基于GIS与AHP技术的海岸带地下水潜力区可持续性评估——以印度泰米尔纳德邦Tarangambadi地区为例

本研究创新性地集成地理信息系统（GIS）、遥感（RS）与层次分析法（AHP）技术，对印度泰米尔纳德邦Tarangambadi Taluk海岸带区域的地下水潜力区（GWPZ）进行精细化空间评估。通过14个水文地质相关主题图层加权叠加分析，揭示52%区域具高-极高潜力（主要分布中西部），19%区域属低-极低潜力（集中于东部沿海）。研究成果为海岸带含水层可持续管理、防止海水入侵及实现联合国可持续发展目标（SDG 6、13、15）提供关键科学依据，模型验证精度达76.9%。

　　

引言

海岸带含水层正面临过度开采、海水入侵与补给减少的多重威胁，亟需通过精准空间评估实现地下水资源的可持续管理。本研究以印度泰米尔纳德邦Mayiladuthurai区的Tarangambadi Taluk为研究对象，创新性融合地理信息系统（GIS）、遥感（RS）与层次分析法（AHP）技术，旨在揭示该区域地下水潜力区（GWPZ）的空间分布规律。研究聚焦海岸带农业区的特殊水文地质条件，首次将"邻近海域"作为独立评价因子纳入评估体系，直接量化海水入侵风险对地下水潜力的影响。

研究区概况

Tarangambadi Taluk位于北纬10°58′56.53″至11°09′1.86″，东经79°40′7.60″至79°51′29.41″，总面积280.96 km²，海拔范围-1至13米。该区域属典型热带气候，年均降雨量886.6-1398 mm，东北季风期（10-12月）为主要降水时段。地质构造以现代冲积沉积、海相沉积及古海相-冲积沉积为主，土地利用以农业耕地（77.47%）和建成区（17.86%）为主导。作为沿海农业区，该地97%耕地依赖季风期水稻种植，地下水灌溉需求巨大。

材料与方法

研究采用14个关键影响因子：地貌类型、土地利用/覆盖（LULC）、地质构造、土壤类型、降雨量、排水密度、线性构造密度、河流邻近度、海域邻近度、地形湿度指数（TWI）、地形位置指数（TPI）、坡度、归一化植被指数（NDVI）及归一化水体指数（NDWI）。数据源包括印度地质调查局（GSI）地质地貌数据、国家土壤调查局（NBSS & LUP）土壤数据、Sentinel-2B-2A遥感影像（2024年9月获取）以及SRTM数字高程模型（DEM）。通过AHP法构建 pairwise 比较矩阵，采用Saaty九点标度法确定各因子权重，一致性比率（CR）为0.094（<10%），满足模型可靠性要求。最终通过GIS加权叠加分析（WOA）生成地下水潜力指数（GWPI）模型：GWPI = Σ(W_i × X_i)，其中W_i为因子权重，X_i为因子等级。

结果与讨论

主题图层分析

地貌类型显示三角洲平原（77.66%）和洪泛平原（6.10%）具极高地下水潜力，而盐田（0.53%）因盐渍化土壤渗透性差表现为低潜力。土地利用中耕地、水体与植被覆盖区促进入渗，建成区则因地表径流增加而降低补给效率。地质构造揭示古河流沉积（18.97%）和现代冲积沉积（6.76）具优良含水层特性，古海相沉积（27.58%）则因黏土质成分渗透性较差。土壤类型中Vertisols（44.71%）虽黏土含量高但具裂隙渗流特性，Entisols（37.60%）和Inceptisols（17.56%）则表现中等入渗能力。

水文参数显示：排水密度0-0.2798 km/km²的区域（54.05%）表征平坦地形与高入渗率；海域邻近度分析表明距海0-3621m区域存在显著海水入侵风险；坡度0-12.82°范围内66%区域因平坦地形利于地下水补给。植被与水分指标中，NDVI（-0.1432-0.5979）与NDWI（-0.51-0.18）较高值区与土壤水分含量呈正相关。地形指数TWI（4.881-22.07）高值区表征河谷汇水区，TPI（-3.6-5.222）负值区对应地下水富集带。

地下水潜力区划分

研究区被划分为五类潜力区：极高潜力区（26.52%，74.51 km²）主要分布西部与西南部，具洪泛平原、活跃冲积沉积与低坡度农地特征；高潜力区（25.30%，71.09 km²）位于中部廊道；中等潜力区（29.49%，82.86 km²）为过渡带；低与极低潜力区（18.69%，52.52 km²）集中于东部沿海，受不透水层、城市化与盐渍化影响。总体而言，51.82%区域（145.59 km²）具高-极高开发潜力。

模型验证

通过13口监测井34年平均水位数据验证，水位深度2.36-6.31m（高潜力）、6.32-10.26m（中潜力）、10.27-14.21m（低潜力）与预测潜力区匹配度达76.92%，证实模型可靠性。其中10口井水位与预测分类一致，3口井存在偏差，可能源于局部水文地质异常或人类活动干扰。

结论

本研究成功构建了海岸带农业区地下水潜力评估的综合技术框架，首次将海域邻近度作为核心评价因子纳入AHP-GIS模型。结果显示Tarangambadi Taluk超过半数区域具优良地下水开发潜力，但东部沿海带需警惕海水入侵风险。研究成果为实现联合国可持续发展目标（SDG 6清洁饮水、SDG 13气候行动、SDG 15陆地生态）提供技术支撑，建议在低潜力区实施人工回补工程（如蓄水池修复、高效灌溉技术），在高潜力区优化开采布局。未来研究可融合机器学习与气候模型，发展动态地下水风险预警系统。