脆弱性計算方法

⑴ 環境脆弱性評價方法

基於對環境脆弱性內涵的界定，相關學者先後構建了環境脆弱性評價指標體系。總的來說，當前所建的環境脆弱性評價指標體系大致可分為兩大類：單一類型區域的指標體系和綜合性指標體系^[13]。單一類型區域的指標體系通常是針對特定地理背景而建立的，結構簡單，針對性強，具有區域性特點，能夠根據區域特點確定導致區域環境脆弱的關鍵因子。綜合性指標體系既考慮環境系統內在功能與結構的特點，又考慮環境系統與外界之間的聯系，選取的指標比較全面，能夠反映環境脆弱性的自然狀況、社會發展狀況、經濟發展狀況等方面。現有綜合性評價指標體系可概括以下3種類型：成因及結果表現指標體系，在體現導致環境脆弱性主要因素的同時，其結果表現指標可以修正成因指標之間的地區性差異，使評價結果更具有地區間的可比性；「壓力—狀態—響應」指標體系，採用壓力與狀態指標描述人類活動對環境造成的壓力以及在這種壓力下資源與環境的質量狀況和社會經濟狀況採用響應指標描述社會各個層次對造成環境脆弱壓力的響應；多系統評價指標體系，運用系統論的觀點分析環境系統及其子系統的特點，綜合水資源、土地資源、生物資源、氣候資源、社會經濟等子系統脆弱因子，篩選指標，確定指標體系，能夠全面地反映出區域環境的脆弱性。

李鶴等歸納和分析了目前脆弱性評價研究中運用的主要方法。根據脆弱評價的思路將脆弱性評價方法分為5類：綜合指數法、脆弱性函數模型評價法、模糊物元評價法和危險度分析^[14]。綜合指數法是從脆弱性表現特徵、發生原因等方面建立評價指標體系，利用數學方法綜合成脆弱性指數，表示評價單元的脆弱性程度，是目前脆弱性評價中較常用的一種方法。其特點是簡單、容易操作。脆弱性函數模型評價法基於對脆弱性的理解，首先對脆弱性的各構成要素進行定量評價，然後從脆弱性構成要素之間的相互作用關系出發，建立脆弱性評價模型。該方法與脆弱性內涵對應較強，能夠體現脆弱性構成要素之間的相互作用關系，但目前關於脆弱性的概念、構成要素及其相互作用關系尚無統一的認識，並且脆弱性構成要素的定量表達較困難，使得該評價方法進展較為緩慢。模糊物元評價法是通過計算各研究區域與一個選定參照狀態（脆弱性最高或最低）的相似程度來判別各研究區域的相對脆弱程度。該方法可以充分利用原始變數的信息，缺點在於對參照單元的界定缺乏科學合理的方法，評價結果對參照單元選取標準的變化十分敏感，並且評價結果反映出的信息量較少，只能反映各研究區域脆弱性的相對大小，難以反映脆弱性空間差異的決定因素及脆弱性特徵等方面的信息。危險度分析方法計算研究單元各變數現狀矢量值與自然狀態下各變數矢量值之間的歐氏距離，認為距離越大系統越脆弱，越容易使系統的結構和功能發生徹底的改變。該方法多用於生態環境脆弱性評價，反映系統偏離自然狀態的程度和研究單元的生態危險程度。不足之處是忽視了人類活動對生態環境改善的促進作用以及自然狀態的不確定性，沒有確定的脆弱性閾值。

隨著GIS、融合技術及非線性方法等新方法的引入，環境脆弱性評價將可能出現新的方法。藉助GIS技術，可以實現在同一個平台下表徵出多種途徑和探測手段能夠獲取的定性和非定性數據，利用空間疊加分析的強大功能提取出有用信息，闡述各種數據之間的相互關系，從而可以揭示自然環境要素間內在聯系及演變規律。GIS技術與各種數學模型的結合將是環境脆弱性評價研究的一個重要發展方向。

從以上論述可以看出，關於地質環境脆弱性的研究尚不多見。近年來，有學者先後對地質環境對社會經濟發展的影響做了一些探索，提出了地質環境生態適宜性評價指標體系、農業地質環境質量評價指標、區域地質環境可持續利用評價體系、國土資源與地質環境健康指數等評價框架或方法^[15～18]。總的看來，地質環境脆弱性的研究多偏重於定性評價，定量評價理論與方法尚處在探索階段，距離應用還有很大差距。

⑵ 區域地質環境脆弱性評價方法

基於ArcGIS平台，將區域地殼穩定性、斷裂帶分布、海拔、地表起伏度、植被覆蓋度、地表濕潤指數、土壤可蝕性、土壤侵蝕強度和岩溶分布等9個脆弱性指標圖層進行線性變換歸一化處理，使結果落到[0,100]區間，得到各指標標准值圖層；運用因子相關分析法，分析9個脆弱性指標間相關性；應用主成分分析法，將相關性顯著的重復的要素刪去多餘，重新組合成一組新的互相無關的綜合脆弱性要素；以主成分要素對應的方差貢獻率作為權重，應用綜合指數模型，完成地質環境脆弱性綜合評價；在區位理論及空間統計的支持下進行分區，將全國劃分為微度、輕微度、輕度、中度、重度和極度等六類脆弱區。

（一）歸一化

歸一化處理，線性變換轉換函數如下：

生態文明視角下地質環境調查戰略研究

式中：X為指標x的標准值；x_max為指標x樣本數據的最大值；x_min為指標x樣本數據的最小值。

（二）因子相關分析

在spatial analyst工具的多元分析中進行波段集統計，分析上述9個指標的相關方向和相關程度。皮氏積矩相關系數是衡量兩個隨機變數之間線性相關程度的指標。它由卡爾·皮爾森在1880年提出，現已廣泛地應用於科學的各個領域。對於變數x、y，皮氏積矩相關系數為：

