CN108629008B - 第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法及应用方法，主要针对平原区第四系地下水系统多含水层组地区进行地下水环境功能立体分区，具体方法：S1，明确多含水层组地下水区域及其潜水和承压水等各含水层组空间分布；S2，根据现状水质限制性指标，针对多层含水层组的现状水质达标区，按现状水质进行环境功能区的初步划定；S3，根据地下水水体现状功能限制性指标；S4，对于水源保护区外现状水质不达标区，按权重量化指标进行综合评分；从浅入深，依次对平原区第四系各个含水层地下水进行环境功能分区。本方法应用于环保部门对水源保护区地下水污染源的分类、分级、分区管控，指导规划部门进行统一产业布局和规划。
Description
技术领域
本发明涉及环境影响评价、地下水功能区划技术领域，特别是第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法及应用方法。
背景技术
作为地球上重要的水体，地下水具有稳定的供水条件、良好的水质，是农业灌溉、工矿企业以及城市的重要水源，也是人类社会必不可少的重要水资源。尤其是在地表缺水的干旱、半干旱地区，地下水常常成为当地主要的供水水源。
在我国北方，尤其是华北平原地区，地下水是重要供给水源。但是，由于超采，华北平原地区地下水资源连年亏损，已连续数年出现区域性地下水水位下降，局部地区含水层濒临疏干和半疏干状态。同时，地下水遭受不同程度的污染，部分地区出现“水质性”缺水。地下水在水文地质特征、赋存特征、地下水水位和水质动态变化特征、地下水防污性能特征等方面具有显著的空间分异规律。为从整体上保护地下水，应按照地下水水文地质条件、地下水循环特征、水质特征和受污染风险等，实行地下水立体分区管理。因此制定地下水环境功能立体区划方案的首要任务是确定地下水环境功能区划方法。
根据文献调研，目前水相关区划主要是水功能区划，2004年，我国水利部水资源司发布《水功能区划分技术规范》(征求意见稿)，规范了水功能区划两级分区方法。2005年，水利部发布《关于开展地下水功能区划的通知》(水资源[2005]386号)。
唐蕴等以地下水的自然属性、社会经济属性、生态环境属性为基础，立足于地下水的主导功能，构建了地下水二级功能区划体系。一级体系包括开发区、保护区和保留区三类；在一级框架内进一步划分为集中式供水水源区、分布式开发利用区、生态脆弱区、地质灾害易发区、地下水水源涵养区、不宜开采区、储备区、应急水源区八个亚类。明确界定了地下水功能区各级各类的定义及划分的技术依据。
《全国地下水功能区划分技术大纲》提出，根据地下水功能区的主导功能，兼顾其他功能要求，在第二次水资源评价基础上，进行浅层地下水功能区的划分，一级功能区划分为开发区、保护区、保留区3类，主要协调经济社会发展用水和生态与环境保护的关系；在一级功能区框架内，根据地下水资源的主导功能，再划分为8类地下水二级功能区。地下水功能区划分的主要依据包括：地下水补给条件、含水层富水性及开采条件、地下水水质条件、生态环境系统类型及保护目标、地下水开发利用现状、区域水资源配置对地下水开发利用的需求、国家对地下水资源合理开发利用及保护的总体部署等。
目前，文献调研尚未发现“地下水环境功能”和“地下水环境功能区”及地下水环境功能区划方法。也没有根据地下水水质状况、地下水受污染特征和污染源分布状况及特征进行立体结构的地下水环境功能区划，导致对整个地下水系统的保护、合理规划利用、地下水水质评价的依据不足，不利于政府主管部门对地下水的分级分区管理和保护，以及对水体的可持续利用。
发明内容
本发明的目的是提供基于GIS(地理信息系统Geographic Information System或Geo－Information system，简称GIS)分区的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法及应用方法，以解决第四系地下水环境功能分区方法问题及地下水环境功能区在资源和环境保护中的应用方法问题，破解导致目前地下水保护目标和保护手段不明确，地下水资源开发利用上存在着混层开采、优质地下水资源的浪费和资源利用分配的不合理、可持续性差等环境问题的关键技术难题，同时，为地下水分级、分层、分区、分质保护和水资源的可持续利用奠定基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一方面提供第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，主要针对平原区第四系地下水系统多含水层组地区进行地下水环境功能立体分区，具体的划分方法为：
