrate for irrigated and non irri gated corn.J Soil Water Conser,49(4):375~382
4 Gumtang RJ,Pampolino M F,Tuong TP,et al.1999.Groundw ater
dynamics and quality under i ntensive cropping systems.Exp A gric, 35(2):153~166
5 Kladivko EJ,Grochulska J,Turco RF,et al.1999.Pesticide and ni
trate transport into subsurface tile drains of different spacings.J
En viron Qual,28:997~1004
6 Kobus H.2000.Soi l and Groundw ater Contamination and Remedia
tion Technology in Europe.In:Sato K,Lw asa Y eds.Groundwater Updates.Hong Kong:Best set T ypesetter Ltd.3~8
7 Lynch S D,Reynders AG,Schulze RE.1997.A DRASTIC approach
to ground w ater vulnerability in South Africa.S outh Af ric a n J S ci,93(2):59~60
8 M elloul AJ,Collin M.1998.A proposed index for aquifer w ater
quality as sess m ent:The case of Israel s Sharon region.J E nv iron M an,54(2):131~142
9 Navulur KCS,Engel BA.1998.Groundw ater vulnerabi lity asses s
ment to non point source nitrate pollution on a regional scale using GIS.T rans AS AE,41(6):1671~1678
10Smith PA,Scott HD,Fugitt T.1994.Influence of geographic database scale on prediction of groundw ater vulnerability to pesti cides.J S oil Contam,3(3):285~298
11 Smith CN,Payne WR,Pope J D,e t al.1999.A field study to com
pare performance of stainless steel research monitoring w ells w ith existing on farm drinking w ater w ells in measuring pesticide an d n i trate concentrations.Chemosp here,38(4):875~889
12 Stark SL,Nuckols JR,Rada J.1999.Using GIS to investi gate septic
sys tem sites and ni trate polluti on potential.J E nv iron Health,61
(8):15~20
13 Tim U S.1996.Coupling vadose zone models w i th GIS:Emerging
water pollutiontrends and potential bottlenecks.J E nv iron Qual,25:535~544 14 Yang Q(杨 庆),Luan M T(栾茂田),Chong J Z(崇金著),et
al.1999.Study of application of DRASTIC index to assess m ent of groundw ater vul n erability to pollution of Dalian ci ty.J Dalian Univ T echnol(大连理工大学学报),39(5):684~688(i n Chinese)
作者简介 董 亮，男,1972年生，博士，主要研究方向为农业非点源污染，发表论文2篇.E mail:dong L@bigfoot
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220应 用 生 态 学 报 13卷
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