岩溶地下水是岩溶地区重要的水资源，世界上约25%的人需要从岩溶地下水中获得水源^[1]。由于特殊的岩溶结构，地表和含水层通过表层岩溶、落水洞等方式紧密联系，使得岩溶含水层很容易受到污染^{[2, 3]}。为有效防治地下水环境问题，“地下水脆弱性”这一术语在1968年由Margat首次提出^[5]。在20世纪80年代以来，地下水脆弱性研究成为国际水文地质研究的热点问题^{[6, 7, 8]}。地下水脆弱性评价方法很多，如GOD和DRASTIC。DRASTIC指标方法在加拿大、欧共体、美国及南非得到了广泛的应用^[9]。 1998年Doerfliger等^[5]首先提出了适合于岩溶地下水的评价方法EPIK法。2003年欧盟科学技术委员会，提出了一种适合于岩溶地下水评价的欧洲模式，各国在欧洲模式评价理念的基础上，提出了适合本国的评价方法^{[10, 11, 12, 13]}。国内主要采用二元法、COP、EPIK、欧洲模型等方法对岩溶地下河脆弱性进行评价^{[3, 6, 15, 16, 17, 18, 19]}。DRASTIC法较通用，但没有考虑含水层类型，包气带介质考虑也不全面，实际工作中有些因子很难获得；Legerand使用范围较小；GOD模型较简单，没有考虑盖层岩性的复杂性和各种岩性的厚度；AVI模型简单快捷；COP、EPIK、RISKE等方法考虑了自然因素对地下河的影响，没有考虑人类因素对地下河的影响。重庆岩溶地下水脆弱性的评价仅限于局部的、某一条地下河流域的研究^{[6, 16, 19]}。重庆岩溶地区地下水缺乏脆弱性整体评价。重庆地下水资源丰富，其中岩溶水资源占地下水资源量的73.65%^[4]。2006年重庆遭遇百年不遇的特大旱情，受灾人口约2100万人，2009年秋冬以及2010年春再次遭遇百年一遇的特大旱灾。弄清楚整个重庆岩溶地区受自然、人类影响的区域演化规律，对于缓解近几年频繁出现的旱情迫在眉睫。正确地评价岩溶地下河脆弱性，为重庆市政府和当地人民采用地下河提供理论依据。根据已有的数据以及能够获取的数据，本文选择RISKE模型，添加人类因素，修正RISEK模型，对重庆岩溶地区地下水脆弱性进行综合评价。

重庆市地跨东经105°17'—110°11'，北纬28°10'— 32°13'之间，幅员面积8.24万km²，其中碳酸盐岩出露面积(含碳酸盐岩夹碎屑岩)达3.0多万km²,占全市总面积的36.49%，主要分布在渝东北的大巴山地区，渝东南以及中西平行岭谷背斜轴部，主要出露地层有寒武系、奥陶系、二叠系和三叠系的碳酸盐岩^[4]。重庆市岩溶地下水与碳酸盐岩面积分布基本一致，其主要分布在三叠系地层，因为重庆三叠系地层分布面积最广(面积1.73km²)，其次是分布在二叠系和奥陶系。寒武系地下水分布少的原因是寒武系以白云岩地层为主，其溶蚀作用没有石灰岩强烈。

本文所需数据包括重庆地区的1 ∶ 10万土壤类型图、1 ∶ 5万地形图、1 ∶ 20万重庆市水文地质图、2008年1 ∶ 10万土地利用图以及1 ∶ 20万水文地质报告。此外，选择本研究区内70条地下河出口作为采样点，于2009年 7—9月(雨季)进行，有少部分样品采用2007年、2008年调查时的数据，样品数达70个。对样品进行Cl^-、NO^-₃、SO^2-₄水质分析，水质数据作为研究区地下水脆弱性评价的验证资料。Cl^-、NO^-₃、SO^2-₄测试方法参考《地下水标准检验方法》(地质实验室，1988-04)进行。其中Cl^-采用AgNO₃滴定法测试，NO^-₃、SO^2-₄采用日本岛津公司产UV2450紫外分光光度计测定。样品测试在西南大学岩溶环境学实验室完成。

岩溶地区地下水脆弱性评价的方法，在国际上有好几种，这里选择RISKE模型的原因是因为该模型考虑的因素比较全面，而且这些参数都能够获取。由于地下水的脆弱性是自然和人类原因导致，因此还叠加了人类因素Lu，对RISKE模型进行修正。其中R为含水层岩石； I为渗透条件；S为土壤；K为岩溶发育程度；E为表层岩溶；Lu为土地利用类型，这样评价的结果更有参考价值。

