基于熵权DRASTIC模型的埃塞俄比亚Maze-Zenti流域地下水污染脆弱性评估及其对可持续水资源管理的意义

本研究针对埃塞俄比亚Maze-Zenti流域地下水污染风险，创新性地将Shannon熵权法与DRASTIC模型结合，通过整合土地利用/覆被（LULC）数据和硝酸盐（NO3?）浓度验证，构建了Modified DRASTIC-Entropy模型。研究结果显示，熵权模型显著提升了地下水脆弱性评估的客观性与准确性，高脆弱区占比21.42%，且与硝酸盐浓度呈现强相关性（Pearson系数达0.78）。该研究为干旱半干旱地区地下水保护与可持续管理提供了科学依据和技术支撑。

　　

地下水是全球许多地区饮用水和农业灌溉的重要来源，尤其在以农业为主要生计方式的区域，其质量直接关系到公共健康和社会经济发展。然而，随着农业集约化、城市化进程加快以及废水排放量增加，地下水污染问题日益突出。硝酸盐（NO₃^?）污染作为常见的人为污染指标，与消化系统癌症、蓝婴综合征等健康问题密切相关。因此，科学评估地下水脆弱性，识别高风险区域，并制定相应保护策略，成为当前水资源管理中的迫切任务。

传统DRASTIC模型是评估地下水污染脆弱性的常用工具，该模型基于七项水文地质参数：地下水埋深（D）、净补给量（R）、含水层介质（A）、土壤介质（S）、地形坡度（T）、渗流区影响（I）和导水系数（C）。然而，该模型在参数权重赋值上依赖专家经验，主观性强，且未考虑人类活动如土地利用/覆被（LULC）的影响，限制了其准确性和适用性。

为此，Yonas Oyda、Samuel Dagalo Hatiye和Muralitharan Jothimani等研究人员在《Science of The Total Environment》上发表论文，以埃塞俄比亚南部的Maze-Zenti流域为研究区，开展了综合地下水脆弱性评估研究。该区域面积2340平方公里，属奥莫河流域，以双峰降雨模式为特征，年平均降雨量约950毫米，主要河流为Maze河和Zenti河。地质构造复杂，包括火山岩、变质岩和冲积沉积物，水文地质条件受断层和构造活动影响显著。近年来，该区域面临农业扩张、城市废物不当处置和人口快速增长等压力，地下水污染风险加剧，然而此前缺乏系统的脆弱性评价。

为解决上述问题，研究团队整合了多源数据，包括气象数据、数字高程模型（DEM）、卫星影像、钻孔数据、水质采样点、土壤与地质图等，并运用GIS空间分析工具，开展了以下关键工作：一是采用经典DRASTIC模型和Modified DRASTIC模型（融入LULC参数）进行脆弱性分区；二是引入Shannon熵权法，对DRASTIC参数进行客观权重优化，构建Entropy-DRASTIC和Modified DRASTIC-Entropy模型；三是利用实地采集的22个水样硝酸盐浓度数据，通过Pearson和Spearman相关性分析验证各模型精度。

研究结果表明，经典DRASTIC模型将研究区划分为极低、低、中、高和极高脆弱区，占比分别为20.98%、25.84%、33.01%、12.02%和8.15%，而Modified DRASTIC模型由于加入了LULC参数，高和极高脆弱区面积比例增至25.49%。熵权模型的引入进一步优化了权重分配，Modified DRASTIC-Entropy模型输出结果显示，78.58%的区域为极低至中度脆弱，21.42%为高度脆弱，且该模型与硝酸盐浓度的相关性最高（Pearson γ=0.78，Spearman ρ=0.80），表明其预测能力最优。

敏感性分析显示，地下水埋深（D）和渗流区影响（I）是影响脆弱性评价最敏感的参数，平均变异指数分别为6.5%和6.2%。此外，净补给量（R）、含水层介质（A）也具有较高敏感性，而导水系数（C）和地形（T）的影响相对较小。这一发现强调了在类似水文地质条件下，应重点关注浅层地下水区和渗流带特性。

空间分布上，高风险区主要位于流域东北、西北、中部和西南部，这些区域地势平坦、水埋深浅、 recharge率高，且人类活动密集，如Sawula镇的城市垃圾堆放点和农业化肥施用区，与实际硝酸盐高浓度区高度吻合。

该研究通过熵权法修正了DRASTIC模型的主观权重缺陷，融入了LULC这一关键人为因素，构建了更客观、准确的地下水脆弱性评价框架。研究结果不仅为Maze-Zenti流域的水资源保护与管理提供了直接依据，也为全球类似地区提供了可推广的方法范式。未来，该成果可支持地方政府制定差异化地下水保护政策，如在高度脆弱区严格控制化肥使用、优化废物处置系统、建立监测网络等，从而助力实现联合国可持续发展目标中的清洁饮水和卫生设施目标。

综上，本研究创新性地耦合了熵权理论与传统指数模型，增强了地下水污染风险评估的可靠性和科学性，对推进水资源可持续管理具有重要理论和实践意义。