本發(fā)明涉及地下水污染防控管理領域，特別是指一種優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法。
背景技術：
：近年來，地下水特殊脆弱性評價是對地下水污染采取預防的主要措施，通過區(qū)別不同地區(qū)地下水的對污染的敏感性來圈定不同脆弱級別的地下水區(qū)域，其評價結果對于地下水水源地選取及保護區(qū)劃分、地下水污染防控方案、區(qū)域土地利用開發(fā)政策制定、城市垃圾堆放場地選址及地下水水質監(jiān)測網(wǎng)布設都具有一定的理論指導意義。地下水脆弱性分為本質脆弱性和特殊脆弱性。地下水本質脆弱性指在天然狀態(tài)下地下水受到污染的可能性，是對污染所表現(xiàn)的內部固有的敏感屬性。地下水特殊脆弱性是指地下水在人類活動作用下受到某種/類污染物或所有污染物污染的可能性，是對特定的污染物或人類活動所表現(xiàn)的敏感屬性。目前，地下水本質脆弱性和特殊脆弱性的界限越來越模糊，在影響地下水本質脆弱性的因素中，如凈補給量可能受到灌溉或開采的影響，土壤層的特征也受到土地利用方式的影響。僅研究地下水本質脆弱性不符合實際社會情況且意義不顯著。因此，本專利研究對象為地下水特殊脆弱性。經過國內外近40年的研究表明，地下水脆弱性的研究方法很多，主要包括迭置指數(shù)法、過程模擬法、統(tǒng)計方法、模糊數(shù)學和綜合方法等。迭置指數(shù)法是應用最廣泛的方法，是通過對選取指標進行等級劃分和賦值以及賦予權重，然后進行加權求和得到一個反映脆弱程度的綜合指數(shù)，并通過對綜合指數(shù)進行等級劃分表征地下水脆弱性的一種方法。其中drastic模型是最常用的迭置指數(shù)法，該方法原理簡單，數(shù)據(jù)容易獲取，結果便于解釋和應用。最大的缺點之一是迭置指數(shù)法主觀性過強。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法，以解決現(xiàn)有迭置指數(shù)法所存在的主觀性過強的問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法，包括：結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，確定地下水特殊脆弱性影響因素；從確定的地下水特殊脆弱性影響因素中選擇具有代表性、系統(tǒng)性、簡潔性、獨立性、動態(tài)性、科學性、可操作性的指標建立指標體系；根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值；采用統(tǒng)計法，通過研究區(qū)內采樣點的特征污染物濃度和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重；根據(jù)每個指標的權重及各個指標的等級賦值結果，對指標體系進行加權求和，構建地下水特殊脆弱性評價模型。進一步地，所述結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，確定地下水特殊脆弱性影響因素包括：結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，從來源、位置和地下水系統(tǒng)特征三種角度綜合確定地下水特殊脆弱性影響因素。進一步地，所述來源包括：自然環(huán)境變化和人類活動、地下水水量和地下水水質；；所述位置包括：地表、包氣帶和飽和帶；所述地下水系統(tǒng)特征包括：含水層系統(tǒng)和地下水流動系統(tǒng)的特征。進一步地，所述指標體系中包括：定量指標；所述根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值包括：針對指標體系中的定量指標，對各個定量指標的數(shù)據(jù)進行處理，使各個指標的數(shù)據(jù)壓縮在[1，l0]內；如果指標值越大，地下水越脆弱，則按降半梯形公式：10×(實際值一最小值)/(最大值一最小值)計算評分值區(qū)間，并求評分值區(qū)間兩端點的平均值，根據(jù)求得的平均值對相應等級進行賦值；如果指標值越大，地下水越不脆弱，則按升半梯形公式：10×[1—(實際值一最小值)/(最大值一最小值)]計算，得出評分值區(qū)間，并求評分值區(qū)間兩端點的平均值，根據(jù)求得的平均值對相應等級進行賦值。