生態文明視角下地質環境調查戰略研究

式中：r_xy為皮氏積矩相關系數；

為變數x的均值；

為變數y的均值。如果兩者呈正相關，r呈正值，r=1時為完全正相關；如兩者呈負相關則r呈負值，而r=－1時為完全負相關。通常情況下，通過以下r的取值范圍判斷變數的相關強度：0.8～1.0極強相關；0.6～0.8強相關；0.4～0.6中等程度相關；0.2～0.4弱相關；0.0～0.2極弱相關或無相關。

（三）主成分分析

基於ArcGIS平台，在spatial analyst工具的多元分析中進行主成分分析。主成分分析工具用於將輸入多元屬性空間中的輸入波段內的數據變換到相對於原始空間對軸進行旋轉的新的多元屬性空間。新空間中的軸（屬性）互不相關。第一個主成分V₁（第一個線性組合，即第一個綜合指標）將具有最大的方差，Var(V₁)越大，表示V₁包含的信息越多；如果第一主成分不足以代表原來m個指標的信息，再考慮選取V₂即選第二個線性組合，V₁已有的信息就不需要再出現在V₂中，用數學語言表達就是要求Cov(V₁,V₂)=0，則稱V₂為第二主成分，第二個主成分將具有未通過第一個主成分描述的第二大方差；依此類推，可以構造出其他主成分。

（四）綜合指數模型

地質環境脆弱度採用下式計算

生態文明視角下地質環境調查戰略研究

式中：V為區域地質環境脆弱度；V_i為採用主成分分析方法所獲得的第i個綜合變數；n為綜合變數個數；m為一級指標個數；λ為主成分變數對應的特徵值。

⑶ 水源地地下水固有脆弱性評價方法

4.2.1.1 評價指標體系

選取影響地下水固有脆弱性影響因素指標體系的原則是：指標具有代表性、系統性、簡潔性、獨立性、動態性、科學性、可操作性。

1）代表性：指標充分反映了研究區典型區域特徵對地下水污染風險的影響。

2）系統性：地下水污染風險關繫到地下水系統的各個方面。在構建評價指標體系時，應該全面系統地考慮地下水污染風險的各種影響因素，盡可能將這些因素的各個方面都納入到評價指標體系中來，在保證評價指標沒有重復意義基礎上，保證其評價結果的可靠性。

3）獨立性：系統的狀態可以用多個指標來描述，但這些指標之間往往存在信息交叉，在構建指標體系過程中，應該在諸多交叉信息中，通過科學的剔除，選擇具有代表性同時又相互相對獨立性較強的指標參與評價過程，提高評價的准確性和科學性。

4）簡潔性：影響地下水污染風險的各種潛在因素很多，要建立一個包含所有因素的龐大指標體系在實際應用中是很難實現的。一方面這些因素所包含的指標有一些很難取得，另一方面指標過多，它們之間的關系也錯綜復雜，並且它們之間還存在著協同和拮抗等作用。這就要求在進行地下水脆弱性評價時，應根據不同地區的情況具體問題具體分析，盡量找出影響地下水污染風險的主要因素，並且選取的指標不宜過多，否則會沖淡主要指標的作用。

5）動態性：不僅要考慮現狀條件下影響地下水污染風險的因素，還要考慮地下水環境和地下水系統在自然或人類活動影響下發生變化情況時的影響因素。

6）科學性：指標體系應建立在一定的科學基礎之上，體系中各指標概念的內涵和外延應明確，能夠從各個側面全面完整地反映和度量評價對象。

7）可操作性：指標的獲取具有現實性，在我國現有統計制度存在或者通過實驗和調研能夠得到相應的數據資料（如統計年鑒、統計資料、抽樣調查、典型調查或相應的內部資料等）。

4.2.1.2 地下水型水源地固有脆弱性評價指標體系

目前評價地下水脆弱性最常用的方法是DRASTIC模型。模型將地下水埋深D、凈補給量R、含水層介質A、土壤帶介質S、地形T、包氣帶介質I及水力傳導系統C等7個水文地質參數組成評價指標體系。雖然DRASTIC模型可以較客觀地評估不同地區的地下水本質脆弱性，但其前提是假設各地區的含水層都分別具有均一趨勢。實際上由於各國各地區的地質、水文地質等條件不同，以及模型計算方法的缺陷，DRASTIC法存在一定的局限性，需要對模型進行一定的改進，使其具有更強的適用性，其中針對地表水域發育地區需要考慮河網的密度，而土地利用類型可以表徵入滲污染物分布大致類型和狀態，需要被引入到評價過程中，改進後的指標體系見表4.1所示。

（1）地下水埋深

地下水埋深即包氣帶厚度。包氣帶是污染物從地表進到含水層中的第一道屏障，包括土壤和土壤下方的包氣帶土層。土壤黏土礦物含量、有機質含量、含水量、土壤類型與分布、包氣帶介質、厚度、結構及區域分布特徵等都是地下水脆弱性的影響因素。包氣帶厚度決定了污染物進入含水層所必經的路程長短，水位埋深越淺，污染物和包氣帶介質發生各種物理化學生物作用的機會和時間越少，因此，地下水脆弱性越高。

表4.1 地下水固有水脆弱性評價指標表

（2）垂向凈補給量

垂向凈補給量指單位面積內從地表垂直滲入地下水位的水量，是評價中最不容易確定的因素，補給水量不僅是污染物運移載體，而且對污染物起到一定的稀釋作用。垂向凈補給量對地下水脆弱性具有雙重影響：當垂向凈補給量大時，攜帶的污染物量多，同時污染物被稀釋的可能性增大，所以這兩種相反的作用和決定了垂向凈補給量對地下水脆弱性的貢獻。大部分研究中認為，研究區內的垂向凈補給量沒有大到可以產生稀釋作用，所以一般採用簡化的方法表示垂向凈補給量對地下水脆弱性的影響，即垂向凈補給量越大，污染物進入到地下水中的可能性越高，因此，地下水脆弱性越高。