根据碳酸盐岩地区岩石的平均渗入系数进行评价，纯碳酸盐岩类型的岩石渗透率为0.36，少夹层碳酸盐岩类型的岩石渗透率为0.3，多夹层泥灰岩、白云岩类型为0.25，碎屑岩泥、页岩为0.1，志留系泥、页岩为0.1^①。根据1 ∶ 20万水文地质图进行岩层矢量化，将重庆各图幅进行拼接，得到重庆市岩层分布图，再按照表 1进行脆弱性分级。

①区域水文地质普查报告——巫溪幅81页

土壤渗透因子，可以借用水土流失方程中的可蚀性K因子。K因子的计算可以参考已有的相关研究成果^[20]以及美国通用方程公式中关于K因子的计算方法来结合分级。

为了得到坡度的渗漏情况，利用重庆市1 ∶ 5万DEM图，通过坡度分析，一般来说，坡度越陡，地表越容易产生径流，渗漏量越低，相反，坡度越缓，地表水更容易渗漏。根据此原理，按照表 2^[13]的方法进行分级。

地表岩溶地图可以利用1 ∶ 20万重庆市水文地质图、遥感图和野外考察，根据表 1 标准得出。

表层岩溶地貌分级通过利用1 ∶ 20万水文地质图、1 ∶ 5万的地形图、DEM图、遥感图像以及野外考察综合分析，按照表 1分级^[13]得出。

图2 渗漏图 Fig. 2 The map of the infiltration

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图3 土壤分级图 Fig. 3 Soil rate map

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图4 岩溶发育程度分级地图 Fig. 4 The map of Karst development degree rates

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人类活动可能会加剧或者减弱地下水脆弱性，因此在RISKE模型中，考虑了人类活动因子对地下水的影响。根据人类活动的强度，对不同的土地利用类型按照P.E. van Beynen^[8]进行分级，其结果见表 1。

根据上面的评价方法，得到各因子的脆弱性评价，但是其仅反映某一个因子的脆弱性，而没有将研究区的地下水脆弱性空间变异特征综合反应出来。运用ArcGIS的空间分析功能，将上述各因子要素图层按照公式1进行叠加，得到重庆岩溶地区地下水脆弱性评价。

图5 表层岩溶分级图 Fig. 5 The map of Epikarst rates

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图6 土地利用类型分级图 Fig. 6 The landuse type rate map

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F=αRi+βIj+δSk+γKl+εEm+ζLu (1)

通过添加人类活动因子，根据B.Kattaa^[13]的权重设置，结合重庆实际情况以及专家建议，得F=0.1R+0.1I+0.1S+0.2K+0.2E+0.3Lu,运用ARCGIS的栅格空间叠加分析，得到重庆岩溶地区地下水脆弱性评价。再根据自然断点法,将地下水脆弱性评价分为5级。为了得到岩溶地区地下水脆弱性空间分布特征，将非岩溶地区的部分剪切即可，见图7。

图7 岩溶地区地下水脆弱性图 Fig. 7 The underground water vulnerability map in karst region

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岩性是确定地下水分布的关键因子，同时也是 导致地下水脆弱性的根本自然因素。根据岩性因素导致的地下水脆弱性面积分布，高脆弱性面积占3.58万km²，比例占43.45%。从图1中可以看出，其主要分布面积依次为渝东北中低山地区、渝东南中低山地区、渝东低山丘陵区以及渝西低山丘陵区。

图1 岩性分级图 Fig. 1 The map of Lithology rates

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根据坡度是决定地表径流参数的一个重要因素，越陡的坡度越容易产生地表径流，其对地下水的影响越小。在重庆地区山坡渗漏无脆弱性面积占了13.77%，低脆弱性占了51.79%。他们主要分布在渝东北和渝东南中低山地区。而在渝东、渝西低山丘陵地区由于存在较多的谷地、平坝，导致脆弱性较大，其中中高脆弱性面积达28375.16km²,比例占到34.44%。

研究区土壤渗漏因子以高脆弱性和极脆弱性为主，分别占到整个研究区面积的12.48%和69.28%。主要分布在渝东北和渝东南中低山地区。这些地区土壤脆弱性强的主要原因是岩溶发育，土层薄，再加之三峡地区消落区淹没，农民趋向陡坡耕作，使得脆弱性高。

岩溶的发育程度与地表岩溶发育程度均受岩性控制，重庆碳酸盐岩地区主要发育在三叠系、二叠系、奥陶系以及寒武系岩层，因此可以看出无论是岩溶发育脆弱性评价还是地表岩溶脆弱性评价其脆弱性面积比例占整个研究区面积的1/3，均主要分布在渝东北和渝东南中低山区。

地下水中主要的污染来自工业、农业和城镇的生活污水，因此土地利用类型对地下水的污染评价是不可忽略的。根据表 7，可以看出研究区高度脆弱性以上等级的比例占了57.45%，根据人口的居住密度，其主要分布在渝西、渝东地区，再次是渝东南和渝东北地区。

岩溶在四个地区所占面积从高到低依次为渝东北、渝东南、渝东、渝西地区。通过叠加分析，重庆地下水脆弱性主要表现在渝东南和渝东北，其次渝东、渝西地区。地下水脆弱性表现出中度及以上脆弱性，其比例为67.85%，其中渝东南(比例33.29%)，渝东北(比例29.21%)，渝东地区(比例6.68%)，渝西地区(比例2.37%)，因此可见渝东南和渝东北是最脆弱的，其次是渝东以及渝西地区。从岩性来看，渝东南和渝东北均是三叠系、寒武系、奥陶系以及二叠系发育碳酸盐岩，渝东南岩溶面积比例没有渝东北高，但是地下水脆弱性高于渝东北，原因是渝东南人口密度更高，该地区农业、工矿、城市发展等人类活动对地下水影响更强。渝西岩溶面积比例和脆弱性均低于渝东地区。2010年6—8月对重庆岩溶地区70条地下河出口取样，检测水中阴离子(NO^3-、Cl^-、SO^2-₄)浓度，根据地下水质量标准，对水质分别进行质量分类，再叠加分析，得出，这4个地区水质情况由差到好依次是：渝东南、渝东北、渝西、渝东 (图8)^[4]，前文分析的大致一致，但还是有所出入，

图8 岩溶地下水污染图 (雨季) Fig. 8 The groundwater pollution map in karst region

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渝东的地下水脆弱性强于渝西，一是因为渝东地区岩溶面积均为三叠系岩层，石灰岩比例含量高，岩溶裂隙更为发育，而渝西地区除了三叠系岩层之外，还有寒武系和奥陶系岩层，它们主要岩性是白云岩，裂隙发育程度不及石灰岩岩层。二是因为渝西地区人口密度高于渝东地区，人类活动强于渝东地区。渝西地区大多是岩溶槽谷区，槽谷区是人们进行农业活动、居住以及采矿的区域，对其地下水影响大于渝东地区。这也证明了岩溶地区地下水脆弱性评价必须考虑人类活动对其的影响。为了更好地防治岩溶地区地下水污染，首先应该截断人类的污染源。本研究地下水脆弱性在空间分布上的特征不仅显示了岩性、土壤、落水洞、岩溶裂隙等自然特征对其脆弱性的影响，同时也反映了人类活动对地下水的影响。

岩溶地下水脆弱性的影响因素不仅与自然因素有关，人类活动的影响也不容忽视。因此，在进行重庆岩溶地区地下水脆弱性评价时，其指标除选用RISKE模型中的岩性、坡度、土壤、岩溶发育程度、地表岩溶特征之外，还特别考虑了人类活动的影响，构建了修正的RISKE模型。

通过综合评价，地下水脆弱性能够在一定程度上很好地反应地下水脆弱性布局。重庆岩溶地区地下水脆弱性空间分布的强弱依次是渝东南、渝东北、渝东以及渝西。通过水质检测，地下水污染程度依次是渝东南、渝东北、渝西以及渝东地区。研究中发现岩溶裂隙发育程度越高，坡度越缓，人类活动对其影响越强，地下水表现越脆弱。在研究中，岩溶地区岩性组合复杂，裂隙发育程度只能通过遥感图片、地形图、水文地质图等进行分析判断，难免出现不准确的地方。通过本研究与实际的水质污染情况对比，评价结果基本符合实际情况，这说明本文提出的模型具有很好的实用性。这也进一步证实了，在进行地下水脆弱性评价时，需要考虑人类活动因素的影响。

在理解了地下水脆弱性影响因素以后，我们虽然无法改变自然因素对地下水的影响，但我们可以加强水文地质基础调查研究工作，为正确评价地下水脆弱性提供依据。可以改善人类因素对地下水脆弱性的影响。在人类影响地下水水质的因素中，有城镇生活污水、工矿活动对地下水的影响、农业活动以及生活垃圾对地下水的影响。因此要缓解地下水水质，需要调整土地利用方式，突出生态优先原则；还可以加强对当地人民的科普教育，尤其是领导干部对岩溶地下水污染的科普学习，理解其危害性，督促当地人民保护地下水，尽可能地减少对当地地下水的污染。

致谢： 数据库的建立和野外数据采样得到周超、汪智军、曹敏、毛海红、翟心心等帮助，特此致谢。