進一步地，所述指標體系中包括：定性指標；所述根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值包括：針對指標體系中的定性指標，采用統(tǒng)計方法，根據(jù)地下水采樣點水質特征在不同指標等級劃分區(qū)間內的平均狀態(tài)調整賦值。進一步地，所述方法還包括：采用統(tǒng)計法，通過研究區(qū)內采樣點的水質綜合指數(shù)和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重。進一步地，所述各指標在各采樣點取值的相關程度用斯皮爾曼等級相關系數(shù)表示，其中，所述斯皮爾曼等級相關系數(shù)表示為：式中，ρ表示斯皮爾曼等級相關系數(shù)，n為樣本數(shù)量；di表示第i個樣本中特征污染物排行和脆弱性指數(shù)排行名次差。進一步地，所述采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，確定最優(yōu)的地下水特殊脆弱性圖包括：采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，根據(jù)分析結果從所述不同的分級方法中選擇最優(yōu)的分級方法；根據(jù)選擇的最優(yōu)的分級方法，確定最優(yōu)的地下水特殊脆弱性圖。進一步地，所述不同的分級方法包括：等間距法、幾何間距法、自然間斷法和分位數(shù)法。進一步地，所述采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，根據(jù)分析結果從所述不同的分級方法中選擇最優(yōu)的分級方法包括：；確定用于驗證地下水特殊脆弱性評價結果的驗證指標值；根據(jù)不同的分級方法得到的不同的地下水特殊脆弱性圖及確定的用于驗證地下水特殊脆弱性評價結果的驗證指標值，采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，根據(jù)分析結果從所述不同的分級方法中選擇合適的分級方法。本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：上述方案中，結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，確定地下水特殊脆弱性影響因素；從確定的地下水特殊脆弱性影響因素中選擇具有代表性、系統(tǒng)性、簡潔性、獨立性、動態(tài)性、科學性、可操作性的指標建立指標體系；根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值；采用統(tǒng)計法，通過研究區(qū)內采樣點的特征污染物濃度和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重；根據(jù)每個指標的權重及各個指標的等級賦值結果，對指標體系進行加權求和，構建地下水特殊脆弱性評價模型，根據(jù)構建的地下水特殊脆弱性評價模型，采用不同分級方法分別形成地下水特殊脆弱性分區(qū)；采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，優(yōu)化地下水特殊脆弱性分級方法，從而得到最優(yōu)的地下水特殊脆弱性圖通過優(yōu)化，能夠有效降低評價模型的主觀性。