垂向凈補給量通常由降雨量、河流補給量、渠系滲流量、灌溉水和回灌水入滲量等各種補給源減去蒸散發量組成，這些物理量都存在著年內和年際變化，因此，垂向凈補給量是隨時間變化的物理量，地下水脆弱性也存在著動態變化。垂向凈補給量可根據水均衡方程來估計，但結果精度不高。在降雨量佔地下水補給量絕對優勢的情況下，一般採用降雨補給入滲量代替垂向凈補給量，用降雨量乘以降雨入滲系數獲得降雨補給入滲量。

（3）地形坡度

地形坡度指地表面的傾斜程度，它可以控制污染物遷移或積累的過程。如果坡度較陡，污染物隨降雨、灌溉水等載體而遷移，不易滲入地表以下，因此，地下水脆弱性較低；反之，則較高。

（4）土壤介質類型

土壤介質類型控制著滲透途徑和滲流長度，並影響污染物衰減和與介質接觸時間。顆粒結構越細，介質越密實，孔隙度越小，滲透性就越差，防護能力越強，地下水脆弱性越低。

（5）包氣帶介質黏性土層厚度

黏性土層相比於其他介質更容易對污染物進行截滯、轉化或積累，降低了對地下水環境污染的可能性。包氣帶中黏土層對污染物進入地下水起到極大的截污與阻礙作用，黏土層越厚，污染物到達含水層的時間越長，污染物接受稀釋、降解的機會就越大，防污性能越好，地下水脆弱性越低。

（6）含水層介質滲透系數

岩石的顆粒越大，或是存在與含水層有密切水力聯系的斷裂構造（節理和斷層），則含水層具有較高的滲透性，地下水脆弱性越高。在鬆散含水層中，滲透性取決於岩石顆粒類型和細顆粒物質含量；在裂隙或岩溶含水層中，滲透性取決於斷層面和層理面的原生空隙和次生空隙的數量。斷裂帶的性質、產狀、寬度、富水性及導水性等是影響地下水脆弱性的主要因素。此外，含水層厚度也決定了含水層對污染物的稀釋能力。含水層厚度越大，對污染物的稀釋作用越強，地下水脆弱性越低。

（7）土地利用類型

土地利用類型是區分土地利用空間地域組成單元的過程。這種空間地域單元是土地利用的地域組合單位，表現人類對土地利用、改造的方式和成果，反映土地的利用形式和功能。地下水系統對流域土地利用具有強烈的響應。

土地利用類型既可以作為地下水脆弱性的影響因素，也可以作為地下水污染風險的影響因素，但影響意義不同。土地利用類型對地下水污染風險的影響主要體現在不同土地類型對應的污染源特徵以及污染物進入地下水的途徑不同。例如，耕地的農作物上施用的化肥和農葯入滲污染地下水，耕地面積越大，植物耕種的密度越大，則施用的化肥和農葯就越多，則地下水污染風險越高；在地表水體與地下水的水力聯系密切之處，地表水體的污染容易通過連續入滲方式對地下水污染風險產生影響。土地利用類型作為地下水脆弱性的影響因素，並不將其作為體現污染源種類或負荷的表徵，而是作為影響污染物在土壤或包氣帶中遷移轉化規律的體現。不同土地利用類型下的包氣帶中污染物的垂直入滲、微生物作用及污染物的凈化過程會有明顯的不同。

（8）河網密度

河網密度為單位面積內河道總長度。水系密布性與DEM的解析度直接有關，當解析度較低時，某些小河道就無法表達出來，反之，當解析度較高，則就能將細小的河道表達出來。在地表水體與地下水有密切水力聯系地區，地表水也是地下水的一個重要補給來源。地表水系發達地區的地下水不僅接受地表水體下滲的補給，而且也受到河流側向相互補排的影響。此外，包氣帶土層也受到河網切割侵蝕的影響。一般認為，河網稀疏區域的地下水脆弱性低；河網密集區域的地下水脆弱性高。

4.2.1.3 地下水固有脆弱性評價方法

地下水脆弱性的研究程度較高，評價方法較為成熟，目前國內外已有的評價方法主要有迭置指數法、過程模擬法、統計方法、模糊數學方法以及各種方法的綜合等，具體信息見表4.2。

表4.2 地下水脆弱性評價的主要方法表

其中，迭置指數法是通過選取的評價參數的分指數進行迭加形成一個反映脆弱性程度的綜合指數，包括指標、權重、值域和分級。它又分為水文地質背景參數法（HCS）和參數系統法，後者又包括矩陣系統（MS）、標定系統（RS）和計點系統模型（PCSM）。它是通過對選取指標進行等級劃分和賦值以及賦予權重，然後進行加權求和得到一個反映程度的綜合指數，並通過對綜合指數進行等級劃分表徵評價對象一種方法。

根據建立的指標體系，對模型中每個指標都分成幾個區段，每個區段賦予1～10的評分。然後根據每個指標對脆弱性影響大小賦予相應權重（5，4，3，2，1，5和3），最後通過加權求和下式得到地下水脆弱性指數，記為DI，值越高，地下水脆弱性越高，反之脆弱性越低。

