地下水脆弱性评价步骤

Question

如题所述

Answer 1

4.3.3.1 评价单元的划分

4.3.3.1.1 评价单元划分方法

(1)按照自然地理单元、行政区划单元或经济开发(土地利用)单元等一定的标准将整个评价区划分成有限数量的自然评价单元;

(2)抛开自然边界，将之剖分成数量众多但形状和大小都相同的网格单元。剖分单元间距可根据评价区域的大小、数据资料丰富程度、评价区的复杂程度，以及评价精度要求来确定，并可根据实际情况在复杂地段加密。

4.3.3.1.2 评价单元编号原则

(1)同一区域单元编号应该连续;

(2)评价单元编号不能重复。

4.3.3.2 数据获取及预处理

4.3.3.2.1 所涉及的参数及相关要求

本技术要求推荐采用基于DRASTIC的模糊评价模型来评价地下水脆弱性。基于DRASTIC的模糊评价模型是将以下每个参数分成几个区间，每个区间都赋以一个分值，而每个参数赋以一个权重，运用模糊评价模型评价地下水的脆弱性。评价单元各指标特征值的选取按照附件1执行。

4.3.3.2.1.1 含水层埋深D(Depth to Water)

如果是潜水含水层，由地下水位确定含水层埋深;如果是承压含水层，则取承压含水层顶板为含水层埋深。单位统一为m。

4.3.3.2.1.2 净补给量R(Net Recharge)

净补给量主要来源于降雨量，可用降雨量减去地表径流量和蒸散量来估算净补给量，或者用降水入渗系数计算。单位统一为mm。

4.3.3.2.1.3 含水层组介质类型A(Aquifer Media)

本技术要求中将含水层组介质分为以下10类:

(1)块状页岩、粘土;

(2)裂隙发育非常轻微的变质岩或火成岩、亚粘土;

(3)裂隙中等发育的变质岩或火成岩、亚砂土;

(4)风化变质岩或火成岩、粉砂;

(5)裂隙非常发育的变质岩或火成岩，冰碛层、粉细砂;

(6)块状砂岩、块状灰岩、细砂;

(7)层状砂岩、灰岩及页岩序列、中砂;

(8)砂砾岩、粗砂;

(9)玄武岩、砂砾石;

(10)岩溶灰岩、卵砾石。

4.3.3.2.1.4 土壤介质类型S(SoilMedia)

本技术要求所指土壤层通常为距地表平均厚度2m或小于2m的地表风化层。在此，土壤介质分为以下10类:

(1)非胀缩和非凝聚性粘土;

(2)垃圾;

(3)粘土质亚粘土;

(4)粉砾质亚粘土;

(5)亚粘土;

(6)砾质亚粘土;

(7)胀缩或凝聚性粘土;

(8)泥炭;

(9)砂砾石;

(10)卵砾石。

4.3.3.2.1.5 地形坡度T(Topography)

单位统一为‰。

4.3.3.2.1.6 渗流区介质类型I(Impact of the Vadose Zone Media)

渗流区是指潜水水位以上或承压含水层顶板以上土壤层以下的非饱和区或非连续饱和区。分为以下10种类型:

(1)粘土为主;

(2)亚粘土为主;

(3)亚砂土为主;

(4)粉砂为主;

(5)粉细砂为主;

(6)细砂为主;

(7)中砂为主;

(8)粗砂为主;

(9)砂砾石为主;

(10)卵砾石为主。

4.3.3.2.1.7 含水层渗透系数C(Conductivity of the Aquifer)

影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于含水层中介质颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的黏滞性等，通常可通过试验方法或经验估算法来确定K值。单位统一为m/d。

4.3.3.2.2 数据的预处理

数据的处理方法视数据类型的不同而不同。

(1)对通过测量不能直接得到的3项指标:含水层组介质类型(A)、土壤介质类型(S)和渗流区介质类型(I)，分别按照附件1的要求进行分级(分类)并给出相应的定额(参照附件1中表2，3，4);

(2)对通过测量可以直接得到的4项指标:含水层埋深(D)、净补给量(R)、地形坡度(T)和含水层渗透系数(C)，直接选取实际测量值。

举例说明:选取5个备选的水文地质单元，将7项评价指标特征值按照图4.3.1格式要求在Excel中输入并保存。

4.3.3.3 权重的确定

本技术要求中提供两种确定权重的方法，用户可以根据自己对研究区的了解程度及需求选择不同的方法，目的是使所取的权重更加合理。

图4.3.1

4.3.3.3.1 参考DRASTIC中给定的权重

由国内外大量实验综合，并借鉴DRASTIC方法提供给定的7项指标不同的权重，见表4.3.1所示。

表4.3.1 DRASTIC方法中各指标的权重

按照 的要求归一化后得到两种情况下的指标权向量。

正常情况下脆弱性的归一化权重w_i为

地下水资源调查评价技术方法汇编

有农药污染的情况下脆弱性的归一化权重w_i为

地下水资源调查评价技术方法汇编

4.3.3.3.2 方根法确定权重

在DRASTIC中，根据指标的相对重要性给7项指标赋予1～5大小不等的权重。但是，实际上影响地下水脆弱性的实际水文地质条件情况相当复杂，应根据实际水文地质条件，运用经验知识确定指标权重。本技术要求推荐采用方根法确定7项指标的权重。