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的地下水特殊脆弱性評價模型優(yōu)化過程示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的drastic模型計算得到的地下水特殊脆弱性圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的2005年地下水中no3-n濃度分布圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的drsihvl模型計算得到的地下水特殊脆弱性圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的賦值優(yōu)化后的drsihvl模型計算得到的地下水特殊脆弱性圖；圖7為本發(fā)明實施例提供的rsivl模型計算得到的地下水特殊脆弱性圖；圖8(a)為本發(fā)明實施例提供的基于等間距(ei)分級方法下的地下水特殊脆弱性圖；圖8(b)為本發(fā)明實施例提供的基于自然間斷法分級方法(gi)下的地下水特殊脆弱性圖；圖8(c)為本發(fā)明實施例提供的基于分位數(shù)分級方法(q)下的地下水特殊脆弱性圖；圖8(d)為本發(fā)明實施例提供的基于幾何間距法分級方法(ng)下的地下水特殊脆弱性圖；圖9(a)為本發(fā)明實施例提供的gi分級方法得到的級別差圖；圖9(b)為本發(fā)明實施例提供的nj分級方法得到的級別差圖。具體實施方式為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本發(fā)明針對現(xiàn)有的基于迭置指數(shù)法的地下水脆弱性評價模型主觀性過強的問題，提供一種優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法。參看圖1所示，本發(fā)明實施例提供的優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法，包括：步驟101：結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，確定地下水特殊脆弱性影響因素；步驟102：從確定的地下水特殊脆弱性影響因素中選擇具有代表性、系統(tǒng)性、簡潔性、獨立性、動態(tài)性、科學性、可操作性的指標建立指標體系；步驟103：根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值；步驟104：采用統(tǒng)計法，通過研究區(qū)內采樣點的特征污染物濃度和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重；步驟105：根據(jù)每個指標的權重及各個指標的等級賦值結果，對指標體系進行加權求和，構建地下水特殊脆弱性評價模型；步驟106：根據(jù)構建的地下水特殊脆弱性評價模型，采用不同分級方法分別形成地下水特殊脆弱性分區(qū)；步驟107：采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，確定最優(yōu)的地下水特殊脆弱性圖。本發(fā)明實施例所述的優(yōu)化地下水特殊脆弱性評價模型的方法，結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，確定地下水特殊脆弱性影響因素；從確定的地下水特殊脆弱性影響因素中選擇具有代表性、系統(tǒng)性、簡潔性、獨立性、動態(tài)性、科學性、可操作性的指標建立指標體系；根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值；采用統(tǒng)計法，通過研究區(qū)內采樣點的特征污染物濃度和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重；根據(jù)每個指標的權重及各個指標的等級賦值結果，對指標體系進行加權求和，構建地下水特殊脆弱性評價模型，根據(jù)構建的地下水特殊脆弱性評價模型，采用不同分級方法分別形成地下水特殊脆弱性分區(qū)；采用級別差方法對形成的地下水特殊脆弱性分區(qū)進行對比分析，優(yōu)化地下水特殊脆弱性分級方法，從而得到最優(yōu)的地下水特殊脆弱性圖，通過優(yōu)化，能夠有效降低評價模型的主觀性?，F(xiàn)有技術中，迭置指數(shù)法的主觀性來自于指標的選取、指標的分級和賦值、指標權重的確定和等級劃分這四個方面。如圖2所示，本實施例中，依次地從指標的選取、指標的分級和賦值、指標權重的確定和等級劃分這四個方面來減少主觀性。