S1，针对多层含水层组的多层结构区，明确多含水层组地下水区域及其潜水和承压水等各含水层组具体空间分布；
S2，根据现状水质限制性指标，针对多层含水层组的现状水质达标区，按现状水质进行Ⅰ～Ⅲ级环境功能区的初步划定，即将现状水质为Ⅰ类的区域划定为Ⅰ级环境功能区，将现状水质为Ⅱ类的区域划定为Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类的区域划定为Ⅲ级环境功能区；
S3，根据地下水水体现状功能限制性指标，即，水源保护区，针对水层组水源保护区内现状水质不达标区进行Ⅲ级环境功能区的划定；
S4，对于水源保护区外现状水质不达标区，按权重量化指标进行综合评分；按综合评分结果，并结合现状水质，遵循地下水环境功能区目标水质不低于现状水质原则，进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分；
依照上述S1～S4从浅入深，依次对平原区第四系各个含水层地下水进行环境功能分区。
进一步，S1的区分方法依据地层结构限制性指标，限制性指标包括地层结构指标、水质现状指标和水体现状功能指标；限制性指标叠加结果是地下水环境功能区划定的基础。
进一步，S3中水源保护区为地下水保护的重点，按照《地下水质量标准》要求，其水质应达到地下水Ⅲ类标准要求，相应其地下水环境功能区设置在Ⅲ类功能区以上；即，将现状水质为Ⅰ类和Ⅱ类的区域分别直接划定为Ⅰ级和Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类或低于Ⅲ类的区域均划定为Ⅲ级环境功能区。
进一步，S4中权重量化指标的主要作用是在限制性指标叠加分区基础上对多层结构水质不达标区域进行环境功能区的进一步划定，是进行分级赋值定量和定性的指标，主要包括人类服务功能特征指标、水循环补给指标、防污性能指标、污染及受人类活动影响特征指标。
进一步，在环境功能区划分时，权重量化指标被赋予不同的权重值。
进一步，针对S4中对于水源保护区外现状水质不达标区，进行综合评分，依据单元网格综合评分结果，利用ArcGis空间分区功能进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分。
进一步，综合评分的计算公式为Fi＝Bi+Ki+Ri+Li+Wi+Yi+Di；
其中，Bi为本含水层地下水补给资源模数，Ki为本含水层地下水开采强度，Ri为本含水层地下水更新速率，Li为邻层含水层地下水水质，Wi为本含水层地下水污染程度，Yi为含水层间越流强度，Di为地下水防污性能。
进一步，针对S4中对于水源保护区外现状水质不达标区，进行综合评分，公式为Fi＝Bi+Ki+Ri+Li+Wi+Yi+Di；
其中，Bi为本含水层地下水补给资源模数，Ki为本含水层地下水开采强度，Ri为本含水层地下水更新速率，Li为邻层含水层地下水水质，Wi为本含水层地下水污染程度，Yi为含水层间越流强度，Di为地下水防污性能。进一步，分区方法基于地理信息系统完成。
进一步，平原区第四系地下水系统划分的依据包括：地下水补给条件、含水层富水性及开采条件、地下水水质条件、生态环境系统类型及保护目标、地下水开发利用现状、区域水资源配置对地下水开发利用的需求、国家对地下水资源合理开发利用及保护的总体部署。
进一步，地下水类型包括平原区和山区两个地质单元；按埋藏条件分包气带水、潜水及承压水；按含水介质类型分为孔隙水、裂隙水及岩溶水。
本发明另一方面提供使用上述第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法后的应用方法，所述应用方法具体包括以下步骤：
步骤一，为满足某市地下水环境管理需求和要求，使用第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法进行地下水分区，并对结果进行分析；
步骤二，综合分析水质超标原因和现状地下水功能的基础上，确定各环境功能区地下水的近期和远期目标水质，以进行地下水水质分层分区监管；
步骤三，分别针对1～4含水层组的水质情况制定规划。
进一步，步骤三中规划包括：
第一，第一含水层组的处理方式：
对水质达标区如Ⅱ级和部分Ⅲ级环境功能区，应通过加强保护区、缓冲区等建设管理等方式，严控各类污染源和风险源准入，继续保持现状水质；
