专利名称：一种基于匀质含水层渗透系数实测的区域地下水特殊脆弱性评价方法
技术领域：
本发明属于环境科学和环境风险领域，尤其涉及水利工程领域和可视化技术，综合评价区域地下水特殊脆弱性的方法。
背景技术：
地下水是水循环的重要组成部分，是我国城市供水的重要水源，也是重要的饮用水源之一。随着地下水资源的日益开发，其污染日益严峻.如遭到农业面源和城市雨污水迳流的污染；城市化和工业化产生的污水 和固体垃圾的直接排放污染；采矿和废气矿坑污染；超量开采地下水引发的咸水入侵和自然有害物质的溶解导致地下水水质恶化等。由于地下水交替程度较弱，自净能力较低，对其污染风险评价就显得尤为重要。通常所说的地下水脆弱性是指地下水的固有脆弱性，认为影响地下水的脆弱性的主要决定要素是水文地质条件。目前，国内外主要采用了 DRASTIC评价法研究地下水脆弱性，但该方法因其指标固定，未考虑具体评价区域特殊性(区域特征污染物、评价区特殊的水文地质条件、人口密集情况等)，因此会影响评价结果的准确性和精准度.地下水脆弱性性包含各种复杂的问题，不仅与评价区自然水文地质条件有关，而且与区域特征污染物等诸多因素有关，这种地下水脆弱性我们称之为区域地下水特殊脆弱性。评价地下水脆弱性必然要考虑地下水渗透系数。获得地下水渗透系数多采用数值模拟或实验室模拟，如杨金忠(1998)等基于Lagrance方法和Euler方法对渗透系数尽力数值模型进行了数值模拟；梁爱民(2012)在非饱和土的渗透系数的试验研究中采用稳态渗流装置对渗透系数进行了实验室模拟。目前也有部分公开的地下水渗透系数测定装置或方法专利，但装置较复杂，计算繁琐，且设备造价高，如申请号为201110202597. 4的一种测定土层原位渗透系数的装置，申请号为201010018237. 4 一种用于测量土壤垂向饱和渗透系数的方法。本发明设计一种用于匀质含水层渗透系数的测定装置，采用高精度水位计、流量传感器，实时记录水位变化、流量，装置简单，造价低廉，适用于野外测量潜水含水层渗透系数。采用这一装置实测地下水渗透系数，评价地下水特殊脆弱性，实评价结果更准确、可 目。本发明基于实测渗透系数并结合区域污染物特性建立区域地下水特殊脆弱性评价方法，利用GIS平台建立各因素的空间图层，进行图层叠加，构图表征区域地下水特殊脆弱性。建立了就某种或某几种污染物的多指标耦合评价方法，对不同地区不同自然条件、不同污染类型的区域地下水特殊脆弱性的识别具有重要的理论和现实意义。

发明内容
本发明针对区域地下水特殊脆弱性评价中涉及的诸多影响因素及空间分析现状，提供一种基于匀质含水层渗透系数实测的区域地下水特殊脆弱性评价方法。该方法包括如下4个步骤
(I)基于DRASTIC评价法选择影响区域地下水特殊性的因素建立多指标区域地下水特殊脆弱性指标体系并采用模糊数学方法对区域地下水特殊脆弱性进行评价；(2)对区域特征污染物引起的地下水特殊脆弱性进行评价；(3)利用地下水渗透系数实测装置，对区域不同岩性含水层的渗透系数进行实测；(4)将基于DRASTIC指标法得到的区域地下水特殊脆弱性评分图与区域特征污染物特性评价图利用GIS软件进行叠加运算，得到区域地下水特殊脆弱性图，完成区域地下水特殊脆弱性可视化表征。本发明的特征在于实测渗透系数并结合区域污染物特性建立区域地下水特殊脆弱性评价方法，利用Gis平台进行构图，表征区域地下水特殊脆弱性。·