本實施例中，在建立指標體系時，需結合研究區(qū)的地質、地形、地貌、水文氣象、水文地質條件、地下水水質和污染情況、特征污染物性質以及人類活動的影響程度，在明確研究對象、評價尺度和評價目的后，優(yōu)選地，可以從來源(自然環(huán)境變化和人類活動、地下水水量和地下水水質)、位置(地表、包氣帶和飽和帶)和地下水系統(tǒng)特征(含水層系統(tǒng)和地下水流動系統(tǒng)的特征)三種角度綜合確定地下水特殊脆弱性影響因素；然后，在地下水特殊脆弱性影響因素中選擇最具代表性、系統(tǒng)性、簡潔性、獨立性、動態(tài)性、科學性、可操作性的指標建立指標體系。本實施例中，所述代表性是指：指標能充分反映研究區(qū)典型區(qū)域特征對地下水特殊脆弱性的影響。本實施例中，所述系統(tǒng)性是指：地下水特殊脆弱性關系到地下水系統(tǒng)的各個方面。在構建指標體系(所述指標體系也可以稱為：評價指標體系)時，應該全面系統(tǒng)地考慮地下水特殊脆弱性的各種影響因素，盡可能將這些因素的各個方面都納入到指標體系中來，在保證指標體系中的指標沒有重復意義基礎上，保證其評價結果的可靠性。本實施例中，所述獨立性是指：地下水系統(tǒng)的狀態(tài)可以用多個指標來描述，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，提高評價的準確性和科學性。本實施例中，所述簡潔性是指：根據(jù)不同地區(qū)的情況具體問題具體分析，盡量找出影響地下水特殊脆弱性的主要因素，但指標不宜過多，否則會沖淡主要指標的作用。本實施例中，所述動態(tài)性是指：不僅要考慮現(xiàn)狀條件下影響地下水特殊脆弱性的因素，還要考慮地下水環(huán)境和地下水系統(tǒng)在自然或人類活動影響下發(fā)生變化情況時的影響因素。本實施例中，所述科學性是指：指標體系應建立在對評價對象的深刻認識之上，體系中各指標概念的內涵和外延應明確，能夠從各方面全面反映和度量評價對象。本實施例中，所述可操作性是指：指標的獲取具有現(xiàn)實性，在我國現(xiàn)有統(tǒng)計制度存在或者通過實驗和調研能夠得到相應的數(shù)據(jù)資料。本實施例中，在建立指標體系后，可以根據(jù)建立的指標體系中各個指標在研究區(qū)內的取值特征劃分每個指標的等級，并為每個等級賦值。本實施例中，所述指標體系中包括：定量指標和定性指標；定量指標和定性指標按不同脆弱性等級需要給出[1，l0]范圍內的一個評分值，根據(jù)給出的評分值為相應指標的相應等級賦值；為了降低賦值帶來的主觀性，可采取以下方法：①對指標體系中的定量指標的相應等級進行賦值：為了克服各指標的單位和量級所產生的差異，先對各指標的數(shù)據(jù)進行處理，例如，正規(guī)化處理，使指標數(shù)據(jù)壓縮在[1，l0]內；如果指標值越大，地下水越脆弱，則按降半梯形公式：10×(實際值一最小值)/(最大值一最小值)計算評分值區(qū)間，并求評分值區(qū)間兩端點的平均值，根據(jù)求得的平均值對相應等級進行賦值；如果指標值越大，地下水越不脆弱，則按升半梯形公式：10×[1—(實際值一最小值)/(最大值一最小值)]計算，得出評分值區(qū)間，并求評分值區(qū)間兩端點的平均值，根據(jù)求得的平均值對相應等級進行賦值。②對指標體系中的定性指標的相應等級進行賦值：采用統(tǒng)計方法，即根據(jù)地下水采樣點水質特征在不同指標等級劃分區(qū)間內的平均狀態(tài)調整賦值；這種基于實際污染物測試濃度數(shù)據(jù)的優(yōu)化一定程度上克服了賦值的主觀性。本實施例中，相同指標在不同地區(qū)對地下水特殊脆弱性的影響是不同的，而且drastic模型中對于各指標的權重賦值上存在一定的不合理性。目前迭置指數(shù)法確定權重最常用的方法是層次分析法，該法雖然較好結合研究者對區(qū)域水文地質條件等情況的認識，但主觀性較大。本實施例中，采用統(tǒng)計法優(yōu)化指標權重。統(tǒng)計法不僅有利于迭置指數(shù)法的程序化，而且可以減少主觀性，指出污染物和脆弱性之間的關系。統(tǒng)計方法用于地下水污染問題主要是為了確定特征污染物和環(huán)境因素之間的關系。