对保护区内的水质不达标区,如，部分Ⅲ级环境功能区，应开展水源保护区内污染源和风险源的调查与筛查，进行环境综合整治，消除地表、地下各类污染源和风险源的影响，尽快恢复地下水水质；
对保护区外的水质不达标区如部分Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级环境功能区，应根据地下水环境功能区和污染风险等级，对不同级别的地下水关注区采用不同的监测和风险源管控措施，分析水质超标原因，监控自然因素导致的地下水超标，逐步控制并消除人为污染影响；
第二，针对第二～四含水层组的处理方式：从加强单层向多层过渡带管控，控制浅层地下水污染恶化趋势。
本发明还提供上述第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法在整个地下水系统的保护、合理规划利用、地下水水质评价、协调经济社会发展用水和生态与环境保护的关系、政府主管部门对地下水的分级分区管理和保护中的应用。
本发明的有益效果体现在：
1，为保护地下水，实现地下水资源的可持续利用，从整个地下水环境系统保护角度出发，根据第四系多层含水区地层结构、地下水赋存条件、水质演化特征等，有针对性地选取用于第四系多含水层组地区地下水环境功能评价的指标并建立地下水环境功能区划指标体系，针对第四系多含水层组地区建立地下水环境功能区划方法；将该方法应用于多层含水区地下水环境功能区划，获得平原区第四系多含水层组地下水环境功能立体分区成果。
2，本发明提供的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法及应用方法，地下水环境功能区划立足于地下水系统环境空间属性的全面评估，以及地下水的分级分区管理和保护。目前的研究一般针对浅层地下水，本发明提供的地下水环境功能区划方法主要针对第四系多含水层组地区从浅层到深层的整个地下水系统的立体环境功能区划。按地下含水层的实际分布情况和属性特征进行的环境功能区立体划分。范围更加明确，划分更加准确。
3，本发明提供的方法应用性强，应用地下水环境功能区立体划分方法获得的第四系多含水层组地区地下水环境功能区划成果，表述为I～V类地下水环境功能区，可直接衔接地下水环境质量标准，应用于地下水水质规划中水质目标的确定。可同时应用于环保部门对水源保护区地下水污染源的分类、分级、分区管控，环境准入、地下水污染监测，用于水务部门合理开采和利用地下水，指导规划部门进行统一产业布局和规划。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法图；
图2是第四系多含水层地下水环境功能立体分区过程图；
图3第一含水层水质不达标区范围图；
图4是第一含水层保护区外水质不达标区范围图；
图5是补给资源模数评分图；
图6是防污性能评分图；
图7是更新速率评分图；
图8是开采强度评分图；
图9是邻层水质评分图；
图10是污染评价图；
图11是第一含水层保护区外水质不达标区地下水环境功能区划分结果图。
具体实施方式
地下水类型包括平原区和山区两个地质单元；按埋藏条件分包气带水、潜水及承压水；按含水介质类型分为孔隙水、裂隙水及岩溶水。不同类型地下水赋存条件、空间分布及运动等特性差异巨大，环境功能区划指标和方法也有着差异。针对第四系多含水层组地区，地下水环境功能区划指标分为限制性指标和权重量化指标两类。
在环境功能区划分时，权重量化指标被赋予不同的权重值。
因地下水系统的复杂性，不同含水层组的权重量化指标值区间范围、分级标准和赋值存在差异。
表1地下水环境功能区划指标体系
由于地下水环境功能区划主要依据各个指标的空间分异性，具有极强的地理空间信息属性，而且不同指标在区划过程中存在一定的区划优先顺序，因此采用基于GIS的空间叠置分析方法进行地下水环境功能区划。如图1、图2所示，针对多含水层组松散孔隙水系统，本发明一方面提供第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，主要针对平原区第四系地下水系统，具体的划分方法为：
S1，区分单一含水层的单层结构区和多层含水层组的多层结构区，明确多含水层组地下水区域及其潜水和承压水等各含水层组具体空间分布；S1的区分方法依据地层结构限制性指标，限制性指标具体包括地层结构指标、水质现状指标和水体现状功能指标；限制性指标的主要作用是避免功能区划定中出现决策冲突。限制性指标叠加结果是地下水环境功能区划定的基础。