DI＝D_RD_W+R_RR_W+A_RA_W+S_RS_W+T_RT_W+I_RI_W+C_RC_W（4.1）

式中：下標R——指標值；

W——指標的權重。

其中各個評價指標的分級標准和評分表如下表4.3所示：

表4.3 地下水脆弱性DRASTIC評價指標的分級標准和評分表

國內研究者根據不同地區自然屬性特徵和污染物特徵提出了3～11個不等的指標，採用不同的方法對權重加以優化，然後藉助GIS技術或模糊數學方法進行地下水脆弱性分區。

⑷ 脆弱性評價除了層次分析法還有哪個比較簡單

層次分析法優缺點
（一）優點
1. 系統性的分析方法
層次分析法把研究對象作為一個系統，按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進行決策，成為繼機理分析、統計分析之後發展起來的系統分析的重要工具。系統的思想在於不割斷各個因素對結果的影響，而層次分析法中每一層的權重設置最後都會直接或間接影響到結果，而且在每個層次中的每個因素對結果的影響程度都是量化的，非常清晰、明確。這種方法尤其可用於對無結構特性的系統評價以及多目標、多准則、多時期等的系統評價。
2. 簡潔實用的決策方法
這種方法既不單純追求高深數學，又不片面地注重行為、邏輯、推理，而是把定性方法與定量方法有機地結合起來，使復雜的系統分解，能將人們的思維過程數學化、系統化，便於人們接受，且能把多目標、多准則又難以全部量化處理的決策問題化為多層次單目標問題，通過兩兩比較確定同一層次元素相對上一層次元素的數量關系後，最後進行簡單的數學運算。即使是具有中等文化程度的人也可了解層次分析的基本原理和掌握它的基本步驟，計算也經常簡便，並且所得結果簡單明確，容易為決策者了解和掌握。
3. 所需定量數據信息較少
層次分析法主要是從評價者對評價問題的本質、要素的理解出發，比一般的定量方法更講求定性的分析和判斷。由於層次分析法是一種模擬人們決策過程的思維方式的一種方法，層次分析法把判斷各要素的相對重要性的步驟留給了大腦，只保留人腦對要素的印象，化為簡單的權重進行計算。這種思想能處理許多用傳統的最優化技術無法著手的實際問題。[1]
（二）缺點
1. 不能為決策提供新方案
層次分析法的作用是從備選方案中選擇較優者。這個作用正好說明了層次分析法只能從原有方案中進行選取，而不能為決策者提供解決問題的新方案。這樣，我們在應用層次分析法的時候，可能就會有這樣一個情況，就是我們自身的創造能力不夠，造成了我們盡管在我們想出來的眾多方案里選了一個最好的出來，但其效果仍然不夠企業所做出來的效果好。而對於大部分決策者來說，如果一種分析工具能替我分析出在我已知的方案里的最優者，然後指出已知方案的不足，又或者甚至再提出改進方案的話，這種分析工具才是比較完美的。但顯然，層次分析法還沒能做到這點。
2. 定量數據較少，定性成分多，不易令人信服
在如今對科學的方法的評價中，一般都認為一門科學需要比較嚴格的數學論證和完善的定量方法。但現實世界的問題和人腦考慮問題的過程很多時候並不是能簡單地用數字來說明一切的。層次分析法是一種帶有模擬人腦的決策方式的方法，因此必然帶有較多的定性色彩。這樣，當一個人應用層次分析法來做決策時，其他人就會說：為什麼會是這樣？能不能用數學方法來解釋？如果不可以的話，你憑什麼認為你的這個結果是對的？你說你在這個問題上認識比較深，但我也認為我的認識也比較深，可我和你的意見是不一致的，以我的觀點做出來的結果也和你的不一致，這個時候該如何解決？
比如說，對於一件衣服，我認為評價的指標是舒適度、耐用度，這樣的指標對於女士們來說，估計是比較難接受的，因為女士們對衣服的評價一般是美觀度是最主要的，對耐用度的要求比較低，甚至可以忽略不計，因為一件便宜又好看的衣服，我就穿一次也值了，根本不考慮它是否耐穿我就買了。這樣，對於一個我原本分析的『購買衣服時的選擇方法』的題目，充其量也就只是『男士購買衣服的選擇方法』了。也就是說，定性成分較多的時候，可能這個研究最後能解決的問題就比較少了。
對於上述這樣一個問題，其實也是有辦法解決的。如果說我的評價指標太少了，把美觀度加進去，就能解決比較多問題了。指標還不夠？我再加嘛！還不夠？再加！還不夠？！不會吧？你分析一個問題的時候考慮那麼多指標，不覺得辛苦嗎？大家都知道，對於一個問題，指標太多了，大家反而會更難確定方案了。這就引出了層次分析法的第三個不足之處。
3. 指標過多時數據統計量大，且權重難以確定
當我們希望能解決較普遍的問題時，指標的選取數量很可能也就隨之增加。這就像系統結構理論里，我們要分析一般系統的結構，要搞清楚關系環，就要分析到基層次，而要分析到基層次上的相互關系時，我們要確定的關系就非常多了。指標的增加就意味著我們要構造層次更深、數量更多、規模更龐大的判斷矩陣。那麼我們就需要對許多的指標進行兩兩比較的工作。由於一般情況下我們對層次分析法的兩兩比較是用1至9來說明其相對重要性，如果有越來越多的指標，我們對每兩個指標之間的重要程度的判斷可能就出現困難了，甚至會對層次單排序和總排序的一致性產生影響，使一致性檢驗不能通過，也就是說，由於客觀事物的復雜性或對事物認識的片面性，通過所構造的判斷矩陣求出的特徵向量（權值）不一定是合理的。不能通過，就需要調整，在指標數量多的時候這是個很痛苦的過程，因為根據人的思維定勢，你覺得這個指標應該是比那個重要，那麼就比較難調整過來，同時，也不容易發現指標的相對重要性的取值里到底是哪個有問題，哪個沒問題。這就可能花了很多時間，仍然是不能通過一致性檢驗，而更糟糕的是根本不知道哪裡出現了問題。也就是說，層次分析法裡面沒有辦法指出我們的判斷矩陣里哪個元素出了問題。
4. 特徵值和特徵向量的精確求法比較復雜
在求判斷矩陣的特徵值和特徵向量時，所用的方法和我們多元統計所用的方法是一樣的。在二階、三階的時候，我們還比較容易處理，但隨著指標的增加，階數也隨之增加，在計算上也變得越來越困難。不過幸運的是這個缺點比較好解決，我們有三種比較常用的近似計算方法。第一種就是和法，第二種是冪法，還有一種常用方法是根法。

模糊綜合評價法優缺點
1、模糊綜合評價法的優點
模糊評價通過精確的數字手段處理模糊的評價對象，能對蘊藏信息呈現模糊性的資料作出比較科學、合理、貼近實際的量化評價；
評價結果是一個矢量，而不是一個點值，包含的信息比較豐富，既可以比較准確的刻畫被評價對象，又可以進一步加工，得到參考信息。
2、模糊綜合評價法的缺點
計算復雜，對指標權重矢量的確定主觀性較強；
當指標集U較大，即指標集個數凡較大時，在權矢量和為1的條件約束下，相對隸屬度權系數往往偏小，權矢量與模糊矩陣R不匹配，結果會出現超模糊現象，解析度很差，無法區分誰的隸屬度更高，甚至造成評判失敗，此時可用分層模糊評估法加以改進