通過研究區(qū)內采樣點的特征污染物濃度(或水質綜合指數(shù))和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重，所述各指標在各采樣點取值的相關程度用斯皮爾曼等級相關系數(shù)表示，其中，所述斯皮爾曼等級相關系數(shù)表示為：式中，ρ表示斯皮爾曼等級相關系數(shù)，n為樣本數(shù)量；di表示第i個樣本中特征污染物排行和脆弱性指數(shù)排行名次差。本實施例中，還可以利用不同的分級方法(所述分級方法可以稱為：等級劃分方法)得到不同的地下水特殊脆弱性圖。本實施例中，通過對地下水特殊脆弱性結果合理性的驗證進而選擇合適的分級方法。所述分級方法包括：①等間距法(equalinterval，簡稱ei)將屬性值劃分成范圍間隔相同的各個子域，允許指定間隔數(shù)。這種方法強調的是相對于其它數(shù)值量屬性的值，它適用于常用的數(shù)屬性，如百分比和溫度；②幾何間距法(geometricalinterval，簡稱為gi)：這是一種將每類間隔成幾何級數(shù)，每類中數(shù)據(jù)的平方和盡量小的等級劃分方法，這種方法專門用在連續(xù)數(shù)據(jù)的分級上。產生的分級結果視覺上，分級結果易于理解，優(yōu)點是降低了分級誤差，對于不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)同樣適用；③自然間斷法(naturalbreaks，簡稱為nj)：該法是基于數(shù)據(jù)本身關聯(lián)性進行分級的方法，通過劃定等級間隔確定了分界點，實現(xiàn)了等級內數(shù)據(jù)差異最小化，不同級別間的差異最大化。在屬性數(shù)據(jù)值中遇到較大的數(shù)據(jù)突變時，數(shù)據(jù)屬性等級發(fā)生變化；④分位數(shù)法(quantile，簡稱為q)：每個等級包含同等數(shù)量的屬性值。該法非常適合線性分布的數(shù)據(jù)的等級劃分。因為每個等級中有相同數(shù)量的屬性值，因此生成的地圖可能會產生誤導?？梢酝ㄟ^增加等級個數(shù)減少地圖的變形程度。為了更好地理解本發(fā)明，本實施例以某地淺層地下水硝酸鹽特殊脆弱性評價為例，為克服迭置指數(shù)法的主觀性過強的缺點，本次研究分別從重建指標體系、優(yōu)化等級賦值、優(yōu)化權重和優(yōu)化分級方法四個方面對drastic模型進行優(yōu)化，重建指標體系后得到了drsihvl模型、優(yōu)化等級賦值后得到了drsihvl模型、優(yōu)化權重后得到了rsivl模型和基于自然間斷法的rsivl模型(簡稱rsivl模型(gi))，如圖2所示。為檢驗脆弱性分區(qū)準確性和適用性，利用地下水特殊脆弱性評價結果的有效性檢驗方法檢驗每個評價模型的評價結果。本實施例中，為了更好地展示地下水特殊脆弱性評價模型的優(yōu)化效果，對每一步得到的地下水特殊脆弱性評價模型進行評價；a11，利用原drastic模型評價地下水脆弱性。drastic模型假設①污染物隨地表入滲水體由地表經包氣帶(包括土壤和包氣帶土層)進入含水層；②污染物隨水流動；③評價區(qū)面積不小于0.405km2。drastic模型由地下水埋深d、凈補給量r、含水層介質a、土壤介質s、地形坡度t、包氣帶介質i以及水力傳導系數(shù)c等7個水文地質參數(shù)組成。drastic模型中每個指標都分成幾個區(qū)段，每個區(qū)段賦予1-10的評分。然后根據(jù)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)，最后通過加權求和式(1)對各指標進行加權求和，得到地下水脆弱性指數(shù)，記為di。根據(jù)di，將脆弱性分為低脆弱性、中脆弱性、高脆弱性等類別；di值越高，地下水脆弱性越高，反之脆弱性越低。本實施例中，地下水脆弱性指數(shù)表示為：di＝dwdr+rwrr+awar+swsr+twtr+iwir+cwcr式(1)式中，下標r表示相應指標的指標值，下標w表示相應指標的權重。根據(jù)收集到的地形地貌圖、地質圖、水文地質圖，鉆孔柱狀圖、氣象水文資料以及野外采樣室內試驗的分析結果等數(shù)據(jù)，借助arcgis軟件分別獲取地下水埋深、含水層介質、土壤介質、地形坡度、凈補給量、水力傳導系數(shù)和包氣帶介質影響各指標評分圖層。