S2，根据现状水质限制性指标，针对单层结构区和多层含水层组的现状水质达标区，按现状水质进行Ⅰ～Ⅲ级环境功能区的初步划定，即将现状水质为Ⅰ类的区域划定为Ⅰ级环境功能区，将现状水质为Ⅱ类的区域划定为Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类的区域划定为Ⅲ级环境功能区；
S3，根据地下水水体现状功能限制性指标，即，水源保护区，针对水源保护区内现状水质不达标区进行Ⅲ级环境功能区的划定；S3中水源保护区为地下水保护的重点，按照《地下水质量标准》要求，其水质应达到地下水Ⅲ类标准要求，相应其地下水环境功能区设置在Ⅲ类功能区以上；即，将现状水质为Ⅰ类和Ⅱ类的区域分别直接划定为Ⅰ级和Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类或低于Ⅲ类的区域均划定为Ⅲ级环境功能区。
S4，对于水源保护区外现状水质不达标区，按权重量化指标进行综合评分；按综合评分结果，并结合现状水质，遵循地下水环境功能区目标水质不低于现状水质原则，进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分；S4中权重量化指标的主要作用是在限制性指标叠加分区基础上对多层结构水质不达标区域进行环境功能区的进一步划定，是进行分级赋值的定量或定性指标，包括人类服务功能特征指标、水循环补给指标、防污性能指标、污染及受人类活动影响特征指标。
平原区第四系地下水系统划分的依据包括：地下水补给条件、含水层富水性及开采条件、地下水水质条件、生态环境系统类型及保护目标、地下水开发利用现状、区域水资源配置对地下水开发利用的需求、国家对地下水资源合理开发利用及保护的总体部署。
发明人进一步针对S4中对于水源保护区外现状水质不达标区，进行综合评分，公式为Fi＝Bi+Ki+Ri+Li+Wi+Yi+Di；
其中，Bi为本含水层地下水补给资源模数，Ki为本含水层地下水开采强度，Ri为本含水层地下水更新速率，Li为邻层含水层地下水水质，Wi为本含水层地下水污染程度，Yi为含水层间越流强度，Di为地下水防污性能。
表2第四系多含水层组地下水环境功能立体分区权重量化指标评分体系
*亚指标间按等权重评估
依据单元网格综合评分结果，利用ArcGis空间分区功能进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分。
下面对表2中各项参数做如下详细说明：
邻层水质(LQ)评价与分级：对区域地下水按含水层组分布情况进行分层取样监测，参照地下水质量标准中的指标及标准限值先进行各单指标评价后，将评价结果划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类，之后将各项单指标的评价结果采取从劣不从优的原则进行叠加，即以评价结果中较差级别的评价等级作为最终评价结果。对各含水层组，按邻层水质优劣，分别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ等五个级别。
水质污染(WQ)评价与分级：地下水中铁、锰、砷、氟化物等指标浓度高主要是由地层沉积造成的，非人类活动影响造成，属天然劣质指标。地下水污染评价选取受人类活动影响的溶解性总固体、硝酸盐氮和氯化物等主要指标，污染指数计算公式：
其中：Pki—k水样第i个指标的污染指数；Cki—k水样第i个指标的测试结果；C0—对于无机组分，代表k水样所在区域指标i的对照值；CⅢ—《地下水质量标准》中指标i的Ⅲ类指标限值。
按单指标污染指数计算结果和污染分级标准，得出各水样单指标污染等级划分结果。对参评单指标的评价结果参照从劣不从优的原则进行叠加，按综合污染指数分级标准得到综合污染评价结果。
表3污染指数分级标准
| 污染指数 | P≤0.05 | 0.05＜P≤0.2 | 0.2＜P≤0.6 | 0.6＜P≤1.0 | P≥1.0 |
| 污染类别 | 无变化 | 轻微变化 | 中等变化 | 明显变化 | 严重变化 |
地下水补给资源模数(B)评价与分级：地下水开采资源量一般采用多年平均地下水资源有效补给量表示，通过排泄项法和水均衡法计算获得。首先，建立区域概念模型和数学模型，根据区内流场及地层结构特征，确定流量边界。根据模拟区水文地质条件和以往研究成果确定含水层介质参数，包括潜水含水层渗透系数与给水度，承压水含水层渗透系及释水系数。根据水文地质概念模型，对非均质各向同性、空间三维结构、非稳定地下水流系统，可用如下方程的定解问题来描述：