⑸ 南昌市地下水脆弱性評價

張永忠 馬振興 楊永革 劉細元 陶木金 呂少俊 秦岩 王道英

（江西省地質調查研究院，向塘330201）

摘要：通過採用DRpASTIC評價模型對南昌市地下水脆弱性進行了評價，得出結論：南昌市贛江、撫河沿岸砂灘脆弱性高，防污性能極差；紅谷灘新區、蓮塘及八一橋的贛江分支地區，脆弱性較高，防污性能差；朝陽洲、揚子洲的河間地塊，脆弱性中等，防污性能中等；鳳凰洲、蔣巷及西北部沖溝地帶，脆弱性較低，防污性能較好；老撫河以東地區和北西部崗間地帶脆弱性低，防污性能好。對形成地下水脆弱性高－較高區的主要因素進行了闡述和分析。根據南昌市地下水脆弱性分區特點及污染源特徵，對南昌市地下水污染防治提出了建議和對策。

關鍵詞：地下水；脆弱性評價；南昌市

地下水具有水質好，水溫穩定，不易受污染等特點，因此，它作為城市供水水源之一，顯得越來越重要，尤其是在城市面臨水質型缺水和季節性缺水時，它的作用顯得尤為重要，然而，由於工業三廢及生活廢棄物的大量排放、農業區化肥和農葯的大量使用，致使部分區域地下水受到不同程度的污染。有關資料顯示：在南昌市老城區和人口稠密地區，其污染源主要為生活廢水、生活垃圾和糞便污染物，污染物質主要是「三氮」有機污染和各種病毒細菌。區內第四系鬆散岩類孔隙水在南昌乳品廠、南昌農葯廠和化工原料廠、外洲水文站一帶已有不同程度的污染，主要污染因子有pH值、 Zn^2＋、Fe、Mn^2＋。紅層地下水受污染地段主要分布在羅家集和外洲水文站，污染因子為 Fe、Mn_2＋、Cl^－、pH值、總硬度和溶解固形物，污染程度為中度－輕度污染。因此，開展南昌市城市地下水脆弱性進行評價，並在分析評價結果的基礎上，識別地下水污染的潛在危險，可為科學制定地下水污染防治方案和有效實現地下水資源的可持續利用提供重要依據，具有重要的現實意義。

1 城市自然地理及環境地質背景

1.1 自然地理及研究區范圍

南昌是江西的省會城市，地處贛（江）撫（河）下游沖積平原，北臨我國最大的淡水湖－鄱陽湖。地勢總體西北高、南東低，依次發育低山丘陵、崗地、平原，呈現層狀地貌特徵。以贛江為界，贛江西北部為構造剝蝕低山丘陵、崗地，贛江以東為河流侵蝕堆積平原，河湖港汊密布，辮狀水系發育。本次研究區范圍為南昌市城市規劃區^［1］范圍：東起麻丘鎮，西至梅嶺；北起昌北機場，南至銀三角（南昌縣以南3km）。東經：115°46′27″～116°06′04″；北緯：28°30′48″～28°51′54″。總面積1248.0km²。

1.2 地層岩石構造特徵

研究區地層有前震旦系、白堊繫上統、古近系和第四系；出露有晉寧期、喜山期岩漿岩。南昌地處揚子地塊與華南地塊接合帶北側、揚子地塊的南緣，地質構造復雜，斷裂及其裂陷盆地均很發育。褶皺構造：區內基岩僅出露於贛江以西地區。除由前震旦系千枚岩組成一系列北東東至北東走向的次級緊密線狀同斜褶皺外，白堊繫上統—古近系，褶皺寬緩，呈近東西走向。區內斷裂甚為發育，以北東、北北東，北西及北北西四組斷裂為主，次為北東東和東西斷裂。

1.3 含水岩組劃分

根據含水岩（層）組的岩性特徵，組合關系，貯水空間的形態及水力聯系等劃分為4個含水層：(1)第四系鬆散岩類孔隙含水層：第四系孔隙含水層由全新統、上更新統和中更新統沖積的砂、砂礫石層組成，三者水力聯系密切，構成統一的含水層，水量豐富，補給來源有河水側向補給，大氣降水垂向補給和紅層地下水越流補給。(2)古近系、白堊系「紅層」溶隙裂隙含水層：以大氣降水補給為主，富水性中等－弱。(3)前震旦系變質岩裂隙含水層組：地下水賦存於風化裂隙中，地下水以大氣降水補給為主，富水性弱。(4)岩漿岩裂隙含水層：地下水以大氣降水補給為主，富水性弱。

2 南昌市地下水脆弱性評價^［2］

2.1 評價方法及評價因子的選取

根據南昌市的自然地理及環境地質背景條件等具體情況，我們採用DRpASTIC評價模型。選取地下水埋深（D）、降雨入滲補給量（Rp）、含水層介質（A）、土壤介質（S）、地形坡度（T）、非飽和帶介質（I）、含水層滲透系數（C）7個參數作為南昌市地下水脆弱性的評價因子。

2.2 地下水脆弱性評價因子評分

（1）地下水埋深：地下水埋深決定著地表污染物到達含水層之前所經歷的各種水文地球化學過程，並且提供了污染物與大氣中的氧接觸致使其氧化的最大機會。通常，地下水位埋深越大，地表污染物達到含水層所需的時間越長，污染物在途中被稀釋的機會越大，污染物進入地下水的可能性就越小，