根據(jù)aller(1987)制定的7個指標等級劃分、賦值和指標權重，得知研究區(qū)地下水特殊脆弱性評價分級結果見圖3；選用2005年平水期24個淺層地下水采樣點的no3-n濃度作為驗證標準，2005年地下水no3-n濃度，如圖4所示。通過計算no3-n濃度和地下水脆弱性指數(shù)的相關程度(用斯皮爾曼等級相關系數(shù)表征)對地下水特殊脆弱性評價結果進行驗證。相關系數(shù)ρ的絕對值越大，相關性越強。相關系數(shù)在0.8-1.0為極強相關，0.6-0.8為強相關，0.4-0.6為中等程度相關，0.2-0.4為弱相關，0.0-0.2為極弱相關或無相關。經過計算可知，drastic模型評價地下水脆弱性得到的結果與地下水中no3-n濃度的斯皮爾曼等級相關系數(shù)為0.2604，兩者呈現(xiàn)弱相關關系。同時對比圖3和圖4可知no3-n濃度的高低與脆弱性的高低對應程度較差，誤差主要分布在金珠鎮(zhèn)的一級階地，牛河的河漫灘，九站，孤家子和龍?zhí)豆I(yè)區(qū)?？偟膩碚f，drastic模型評價得到的地下水脆弱性結果存在較大偏差。為提高評價精度，分別從重建指標體系、優(yōu)化等級賦值、優(yōu)化權重和優(yōu)化分級方法這四個方面對drastic模型進行優(yōu)化。a12，重建指標體系，對drastic模型進行優(yōu)化，得到drsihvl模型，利用drsihvl模型評價地下水脆弱性。本實施例中，研究區(qū)內含水層介質較為均一，屬于沖積、沖洪積砂礫卵石，drastic模型將其劃分在一個脆弱性等級內。全區(qū)地形平坦，地形坡度均小于2％。因此，地形坡度、水力傳導系數(shù)和含水層介質指標對于地下水特殊脆弱性評價結果的相對性上沒有貢獻，所以去掉。土壤介質對地下水特殊脆弱性的影響主要體現(xiàn)在氨氮吸附、硝化作用和硝酸鹽反硝化作用等各類物理化學生物反應，反應原理較為復雜，所以用土壤介質綜合反映硝酸鹽在土壤中的遷移轉化規(guī)律。根據(jù)不同介質下no3-n濃度平均值，推斷不同土壤介質下的地下水脆弱性由高到低依次為壤質砂土、砂質壤土、砂質粘土、粉砂壤、壤土和粉砂質粘土。包氣帶環(huán)境中硝酸鹽的反硝化作用對地下水脆弱性產生了較大的影響，由于研究區(qū)內多處包氣帶介質由多種介質組成，因此選用防污性能最好且厚度大于1m的介質作為包氣帶介質，根據(jù)不同包氣帶介質下no3-n濃度平均值，認為粉砂質粘土介質下的地下水特殊脆弱性最低，其次分別是壤土、砂質壤土、砂質粘土、粉砂壤和壤質砂土。lauradebernardi等、stigter等人認為地下水脆弱性最高和污染最嚴重的地區(qū)相關性很小的原因是低估了含水層對污染物的衰減潛力，同時說明地下水特殊脆弱性評價中體現(xiàn)污染物的物理化學過程對于提高地下水特殊脆弱性評價精度具有重要作用，鐘佐、王焰新等也都認為地下水特殊脆弱性評價時應該考慮含水層厚度，該指標決定了地下水對硝酸鹽稀釋能力的強弱。因此為增加含水層厚度指標作為地下水特殊脆弱性的評價指標，用于表征含水層對硝酸鹽的稀釋作用。人類活動對地下水的影響主要體現(xiàn)在開采和人類釋放的污染源污染地下水兩個方面，其中地下水系統(tǒng)對人類開采的響應表現(xiàn)形式為地下水水位，地下水超采，該處地下水水位降低，該處與附近地下水的水力梯度增大，因此地下水水流速度也增大。地下水水流速度反映了硝酸鹽在地下水流帶動下的對流彌散作用強弱，地下水水流速度越大，表示污染物有可能擴散到更大范圍，使更大范圍內的地下水受到硝酸鹽污染的可能性增大，因此本研究將地下水水流速度作為反映人類活動對地下水特殊脆弱性影響的重要指標。研究區(qū)各點的地下水水流速度用達西定律計算。由于該指標中已經考慮了水力傳導系數(shù)，因此去掉原drastic模型中的水力傳導系數(shù)指標。土地利用類型作為地下水特殊脆弱性的評價指標，在評價中并不將其作為體現(xiàn)污染源種類或負荷的指標，而是作為影響硝酸鹽在土壤或包氣帶中遷移轉化規(guī)律的指標。不同土地利用類型下的包氣帶中硝酸鹽的垂直入滲、微生物作用及污染物的凈化過程會有明顯的不同。