(1)根据项目特点构建判断矩阵，矩阵中各元素为相对重要性标度。如表4.3.2所示。

表4.3.2 构建判断矩阵

对于某地区的脆弱性，其评判指标集合为:

地下水资源调查评价技术方法汇编

按各个指标的影响大小，把集合内的评判指标进行两两比较，并赋予一定的确定值，用b_ij表示b_i对b_j的重要性。根据心理学家的研究结果，人们定性区别信息等级的极限为7±2。故采用如表4.3.3所示的1～9比例标度规则。

评判矩阵具有如下性质:

b_ij＞0;b_ij=1/b_ji;当i=j时，b_ij=1。其取值见表4.3.3。

表4.3.3 评判规则

(2)针对指标相互比较得到的判断矩阵，计算指标权重。这些权重反映了这些互相联系的指标的相对重要性。基本思路是:求判断矩阵的最大特征值和特征向量(即指标的权重)。

判断矩阵的最大特征值和特征向量采用方根法计算。其计算步骤为:

a.计算矩阵各行各元素乘积:

地下水资源调查评价技术方法汇编

b.计算7次方根:

地下水资源调查评价技术方法汇编

c.对向量进行规范化:

将上述7次方根所得的7个向量组成矩阵，并对其进行规一化。

地下水资源调查评价技术方法汇编

归一化方法如下:

地下水资源调查评价技术方法汇编

得到 为所求特征向量近似值，即各指标的权重。

d.计算矩阵的最大特征值λ_max:

地下水资源调查评价技术方法汇编

e.由于客观事物的复杂性或对事物认识的片面性，通过所构造的判断矩阵求出的特征向量(权值)是否合理，需要对判断矩阵进行一致性和随机性检验。

矩阵的随机一致性比例C_R检验公式为:

地下水资源调查评价技术方法汇编

式中:C_R———判断矩阵的随机一致性比率。C_I———判断矩阵的一致性指标，它由下式计算:

地下水资源调查评价技术方法汇编

λ_max———最大特征根，n———判断矩阵阶数。R_I———判断矩阵的平均随机一致性指标，由表4.3.4查出。

R_I由大量试验给出，对于低阶判断矩阵，R_I取值列于表4.3.4。对高于12阶的判断矩阵，需要进一步查资料或采用近似方法。

表4.3.4 平均随机一致性指标

当阶数≤2时，矩阵总有完全一致性;当阶数大于2时如果C_R＜0.1，即认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权数分配是合理的;否则，就需要调整判断矩阵，直到取得满意的一致性为止。

对于通过一致性检验的最大特征根所对应的特征向量，按照图4.3.2的格式保存在Excel中，以备运行评价程序时调用。

图4.3.2

4.3.3.4 基于DRASTIC的模糊评价模型

本技术要求使用基于DRASTIC的模糊评价模型进行脆弱性评价。由于该方法运算量大，考虑其可操作性，技术要求中提供程序对定量的评价进行计算。在此只说明使用程序的基本步骤，基于DRASTIC的模糊评价模型的理论方法在附件2中具体说明。

4.3.3.4.1 加载元数据

运行基于DRASTIC的模糊评价模型的程序，读入保存好的Excel格式的数据。如果操作成功，会返回相应的内容(图4.3.3);反之则会提示操作失败的原因(图4.3.4)。

4.3.3.4.2开始评价

从模型中读入权重，在4.3.3.3中提到两种方法确定权重，故应用程序时存在两种情况图4.3.5:

(1)默认权重。读入基础数据提示成功之后，选择默认权重，会提示读入权重成功，点击开始评价，评价成功则会显示评价结果;如果失败，则会提示失败的原因。

(2)自定义权重。读入基础数据提示成功之后，选择自定义权重，会提示读入权重成功图4.3.6， 点击开始评价，评价成功则会显示评价结果;如果失败，则会提示失败的原因。

评价者根据确定权重的方法选择读入权重的类型。

图4.3.3

图4.3.4

图4.3.5

图4.3.6

4.3.3.4.3 评价结果显示与输出

评价程序计算出来的评价结果，是按照本技术要求提出的地下水脆弱性的10个级别及对应的脆弱性描述显示(图4.3.7)。

图4.3.7

此评价程序提供评价结果的输出，在“文件”中点击“保存”则自动以Excel的格式保存(图4.3.8)。

此表的设计与脆弱性评价成果表紧密结合，利于操作(注:由于版面大小限制，以上图片显示的结果并不是全部结果)。

图4.3.8