式中：Ω－渗流区域；h－含水层的水位标高(m)；KL、Kz－分别为水平和垂向渗透系数(m/d)；ε－含水层的源汇项(1/d)；h0－含水层的初始水位分布(m)；S－含水介质的储水率(1/m)；Kn－边界面法向方向的渗透系数(m/d)；Γ1－渗流区域的侧向和下边界；q－Γ1边界的流量，流入为正，流出为负，隔水边界为0(m/d)；n－边界面的法线方向；t－时间(s)。
采用地下水模型软件GMS求解地下水流方程组，建立模拟区地下水流数值模拟模型。在模型识别与验证基础上，进行地下水均衡分析。多年平均地下水资源有效补给量可通过排泄项法和水均衡法计算获得。排泄项法是用现状条件下开采量减去已动用的储存量的变化量表示可开采资源量；水均衡法是利用多年平均补给量减去不可袭夺的自然消耗量表示可开采资源量。通过模型模拟计算获得地下水补给资源模数(B)分布。对各含水层组，按地下水补给资源模数大小，分别分为强、较强、中等、弱和极弱等五个级别。
越流强度(Y)评价与分级：利用地下水流模型进行地下水均衡计算时，对区域进行1km×1km网格划分，对指定应力期和多年平均开采条件下的各单元格上下表面流量数据进行提取，利用单元格ID进行单元格中心点坐标与越流量的连接，完成各含水岩组之间多年平均越流强度分布图的绘制。对各含水层组，按越流强度大小，分别分为极强、强、中等、较弱、弱和极弱等六个级别。
地下水开采强度(K)评价与分级：通过用水需水调研、查阅水资源公报、统计年鉴及自来水公司公布的实际开采数据等方式获取区域地下水开采数据。对各含水层组，按地下水年开采强度大小，分别分为极强、强、较强、中等、弱和极弱等五个级别。
地下水更新速率(R)计算与分级：通过地下水2H(D)、18O和3H(T)，13C/14C和CFC等环境同位素测试分析有效示踪水循环，并计算地下水更新速率。浅层水的更新速率可利用氚的全混合模型计算。假设含水层处于稳态，即地下水输入＝输出，且地下水连续补给并完全混合，则水中放射性氚含量可通过放射性衰变和年输入来计算：Agwi＝(1-Rri)Agwi-1e-λ+RRiA0i
其中：Rr-年更新速率；Agw-地下水3H含量；A0-输入水3H含量；λ-放射性常数(3H＝0.05626/a)；i-时间(年)，从0至计算年与初始输入年的差。1951-1976年为核爆试验时代，现代水的氚初始输入年为1952年，此前地下水含量以常量A0输入计算：
年更新速率Rri可以通过平均更新速率Rr的年降水量Pi加权得到，即，
Rri＝Rr×Pi/Pm
对浅层含水层组，按地下水更新速率大小，分别分为慢、较慢、中等、较快和快等五个级别。
地下水防污性能(DR)评价与分级：采用修正的DRASTIC方法进行评价。
第一含水层组防污性能评价指标包括地下水埋深(D)、含水层净补给(R)、含水层介质(A)、土壤类型(S)、地形坡度(T)、包气带岩性(I)、渗透系数(C)等七个评价因子，防污性能综合指数DRASTIC＝5×D+4×R+3×A+2×S+1×T+5×I+3×C；
第二至n层承压水含水层组地下水防污性能评价指标，主要包括隔水层厚度、岩性、分层状况特征(D)，含水层厚度、岩性、分层状况等特征(R)，以及相邻含水层水头差(C)等，承压含水层防污性能综合指数＝5×D+2×R+3×C。
防污性能综合指数越大，防污性能越低，地下水愈容易受到污染。对各含水层组，按防污性能综合指数大小，分别分为好、较好、中等、较差和差等五个级别。
依照上述S1～S4从浅入深，依次对平原区第四系各个含水层地下水进行环境功能分区。分区方法基于地理信息系统完成。
本发明另一方面提供上述第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法在整个地下水系统的保护、合理规划利用、地下水水质评价、协调经济社会发展用水和生态与环境保护的关系、政府主管部门对地下水的分级分区管理和保护中的应用。
实施例1：申请人在华北地区某市，某多层地下水含水区，开展地下水环境功能区划：具体如下：
S1，依照上述地下水环境功能区划定方法对第四系多含水层组行地下水环境功能立体分区，自上而下分为四个含水层组。
S2，根据该区域地下水含水层结构将第四系地下水含水层分为1～4含水层组。
第一含水层组划分为Ⅱ-Ⅴ级共四类地下水环境功能区。
第二含水层组划分为Ⅱ-Ⅳ级共三类地下水环境功能区。
第三含水层组划分为Ⅱ-Ⅳ级共三类地下水环境功能区。
第四含水层组划为Ⅱ级和Ⅲ级两类地下水环境功能区。
第一含水层组保护区外水质不达标区地下水环境功能区划分示例：
步骤一，确定第一含水层水质不达标区范围，参见图3所示，图中左侧深色区域为不达标区域；
步骤二，确定第一含水层保护区外水质不达标区范围，参见图4中着色区域所示；