土地利用方式影響土壤養(yǎng)分多少，土壤微生物總量，土壤微生物的數(shù)量會隨土壤養(yǎng)分含量的增加而增加，進而導致土壤中有機碳含量差異，而有機碳含量對于硝酸鹽的硝化作用影響最高，因此可以說土地利用類型影響了硝酸鹽在包氣帶中的轉化過程。許多學者將土地利用類型指標納入地下水特殊脆弱性評價指標體系中，并取得了更加客觀的評價結果，因此本次評價中也將土地利用類型作為評價指標之一?？偟膩碚f，重建的指標體系包括：地下水埋深(d)、凈補給量(r)、土壤介質(s)、包氣帶介質(i)、含水層厚度(h)、地下水水流速度(v)和土地利用類型(l)，組成的模型稱為drsihvl。在原drastic模型基礎上去掉了地形坡度、水力傳導系數(shù)和含水層介質，增加了含水層厚度、地下水水流速度和土地利用類型。根據(jù)本研究區(qū)含水層厚度、土地利用類型和地下水水流速度的特征，提出了等級劃分及賦值情況(表1)。表1含水層厚度和土地利用類型等級劃分及賦值表采用層次分析法計算含水層厚度和地下水水流速度的權重都為3，土地利用類型權重為5，地下水埋深、凈補給量、土壤介質、包氣帶介質的權重不變，分別為5、4、2和5。通過加權求和式(1)對各指標進行加權求和，得到地下水脆弱性指數(shù)，最后得到研究區(qū)地下水特殊脆弱性評價分級結果見圖5。a13，優(yōu)化等級賦值，對drsihvl模型進行賦值優(yōu)化，利用賦值優(yōu)化后的drsihvl模型評價地下水特殊脆弱性。增加指標等級賦值的合理性是提高地下水特殊脆弱性評價結果的關鍵，因此本實施例可以采用統(tǒng)計法對各指標的等級劃分進行優(yōu)化。主要通過計算各指標各等級對應的硝酸鹽平均濃度來調整各等級賦值。重建后的指標體系的原等級賦值和優(yōu)化后的等級賦值見表2。表1drsihvl模型指標體系的原等級賦值和優(yōu)化等級賦值表凈補給量、土壤介質、包氣帶介質、土地利用類型和地下水流速度5個指標的各個等級賦值與no3-n平均濃度對應程度良好，即脆弱性賦值越高，no3-n平均濃度越高。但地下水埋深和含水層厚度2個指標的各個等級和no3-n平均濃度的對應規(guī)律雜亂，可能受到地下水水樣采集數(shù)量的限制，no3-n平均濃度不能正確反應指標對地下水特殊脆弱性的影響，因此這兩個指標的等級劃分賦值不改動。通過加權求和式(1)對各指標進行加權求和，得到地下水脆弱性指數(shù)，最終，得到研究區(qū)地下水特殊脆弱性評價分級結果(圖如圖6所示)。a14，對賦值優(yōu)化后的drsihvl模型的權重進行優(yōu)化，得到rsivl模型，利用rsivl模型評價地下水特殊脆弱性。本實施例中，通過對研究區(qū)內24個采樣點的硝酸鹽氮濃度和各指標在各采樣點取值的相關程度確定各個指標的權重，各指標的相關程度用斯皮爾曼等級相關系數(shù)表示，計算結果見表3。表3drsihvl模型的各指標原權重和優(yōu)化權重表指標原權重斯皮爾曼等級相關系數(shù)優(yōu)化權重地下水埋深50.3754凈補給量40.2923土壤介質20.4665包氣帶介質50.2813含水層厚度30.0971土地利用類型50.3784地下水水流速度30.4855從表3中可知看出，所有指標和硝酸鹽氮濃度呈正相關關系。但實際情況中，地下水埋深和含水層厚度兩個指標應與硝酸鹽氮濃度呈負相關關系，即地下水埋深越大，地下水脆弱性越低；含水層厚度越大，地下水脆弱性越低，所以去除這兩個指標，即用凈補給量、土壤介質、包氣帶介質、土地利用類型、地下水水流速度5個指標用于評價研究區(qū)的地下水特殊脆弱性，各指標權重分別為3、5、3、4和5，將模型記為rsivl。對各指標進行加權求和，得到研究區(qū)地下水特殊脆弱性評價分級結果(如圖7所示)。a15，利用不同的分級方式進行地下水特殊脆弱性成圖本實施例中，為了探討分級方式對地下水脆弱性成圖的影響，選取等間距法(簡稱ei)、幾何間距法(簡稱nj)、自然間斷法(簡稱gi)、分位數(shù)法(簡稱q)四種分級方式分別進行地下水特殊脆弱性成圖(如圖8(a)-圖8(d)所示)。a16，將原drastic模型、drsihvl模型、賦值優(yōu)化后的drsihvl模型和rsivl模型的評價結果進行對比和驗證。本實施例中，原drastic模型、drsihvl模型、賦值優(yōu)化后的drsihvl模型和rsivl模型的評價結果的驗證指標的計算結果見表4。