含水層被污染的程度也就越小。因此，根據地下水埋深對地下水污染程度的影響，結合地下水埋深，給出埋深范圍及評分（表1）。

表1 地下水埋深評分表

華東地區地質調查成果論文集:1999~2005

，其實測含量為25mg/L，為國家地下水質量Ⅲ類標準的1.25倍。紅谷灘王家一帶超標組分為NH_4＋，其實測含量為0.7mg/L，為國家地下水質量Ⅲ類標準的3.5倍。另外，蓮塘（小蘭工業園區）地下水有機污染分析結果顯示：地下水有機氯農葯中δ六六六為23.87ng/L，P，P′－DDT為108.3ng/L；多環芳烴檢出率為56％，綜合污染指數為0.9，達到警戒線。地下水污染在此帶已經產生了一定的危害，如果不及時防治，它將產生更進一步的不良後果，如：這些受污染的區域都分布在贛江兩岸，且都在南昌市城區的上游位置，它們均分布著上、中更新統或全新統沖積砂礫石層，滲透性好，與贛江水力聯系密切，一般情況下由於地下水水位高於贛江水位，地下水排泄於贛江，這時，受污染的地下水將污染物不斷地帶進贛江水中，使贛江水體受到污染，受污染的贛江水體向南昌市城區中下游流去，污染了所有的取水口（工業和生活供水水源），造成不可估量的損失。以上表明，對地下水污染防治，已顯得十分迫切和需要，尤其是對那些地下水脆弱性較高的區域，更需要採取有效的措施，控制地下水污染的進一步發展和蔓延。

4 南昌市地下水污染防治建議

如前所述，由於南昌市部分區域防污性能差，已經造成很多地方地下水嚴重污染，甚至有可能進一步污染贛江水源。為了防止地下水污染的進一步發展和蔓延，對地下水進行污染防治已成了當務之急。據調查資料，南昌市地下水污染源大致可歸為4種：工業三廢排放的點源污染；農業化肥及農葯的施用，污水灌溉的非點源污染；生活廢棄物排放的非點源污染；被污染地表水體的側向滲透補給。根據南昌市地下水脆弱性分區特點及污染源特徵，建議建立以下地下水衛生防護帶，以防止含水層污染。

（1）一級防護帶：主要分布於贛江、撫河沿岸漫灘，此帶對應於脆弱性高區，其防污性能極差，含水介質滲透性極強，與贛江水力聯系密切，其地下水一旦遭受污染，還會進一步將污染物帶入贛江水源。所以此帶為嚴禁活動帶，應禁止在此帶的一切農業種植活動，嚴禁生活垃圾及生活污水的排放，總之，應禁止一切可能引起地下水污染的活動。

（2）二級防護帶：分布於紅谷灘新區、青雲譜、蓮塘一帶，此帶對應於脆弱性較高區，其防污性能較差，含水介質滲透性較強，一般情況下地下水排泄於贛江，2004年通過取水樣查證，其部分區域地下水已經遭受污染，有可能還會進一步將污染物帶入贛江水源。此帶已有一些污染企業，如蓮塘小蘭工業園一帶的匯仁制葯廠及一些化工廠已使地下水產生了污染，對這些污染企業應進行治理，治理不了的應關、停、並、轉、遷，應盡量避免修建各種大型污染企業，積極發展技術、資金密集型企業，逐步轉向以第三產業和高新技術為主導的產業結構，由資源型轉向效益型。另外也可建設居民區。

（3）三級防護帶：主要分布於朝陽洲、揚子洲地帶農業地區，其對應於脆弱性中等區，防污性能一般。建議在此帶建立居民生活區、娛樂場所，以及輕業區，不得興建有污染的企業，發展生態農業，集約經營，提倡科學使用化肥、農葯，提高使用效率，減少面源污染，提倡多用有機肥，特別應該杜絕污水灌溉。消滅污染源，對污染物進行科學處理，確保所有污染物達標排放。

（4）四級防護帶：位於老撫河以東廣大地區，北西部的崗間沖溝、八一橋北端—鳳凰洲、贛江南支蔣巷鎮地區。此帶對應於脆弱性低～較低區，建議此帶建立農業活動區、重工業區、製造業及食品工業區。該帶的東部區域為地下水資源主要分布區。因此，應進行保護，消滅污染源，不得隨意傾到工業廢渣及生活垃圾，禁止污水灌溉。

5 結論

（1）對南昌市地下水脆弱性進行了評價，得出結論：南昌市贛江、撫河沿岸砂灘脆弱性高，防污性能極差；紅谷灘新區、蓮塘及八一橋的贛江分支地區，脆弱性較高，防污性能差；朝陽洲、揚子洲的河間地塊，脆弱性中等，防污性能中等；鳳凰洲、蔣巷及西北部沖溝地帶，脆弱性較低，防污性能較好；老撫河以東地區和北西部崗間地帶脆弱性低，防污性能好。為南昌市地下水污染防治工作提供了科學的依據。

（2）對形成地下水脆弱性高－較高區的主要因素進行了詳細闡述和分析。

（3）根據南昌市地下水脆弱性分區特點及污染源特徵，對南昌市地下水污染防治工作提出了建議和對策。

參考文獻

［1］南昌市城市規劃設計研究總院.南昌市2002～2005年城市總體規劃

［2］地礦部水文地質工程地質研究所選編.地下水資源評價理論與方法的研究.北京：地質出版社，1982

Groundwater Vulnerability Assessment in Nanchang

Zhang Yongzhong, Ma Zhenxing, Yang Yongge, Liu Xiyuan, Tao Mujin,Lu Shaojun, Qin Yan, Wang Daoying

(Jiangxi Institute of Geological Survey, Xiangtang 330201)

Abstract: DRpASTIC assessment model is put forward to assess the groundwater vulnerability in Nanchang city. The result shows that the area of Ganjiang River and along the sand beach Fu River in Nanchang City is high in the groundwater vulnerability and very poor in antipollution ; that of Honggutan New Zone, Liantang and the regional branch of the Ganjiang River of Bayi Bridge, the higher vulnerability,antipollution worse; that of Chaoyang Island, interfluve block of the Yangtze Island, Medium vulnerability, antipollution Medium; that of Fenghuang Island, Jiangxiang and gully zone in Northwest, the lower vulnerability, antipollution better; that of the east area and the interridge of north-western areas in the former Fu River, the low vulnerability, antipollution good。 The paper expounds and analyzes the main factors which forms high-higher area of the Groundwater vulnerability. According to pollution source features and characteristics of groundwater vulnerability district of Nanchang City, the article puts forward proposals and measures of groundwater pollution prevention.