I.基于DRASTIC指标法的区域的地下水特殊脆弱性评价地下水脆弱性是指地下水在自然状态下容易遭受外界污染的程度。本发明采用DRASTIC指标法评价，其中，D :地下水埋深；R :净补给量；A :含水层介质；S :土壤介质；T 地形；1 :非饱和带的影响；C :含水层渗透系数的计算如公式(I)DRASTIC Index=DrDw+RrRw+ArAw+SrSw+TrTw+IrIw+CrCw (I)式中，Dr、Rr、Ar、Sr、Tr、Ir>Cr 分别为各因子的分级值；Dw、Rw、Aw、Sw、Tw、Iw、Cw分别为各因子的权重值.但传统DRASTIC评价法中的指标因素是固定不变的，在不同地区地下水脆弱性的影响因素之间的相对重要程度有差异，评价指标体系也应有所不同，影响地下水脆弱性的实际水文地质因素复杂，各评价区重点监控的特征污染物不同，对生态环境的风险也有差异.在具体评价时应根据实况，选取合适的区域评价指标，建立区域评价指标体系，结合模糊商榷理论，根据公式(2) - (8)确定指标权重，进行区域地下水脆弱性评价。含水层脆弱性是一个相对模糊的概念，因此用考虑指标连续变化计算得到的样本指标的相对隶属度ru取代DRASTIC模型中的指标定额.将各个参数评分划分出10个级别的指标标准特征值进行识别，则有7X10阶指标标准特征值矩阵Y=yih (2)式中yih为级另Ij h指标i的标准特征值，i=l, 2，...，7;h=l, 2，...，10.设有η个待评价的样本，每个样本有m个评价指标，则根据实测数据构造评价指标特征值矩阵X=Xij (3)利用各指标对极难污染的相对隶属度公式
fO — (r,疯,}
r,
. :V...;.； ,!i',-I
^句 ι]4ν'ιι〗' I(4)将矩阵X转化为指标相对隶属度矩阵R =R^ij基于相对隶属度，计算第i个评价指标下第j个待评价样本的评价指标特征值比重
权利要求
1.一种基于匀质含水层渗透系数实测的区域地下水特殊脆弱性评价方法，包括以下4个步骤 (1)基于DRASTIC评价法选择影响区域地下水特殊性的因素建立多指标区域地下水特殊脆弱性指标体系并采用模糊数学方法对区域地下水特殊脆弱性进行评价； (2)对区域特征污染物引起的地下水特殊脆弱性进行评价； (3)利用地下水渗透系数实测装置，对区域不同岩性含水层的渗透系数进行实测； (4)将基于DRASTIC指标法得到的区域地下水特殊脆弱性评分图与区域特征污染物特性评价图利用GIS软件进行叠加运算，得到区域地下水特殊脆弱性图，完成区域地下水特殊脆弱性可视化表征。
2.如权利要求I所述一种基于匀质含水层渗透系数实测的区域地下水特殊脆弱性评价方法，其特征是污染物特性通常包括区域特征污染物吸附性、包气带进入含水层的通量或者污染物的有效形态。
3.如权利要求I所述基于GIS平台对区域地下水进行可视化表征。
全文摘要
本发明涉及结合区域污染物特性建立区域地下水特殊脆弱性评价方法，基于GIS平台表征区域地下水特殊脆弱性，包括如下3个步骤(1)基于DRASTIC评价法选择影响区域地下水特殊性的主要因素，建立区域地下水特殊脆弱性指标体系并采用模糊数学方法对区域特征污染物引起的的地下水特殊脆弱性进行评价；(2)搭建地下水渗透系数实测装置，对区域含水层渗透系数进行实测。(3)基于GIS技术将区域地下水特殊脆弱性评价进行叠加运算，对区域地下水特殊脆弱性进行可视化表征。
文档编号G01N33/18GK102901799SQ201210388089
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者杨彦, 李定龙, 王宗庆 申请人:常州大学