表4地下水特殊脆弱性評價結果驗證指標統(tǒng)計表從表4可知，選用2005年平水期24個淺層地下水采樣點的no3-n濃度作為驗證標準，其中，anova表示方差分析，f值是方差分析中的一個指標。經過計算可知，drastic模型評價地下水脆弱性得到的結果與地下水中no3-n濃度的斯皮爾曼等級相關系數(shù)為0.2604，兩者呈現(xiàn)弱相關關系。同時地下水中最低no3-n濃度和最高no3-n濃度均出現(xiàn)在地下水脆弱性較低區(qū)，且脆弱性各等級中no3-n濃度均在32mg/l-35mg/l，f值也較低，所以drastic模型評價得到的地下水脆弱性結果存在較大偏差。經過指標修正后的drsihvl模型評價地下水特殊脆弱性得到的結果與地下水中no3-n濃度的相關程度為0.5328，比原drastic模型的相關程度增加了近一倍，兩者呈現(xiàn)中等相關關系。說明新建的指標體系對于本研究區(qū)來說，比drastic模型更為合理。經過指標修正和賦值優(yōu)化后的drsihvl模型計算得到的地下水特殊脆弱性與no3-n濃度的相關性ρ為0.6483比用初始drastic模型得到的結果的精度提高了0.3883。經過指標修正、賦值優(yōu)化和權重優(yōu)化后的地下水特殊脆弱性評價結果的精度最高(ρ＝0.6698)，其與no3-n濃度的相關系數(shù)與drastic模型得到的評價結果相比提高了0.4098。因此，認為rsivl模型合理，可以較好反映研究區(qū)地下水特殊脆弱性的實際情況。采用不同分級方法確定的地下水特殊脆弱性與地下水中no3-n濃度的相關程度均為0.6698，因此通過分析no3-n最高濃度和最低濃度各出現(xiàn)在脆弱性等級的哪一分區(qū)、脆弱性各等級對應的no3-n平均濃度和方差分析f值檢驗結果來判斷哪種分級結果最合理。利用rsivl模型q分級方法使得最低no3-n濃度出現(xiàn)在地下水特殊脆弱性低區(qū)，最高no3-n濃度出現(xiàn)在地下水特殊脆弱性高區(qū)，分布在地下水特殊脆弱性5個等級的no3-n平均濃度范圍在7.34mg/l-47.22mg/l，相比于用drastic模型得到的評價結果更為合理，但地下水特殊脆弱性中等區(qū)的no3-n濃度僅為9.31mg/l，比較異常。利用rsivl模型gi和nj的等級劃分方法得到的地下水特殊脆弱性評價結果精度近似，總體好于q分級方法得到的地下水特殊脆弱性評價結果，其中最低no3-n濃度出現(xiàn)在地下水特殊脆弱性較低區(qū)，最高no3-n濃度出現(xiàn)在地下水特殊脆弱性較高區(qū)，且地下水特殊脆弱性各個等級內的no3-n濃度呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，f值是所有評價模型中最高的，因此認為評價結果合理。為了區(qū)別gi和nj哪種等級劃分方法更有效，本實施例可以采用級別差來判斷。將地下水中no3-n濃度和地下水特殊脆弱性評價結果劃分為5個等級，計算級別差值的絕對值。本研究認為當級別差絕對值為0，1時，脆弱性評價結果合理。當脆弱性級別高于濃度級別2-3，認為過高估計了脆弱性評價結果；高于等于4，認為完全過高估計了脆弱性結果。gi和nj兩種等級劃分方法得到的級別差見圖9(a)、圖9(b)和表5。表5gi和nj分級方法得到的地下水特殊脆弱性評價結果合理性分析表從圖8和表5中可以看出，gi等級劃分方法得到的地下水特殊脆弱性評價結果合理的面積占研究區(qū)面積的64.45％，過高估計地下水特殊脆弱性評價面積占研究區(qū)面積的35.53％，nj等級劃分方法得到的地下水特殊脆弱性評價結果合理的面積占研究區(qū)面積的52.08％，過高估計地下水特殊脆弱性評價面積占研究區(qū)面積的47.47％，完全過高估計地下水特殊脆弱性結果的面積比例為0.45％。結合之前的定性和統(tǒng)計分析看，本文認為用gi等級劃分方法得到的地下水特殊脆弱性結果更為準確。對gi等級劃分得到的地下水特殊脆弱性結果進行統(tǒng)計分析，結果見表6。表6研究區(qū)淺層地下水特殊脆弱性分區(qū)統(tǒng)計表以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁12