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地下水作为水资源的重要组成部分,对支撑经济社会可持续发展具有举足轻重的重要意义。由袁道先院士牵头承担的“中国西南岩溶石山地区重大环境地质问题及对策研究”调查结果显示:“西南岩溶区水环境问题呈现污染源多样化,污染由点向面发展,有机污染与无机污染并存等特点。西南岩溶区3066条地下河面临城市生活、工业以及农业多重污染的挑战,正受到变为排污下水道的威胁!”而我国西南岩溶区特有的“土在楼上,水在楼下”的水土资源空间分布格局使岩溶含水层对环境污染异常敏感,极其脆弱。如何合理有效的开发和保护岩溶地下水已经成为一个亟待解决的问题。而含水层脆弱性与风险性评价与填图正是区域地下水资源管理和保护的重要手段。通过对含水层脆弱性和风险性的评价研究,可以了解人类利用土地活动与地下水污染之间的关系,表征污染源的位置以及可能存在的污染风险,刻画出地下水易被污染的高风险区,为土地利用规划和地下水资源管理提供强有力的工具,从而帮助管理者和决策者制定有效的地下水保护战略和措施。
本文选取桂林东区典型峰林平原和峰丛洼地区为研究点,在充分调查和掌握了研究区的气候、地貌、地质、水文、土壤覆盖等地质背景资料以及前人已经取得的研究成果信息的基础上,开展了区域内详细的水文地质调查,重点获取了研究区内的地质结构、钻孔资料、覆盖层类型和厚度、地下水水位埋深、岩溶形态(如溶洞、脚洞、落水洞等)与含水层的关系等基础资料,结合野外水文地质调查、水质监测、示踪试验和抽水试验等手段搜集含水层信息,认真分析了峰林平原和峰丛洼地区岩溶含水层脆弱性的特征。在此基础上,选取土壤覆盖层(O)、岩溶发育程度(K)、地下水埋深(D)、径流入渗特征(I)、地形地貌(T)等五个因子,建立了适合峰林平原和峰丛洼地区脆弱性评价的指标体系OKDIT模型,并选取了土地利用方式因子(L)来表征研究区的污染危险性特征,利用MapGIS、ArcView、ArcGIS8.3等地理信息系统软件平台进行了桂林东区脆弱性和风险性评价。并运用峰丛洼地区中丫吉试验场的示踪试验、峰林平原区的示踪试验和抽水试验、以及平原区水化学资料和地下水中硝酸根离子浓度资料来验证了模型和评价的准确性和合理性。最后,结合研究认识,对桂林东区岩溶地下水保护提供了一些意见和建议。
研究结果表明:桂林东区总面积135.6 K㎡,其中较高与高脆弱性区域的面积达51.9K㎡,占东区总面积的38%,其中高脆弱性区域占11%,较高脆弱性区域占27%;中等脆弱性区域面积为47.06 K㎡,占东区总面积的34.7%;而低脆弱性和较低脆弱性区域的面积总共为36.64 K㎡,占东区总面积的27%。总体上,桂林东区大部分面积地下水都具有较高程度的脆弱特征,地下水容易受到污染。其中,脆弱性高的区域为桂林市区-蒙正村、岩前村-七里店-横塘农场所在区域,而桂林市北面广阔的农田区、丫吉村南面的大面积土地也都是脆弱性较高的区域。而峰丛洼地区脆弱性较高,但存在落水洞的洼地区脆弱性高;尧山的大面积地区都为低脆弱性区域,说明了石灰岩地区含水层的脆弱性要比碎屑岩地区的高。其他一些脆弱性地区分布较零散,主要集中岩溶强烈发育的地段,如孤峰、塌陷、揭露地下水位的湖塘和溪渠、以及地下水位埋深较浅的地段等。
风险性评价是在固有脆弱性评价的基础上,结合考虑人类活动对地下水的影响,叠加污染危险性评价图而得到的。桂林东区靠近市区的地段大多为高风险区,风险性程度与人类活动程度有较好的对应性。其中,岩溶含水层风险程度高的区域面积达46.30K㎡,占东区总面积的34%;风险性中等的面积为65.56K㎡,占全区总面积的48%;风险性低的区域面积为23.75K㎡,占全区总面积的18%。总体上,在峰林平原靠近桂林市区的大面积地区均为高风险性地区,桂林市东南面主要是由于强烈的人类活动以及工矿企业、采石场、医药厂等分布有关;而桂林市北面大面积的耕地和水稻田,东干渠和支渠流经该区域时沿途发生渗漏。在尧山以及西麓的洪积裙地带,由于覆盖层很厚且隔水性能好,土地利用方式主要以园地和草地为主,人类活动相对较弱,因而脆弱性和风险性程度都属于中等。而峰丛洼地山区固有脆弱性程度高,但是由于没有人类活动,不具有污染源,因而地下水污染的可能性也比较小,风险性中等。需要注意的是,固有脆弱性高的地区,地下水并不一定就会受到污染;而固有脆弱性低的区域,也可能由于强烈的人类活动和高的危险性,因而具有高的风险性,人类活动的方式和强弱直接影响到岩溶含水层的安全。通过研究区2009年8月份的地下水硝酸根分布情况以及典型岩溶水点近50年以来的水化学资料,验证和进一步探讨了人类活动对岩溶含水层脆弱性的影响,结果表明评价结果科学合理,能够反映实际情况。
地下水脆弱性和风险性评价是保护含水层的有效手段。通过研究成果,本文对桂林东区地下水资源开发和保护提出了一些意见和建议。
峰林平原和峰丛洼地作为中国西南地区两种最典型的岩溶地貌类型,也是人类活动特别频繁和密集的区域。近年来,地下水污染问题日益凸显,已经严重影响到人民的饮水安全甚至社会经济发展。本文为探索西南岩溶地区含水层的脆弱性评价方法和保护对策提供了实例,具有重要的参考价值。