Key words: Groundwater; Vulnerability assessment; Nanchang

⑹ 地質環境脆弱性評價指標

對於脆弱性，生態學、環境學、災害學等不同的學科具有不盡相同的含義^［11］。這里所指的地質環境脆弱性，其含義是地質環境本身所固有的、先天的、易於對人類經濟社會產生災害或負面影響的程度，即地質環境系統及其組成要素在外界條件作用下易於產生地質環境問題或地質災害的程度。人類活動、氣候變化、地表植被等因素雖然對地質環境脆弱性有不同程度的影響，但是這些因素屬於地質環境的外界條件，並非地質環境本身所固有。所以，影響地質環境脆弱性的主要因素包括地質構造、地形地貌、地表組成物質等。從區域尺度來看，決定區域地質環境脆弱性的關鍵因素是地質構造和地形地貌。定量刻畫地質構造和地形地貌的指標分別為區域地殼活躍度和地表起伏度。

(一)區域地殼活躍度

區域地殼活躍度用於表徵區域地殼運動的現今活動情況與活躍程度，區域地殼穩定性的負面表述。中國地質科學院地質力學研究所依據區域地質單元性狀、構造活動、垂直地形變、地殼厚度異常及布格重力異常、地震震級、地震烈度和地質災害等指標，對中國區域地殼穩定性按照100Km×100Km的網格進行了分單元評價^［12］。按照評價指標，各個單元的地殼穩定性劃分為4個等級:穩定、基本穩定、次不穩定、不穩定。結果表明，中國國土面積的24%屬於穩定區，56%屬於基本穩定區，17%屬於次不穩定區，3%屬於不穩定區。

以上述區域地殼穩定性評價結果為基礎，區域地殼活躍度採用下式計算:

中國地質環境變化與對策研究

式中:S₁———不穩定區佔地區總面積的百分比;

S₂———次不穩定區佔地區總面積的百分比;

p₁、p₂———權重;

G———區域地殼活躍度。

(二)地表起伏度

地表的起伏，影響著地表物質的侵蝕、搬運、堆積等過程，在很大程度上決定了滑坡、崩塌、泥石流、水土流失等地質災害的易發程度。它從宏觀上決定了一個地區地質環境的脆弱程度。衡量地形地貌對地質環境脆弱度的影響，可採用地表起伏度這一指標來表達。其計算公式為

中國地質環境變化與對策研究

式中:max(h)———地區的最高海拔高度(m);

min(h)———地區的最低海拔高度(m);

max(H)———全國的最高海拔高度(m);

min(H)———全國的最低海拔高度(m);

P(A)———地區平地所佔的面積(Km²);

A———地區的陸地總面積(Km²);

RDSL———地表起伏度。

採用比較簡便的加權線性累積法計算區域地質環境脆弱度。總體上，可以認為區域地殼活躍度和地表起伏度對地質環境脆弱性的貢獻是相同的，在計算區域地質環境脆弱度時這兩個指標的權重均為1/2。由於區域地殼活躍度、地表起伏度的地區差異很大，選用標准差形式對數據進行規范化處理。

⑺ 　生態環境脆弱性評價

1.評價指標與權重的選取

（1）評價因子選取

將生態環境因子劃分為三大類，即生態系統與生境現狀、人類生存安全度和生態經濟。生態系統與生境現狀包括氣象條件，水資源條件，地貌條件，植被與生境條件等4項工級指標、12項Ⅱ級指標與5項Ⅲ級指標。人類生存安全度包括自然災害，環境污染與土地負荷3項Ⅰ級指標、9項Ⅱ級指標和2項Ⅲ級指標。生態經濟包括土地生產力和生態經濟2項工級指標、10項Ⅱ級指標、5項Ⅲ級指標。共計有9項I級指標、31項Ⅱ級指標、12項Ⅲ級指標（Ⅲ級指標不參與最終計算，只幫助確定Ⅱ級指標的取值）。

（2）評價指標選取

要將這些不同量綱的指標進行評價須對其進行初值化與標准化。初值化是將指標值與國家評價指標體系或全國自然—社會—經濟體系現狀對比，賦予指標值1～10的分值。一般視5～6為正常值（多為豫中平原取值），分值愈大意味著該指標對生態質量的正面影響愈大，分值愈少意味著該指標對生態質量的負面影響愈大。

（3）評價權重選取

聘請15位相關專業的專家對31項Ⅱ級指標、9項Ⅰ級指標運用層次分析法（AHP）求權值。先確定在Ⅱ級指標、Ⅰ級指標內相對權值，再確定I級指標間相對權值。

2.生態環境質量綜合評判

（1）生態因子的取值單位、初值化標准和權值及生態環境脆弱性評價計算

年均降雨量初值取1～10分；≤50 mm/a為1;＞2000 mm/a為10；中值（5.5）取600～650 mm/a。

≥10℃年積溫初值取1～10分；≤1000℃為1;＞10000℃為10；中值（5.5）取4700～4800℃。

乾燥度初值取1～9分；K≥16為1;K＜0.8為9；中值（5.5）取1.1～1.4。

徑流深初值取1～10分；≤10 mm/a為1;＞1000 mm/a為10；中值（5.5）取150mm/a。

淺層地下水富水性初值取1～10分，淡水≤1 t/(h·m）為3，≥50 t/h·m為10。

灌溉面積比初值取1～10分；≤10%為1;100%為10；中值（5.5）取50%。

地貌類型初值5～8；亞高山（≥1800 m，多為自然保護區）；低山與丘陵（坡度平均＜25°，多為宜林宜草區）和傾斜平原（100～200 m，多為良好農耕區）取8；中山（≥1000 m，平均坡度≥250，但植被多較好）取7；平原取6；洪澇威脅平原與缺水劣地台