步骤三，保护区外现状水质不达标区，对权重量化指标进行单指标计算和评分(第一含水层不涉及越流强度指标)，具体参见图5补给资源模数评分图、图6是防污性能评分图、图7是更新速率评分图、图8是D开采强度评分图、图9是邻层水质评分图以及图10是污染评价图：其中，图中色块数字含义为：1为强、2为较强、3为中等、4为弱、5为极弱。具体参见表2中的数值说明。
步骤四，保护区外现状水质不达标区，对权重量化指标进行综合评分。
步骤五，根据权重量化综合评分分值进行地下水环境功能区划分。权重量化综合评分分值Fi范围在10.5-24.94之间，当Fi在10.5-14.5之间时，划为Ⅴ级环境功能区；当Fi在14.5-16.98之间时，划为Ⅳ级环境功能区；当Fi在16.98-24.94之间时，划为Ⅲ级环境功能区。第一含水层保护区外水质不达标区地下水环境功能区划分结果，具体参见图11所示。
实施例2：针对上述多层地下水含水区进行地下水环境功能区划指导某市地下水保护的具体应用：
①为满足某市地下水环境管理需求和要求，可根据区域主体功能、现状水质达标情况、超标因子与保护区位置关系等，在一级环境功能区划基础上进行二级环境功能区划。根据地下水环境功能区划结果，综合分析水质超标原因和现状地下水功能的基础上，确定各环境功能区地下水的近期和远期目标水质，以进行地下水水质分层分区监管。基于地下水环境功能区划，优化城市开发建设规模和布局。
②第一含水层组水质相对较差，并与地表污染源联系紧密，该层地下水保护的重点是水质恢复和风险管控。
对水质达标区(Ⅱ级和部分Ⅲ级环境功能区)，应通过加强保护区、缓冲区等建设管理等方式，严控各类污染源和风险源准入，继续保持现状水质。
对保护区内的水质不达标区(部分Ⅲ级环境功能区)，应开展水源保护区内污染源和风险源的调查与筛查，进行环境综合整治，消除地表、地下各类污染源和风险源的影响，尽快恢复地下水水质。
对保护区外的水质不达标区(部分Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级环境功能区)，应根据地下水环境功能区和污染风险等级，对不同级别的地下水关注区采用不同的监测和风险源管控措施，分析水质超标原因，监控自然因素导致的地下水超标，逐步控制并消除人为污染影响。
③第二～四含水层组地下水水质相对较好，以Ⅱ级和Ⅲ级两类地下水环境功能区为主，地下水的管控应主要从加强单层向多层过渡带管控，控制浅层地下水污染恶化趋势。
④根据“优水优用”原则，按照不同环境功能区进行分层、分质、分行业供水；地下水开采层位按照鼓励开采浅层第一、二含水层地下水，限制开采第三、四深层含水层地下水；同一开采层位地下水应在满足水质要求的前提下，按照Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅲ类、Ⅱ类的顺序进行开采，生活饮用水以外的用水应优先开采Ⅴ类和Ⅳ类区浅层地下水，限制开采浅层Ⅲ类水和第三、四含水层组的深层古水。
使用本发明提供的功能区划分方法分别对第二含水层组、第三含水层组、第四含水层组的不达标区地下水环境进行功能区划分，参照划分结果制定该地区地下水保护的具体处理方式。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，其特征在于：主要针对平原区第四系地下水系统多含水层组地区进行地下水环境功能立体分区，具体的划分方法为：
S1，区分单一含水层的单层结构区和多层含水层组的多层结构区，明确多含水层组地下水区域及其潜水和承压水各含水层组具体空间分布；
S2，根据现状水质限制性指标，针对多层含水层组的现状水质达标区，按现状水质进行Ⅰ～Ⅲ级环境功能区的初步划定，即将现状水质为Ⅰ类的区域划定为Ⅰ级环境功能区，将现状水质为Ⅱ类的区域划定为Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类的区域划定为Ⅲ级环境功能区；
S3，根据地下水水体现状功能限制性指标，即，水源保护区，针对水源保护区内现状水质不达标区进行Ⅲ级环境功能区的划定；
S4，对于水源保护区外现状水质不达标区，按权重量化指标进行综合评分；按综合评分结果，并结合现状水质，遵循地下水环境功能区目标水质不低于现状水质原则，进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分；
针对S4中对于水源保护区外现状水质不达标区，进行综合评分，依据单元网格综合评分结果，进行Ⅲ-Ⅴ级环境功能区的划分；
综合评分的计算公式为Fi＝Bi+Ki+Ri+Li+Wi+Yi+Di；
其中，Bi为本含水层地下水补给资源模数，Ki为本含水层地下水开采强度，Ri为本含水层地下水更新速率，Li为邻层含水层地下水水质，Wi为本含水层地下水污染程度，Yi为含水层间越流强度，Di为地下水防污性能；
其中，邻层水质LQ评价与分级：对区域地下水按含水层组分布情况进行分层取样监测，参照地下水质量标准中的指标及标准限值先进行各单指标评价后，将评价结果划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ类，之后将各项单指标的评价结果采取从劣不从优的原则进行叠加确定最终评价结果；对各含水层组，按邻层水质优劣，分别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ五个级别；
水质污染WQ评价与分级：地下水中铁、锰、砷、氟化物指标浓度高主要是由地层沉积造成的，非人类活动影响造成，属天然劣质指标；地下水污染评价选取受人类活动影响的溶解性总固体、硝酸盐氮和氯化物主要指标，污染指数计算公式：
其中：Pki—k水样第i个指标的污染指数；Cki—k水样第i个指标的测试结果；C0—对于无机组分，代表k水样所在区域指标i的对照值；CⅢ—《地下水质量标准》中指标i的Ⅲ类指标限值；
按单指标污染指数计算结果和污染分级标准，得出各水样单指标污染等级划分结果；对参评单指标的评价结果参照从劣不从优的原则进行叠加，按综合污染指数分级标准得到综合污染评价结果；
污染指数分级标准及污染指数/污染类别:P≤0.05--无变化、0.05＜P≤0.2---轻微变化、0.2＜P≤0.6---中等变化、0.6＜P≤1.0---明显变化、P≥1.0---严重变化；
地下水补给资源模数B评价与分级：地下水开采资源量采用多年平均地下水资源有效补给量表示，通过排泄项法和水均衡法计算获得；首先，建立区域概念模型和数学模型，根据区内流场及地层结构特征，确定流量边界；根据模拟区水文地质条件和以往研究成果确定含水层介质参数，包括潜水含水层渗透系数与给水度，承压水含水层渗透系及释水系数；根据水文地质概念模型，对非均质各向同性、空间三维结构、非稳定地下水流系统，用如下方程的定解问题来描述：
式中：Ω－渗流区域；h－含水层的水位标高；KL、Kz－分别为水平和垂向渗透系数；ε－含水层的源汇项；h0－含水层的初始水位分布；S－含水介质的储水率；Kn－边界面法向方向的渗透系数；Γ1－渗流区域的侧向和下边界；q－Γ1边界的流量，流入为正，流出为负，隔水边界为0；n－边界面的法线方向；t－时间；
采用地下水模型软件GMS求解地下水流方程组，建立模拟区地下水流数值模拟模型；在模型识别与验证基础上，进行地下水均衡分析；多年平均地下水资源有效补给量通过排泄项法和水均衡法计算获得；排泄项法是用现状条件下开采量减去已动用的储存量的变化量表示可开采资源量；水均衡法是利用多年平均补给量减去不可袭夺的自然消耗量表示可开采资源量；通过模型模拟计算获得地下水补给资源模数B分布；对各含水层组，按地下水补给资源模数大小，分别分为强、较强、中等、弱和极弱五个级别；
越流强度Y评价与分级：利用地下水流模型进行地下水均衡计算时，对区域进行1km×1km网格划分，对指定应力期和多年平均开采条件下的各单元格上下表面流量数据进行提取，利用单元格ID进行单元格中心点坐标与越流量的连接，完成各含水岩组之间多年平均越流强度分布图的绘制；对各含水层组，按越流强度大小，分别分为极强、强、中等、较弱、弱和极弱六个级别；
地下水开采强度K评价与分级：通过用水需水调研、查阅水资源公报、统计年鉴及自来水公司公布的实际开采数据方式获取区域地下水开采数据；对各含水层组，按地下水年开采强度大小，分别分为极强、强、较强、中等、弱和极弱五个级别；
地下水更新速率R计算与分级：通过地下水2H、18O和3H，13C/14C和CFC环境同位素测试分析有效示踪水循环，并计算地下水更新速率；浅层水的更新速率利用氚的全混合模型计算；假设含水层处于稳态，即地下水输入＝输出，且地下水连续补给并完全混合，则水中放射性氚含量通过放射性衰变和年输入来计算：Agwi＝(1-Rri)Agwi-1e-λ+RRiA0i
其中：Rr-年更新速率；Agw-地下水3H含量；A0-输入水3H含量；λ-放射性常数(3H＝0.05626/a)；i-时间，从0至计算年与初始输入年的差；1951-1976年为核爆试验时代，现代水的氚初始输入年为1952年，此前地下水含量以常量A0输入计算：
年更新速率Rri通过平均更新速率Rr的年降水量Pi加权得到，即，
Rri＝Rr×Pi/Pm
对浅层含水层组，按地下水更新速率大小，分别分为慢、较慢、中等、较快和快五个级别；
地下水防污性能DR评价与分级：采用修正的DRASTIC方法进行评价；
第一含水层组防污性能评价指标包括地下水埋深D、含水层净补给R、含水层介质A、土壤类型S、地形坡度T、包气带岩性I、渗透系数C七个评价因子，防污性能综合指数DRASTIC＝5×D+4×R+3×A+2×S+1×T+5×I+3×C；
第二至n层承压水含水层组地下水防污性能评价指标，主要包括隔水层厚度、岩性、分层状况特征D，含水层厚度、岩性、分层状况特征R，以及相邻含水层水头差C，承压含水层防污性能综合指数＝5×D+2×R+3×C；
防污性能综合指数越大，防污性能越低，地下水愈容易受到污染；对各含水层组，按防污性能综合指数大小，分别分为好、较好、中等、较差和差五个级别；
依照上述S1～S4从浅入深，依次对平原区第四系各个含水层地下水进行环境功能分区；
其中，S1的区分方法依据地层结构限制性指标，限制性指标包括地层结构指标、水质现状指标和水体现状功能指标；限制性指标叠加结果是地下水环境功能区划定的基础；
S3中水源保护区为地下水保护的重点，按照《地下水质量标准》要求，其水质应达到地下水Ⅲ类标准要求，相应其地下水环境功能区设置在Ⅲ类功能区以上；即，将现状水质为Ⅰ类和Ⅱ类的区域分别直接划定为Ⅰ级和Ⅱ级环境功能区，将现状水质为Ⅲ类或低于Ⅲ类的区域均划定为Ⅲ级环境功能区。
2.如权利要求1所述的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，其特征在于，S4中权重量化指标的主要作用是在限制性指标叠加分区基础上对多层结构水质不达标区域进行环境功能区的进一步划定，是进行分级赋值的定量或定性指标，主要包括人类服务功能特征指标、水循环补给指标、防污性能指标、污染及受人类活动影响特征指标。
3.如权利要求1所述的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，其特征在于，平原区第四系地下水系统划分的依据包括：地下水补给条件、含水层富水性及开采条件、地下水水质条件、生态环境系统类型及保护目标、地下水开发利用现状、区域水资源配置对地下水开发利用的需求、国家对地下水资源合理开发利用及保护的总体部署。
4.如权利要求1所述的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法，其特征在于，地下水类型包括平原区和山区两个地质单元；按埋藏条件分包气带水、潜水及承压水；按含水介质类型分为孔隙水、裂隙水及岩溶水。
5.使用如权利要求1-4中任一项所述的第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法后的应用方法，其特征在于：所述应用方法具体包括以下步骤：
步骤一，为满足某市地下水环境管理需求和要求，使用第四系多含水层地下水环境功能立体分区方法进行对该市地下水进行环境功能立体分区，并对结果进行分析；
步骤二，综合分析水质超标原因和现状地下水功能的基础上，确定各环境功能区地下水的近期和远期目标水质，以进行地下水水质分层分区监管；
步骤三，分别针对第一含水层组～第四含水层组的水质情况制定相应规划。
6.如权利要求5所述的应用方法，其特征在于：步骤三中规划具体包括：
第一，含水层组的处理方式：
对水质达标区Ⅱ级和部分Ⅲ级环境功能区，通过加强保护区、缓冲区建设管理的方式，严控各类污染源和风险源准入，继续保持现状水质；
对保护区内的水质不达标区，部分Ⅲ级环境功能区，开展水源保护区内污染源和风险源的调查与筛查，进行环境综合整治，消除地表、地下各类污染源和风险源的影响，尽快恢复地下水水质；
对保护区外的水质不达标区部分Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级环境功能区，根据地下水环境功能区和污染风险等级，对不同级别的地下水关注区采用不同的监测和风险源管控措施，分析水质超标原因，监控自然因素导致的地下水超标，逐步控制并消除人为污染影响；
第二，第二～四含水层组的处理方式：从加强单层向多层过渡带管控，控制浅层地下水污染恶化趋势。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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