初值取2～9；坡度分≥550、55°、35°、25°、15°、6°、2°、0.004、坡度與切割度0.0002、0.0001和＜0.0001共11個等級，以懸崖急陡坡和低窪地為差，取值2～4；以6～0.0002為佳，取值7～9；≥2°的坡地切割嚴重區分值比同等坡度降1。

地震烈度烈度區劃≥X度取3分；＜V度取9分；余值內插。

旱澇頻度 輕旱＜50%，中旱50%～60%，重旱60%～70%，嚴重乾旱≥70%；輕澇＜30%，中澇30%～50%，重澇50%～70%，嚴重澇≥70%。嚴重旱澇區（豫北）取3分；重旱嚴重澇區（豫東）取4分；嚴重旱輕澇（豫北山地）、中旱嚴重澇（淮北）取5分；重旱輕澇（豫西北淺山區）和中旱重澇區（南陽盆地）取6分；中旱中澇區（大別山北坡）取7；輕旱輕澇區（伏牛山、大別山腹地）取8分。

洪水威脅程度黃淮江海平原洪水威脅區為1～4分；平原中微高地取5分；傾斜平原取5～7分；山區谷地取3～5分；坡地取5～7分。

其他自然災害主要指地質災害。崩塌、滑坡、泥石流、地面沉陷、礦井瓦斯與突水等災害高發區取3～4分；輕發區取5～6分；無發生區取8分。地取5。

水域與濕地面積比（r）以≤1%為1分；100%為10分；中值（5.5）取面積比為20%～25%。

森林覆蓋率（β）以≤2%為1分；≥80%者為10分；中值（5.5）的覆蓋率為10%～12%。

建設用地面積比（α）以≥20%為1分；＜2%為10分；中值（5.5）取12%。

土壤侵蝕與土地退化 以毀壞型劇烈侵蝕（≥15000 t/(a.km²）為1分；抗蝕年限≥1000 a，侵蝕量＜500 t/(a·km2）為10分；余者內插。參照年沙暴日數，土地沙漠化類型和鹽漬化程度酌情扣分。

土壤母質以花崗岩、壤土類為佳，取8分；其他火成岩、變質岩、黃土取7分；黏性與沙性土分別取6與5分；碳酸鹽岩、碎屑岩、泥礫與沙礫取5～4分。

土壤有機質有機質含量≤0.6%為1分；＞6%為10分；中值（5.5）取2%～2.5%。

土壤速效 N、P、K含量 鹼解氮150×10^-6～30×10^-6取8～3分；速效磷40×10^-6～3×10^-6取8～3分；速效鉀200×10-6～50×10^-6取8～4分。

單位土地第一產業增加值每平方公里增加值200萬～5萬元，取值8～2分；中值（5）取80萬～100萬元。

人口密度 密度1000～100人/km²，取值1～10分；中值（5.5）取500人/km²。

人均耕地 人均耕地0.333 hm2(5畝）至0.0667 hm²(1畝）取值10～1分；中值（5.5）取0.12 hm²(1.8畝）。

排污強度萬元GDP排污水數，≥100 t/萬元為1分；零排放為10分；中值（5.5）取50t萬/元。

地表水質等級超V類水取1分；Ⅲ類水取6分；工類水取10分；余者內插。

農葯化肥施用強度 化肥≤0.05 t/hm².a為10分；＞1.4 t/hm².a為1分；余者內插。農葯零施用為10分。≥0.04 t/hm².a為1分，余者內插。

非農業人口比例無農業人口為8分；農業人口100%為5分；余者內插。

第一產業GDP貢獻值GDP貢獻率為100%取8分；無取5分；余者內插。

農民人均純收入人均純收入＞3000元取8分；＜1000元取1分；余者內插。

義務教育普及率達100%者取10分；＜70%取1分；余者內插。

醫療條件萬人醫生（或病床）≥60個取10分；無醫生（病床）取1分；余者內插。

農林水與文教衛生投入強度 綜合投入＞1000元/人年·公頃取10分；≤20元/人年·公頃者取1分；余者內插。

（2）評價地域的綜合得分

取得各指標標准化值與權值後即可用公式法計算其最終得分值。分值介於0～1之間，分值愈大其生態環境狀況愈好，分值愈少其生態環境狀況愈差。再用1減去指標綜合分值即為該地域的生態環境脆弱性指數 G。該系數的含義為數值愈大生態環境脆弱性越強，具景觀衰落、生態質量惡化趨勢；數值愈小生態環境脆弱性越低，生態系統處於良性循環狀況（表12.1.1）。

表12.1.1河南省生態環境脆弱性評價計算表

G值的求法為

續表

遙感·河南省國土資源綜合調查與評價

應說明的是，因省內

之值為1.033，接近於1。因此，計算各區脆弱性時實際是用的簡化式，即

。

3.生態環境脆弱性分析

生態環境脆弱性指數劃分。G≤0.4為生態輕度脆弱區；G=0.4～0.5為生態中度脆弱區；G=0.5～0.65為生態強度脆弱區；G≥0.65為生態極強脆弱區。全省平均生態環境脆弱指數為0.535，屬生態環境脆弱區。符合生態質量良好，輕度脆弱的僅6個縣區（商城、羅山、信陽、固始、桐柏、內鄉）。符合生態環境中度脆弱的有36個縣區，其中有8個縣區（新縣、潢川、正陽、確山、遂平、魯山、南召、襄城）G值在0.4～0.45之間，生態質量尚差強人意。屬生態環境強度脆弱的有71個縣區，其中有12個縣區（澠池、義馬、新密、安陽縣、新鄉縣、衛輝、滑縣、長垣、南樂、濮陽縣、濟源市）生態環境脆弱指數大於0.6，接近極強脆弱區指標（表12.1.2）。

表12.1.2河南省生態環境脆弱性情況表

續表

⑻ 醫院災害脆弱性分析中相對風險值是如何計算的

嚴重性的分值相加所得值除以嚴重性的最大值，也就是18.所得數乘以100%。得相對風險值。17/18*100%=94%