综述：地下水脆弱性评估中的咸化问题：基于GALDIT方法的研究进展

《Groundwater for Sustainable Development》：Salinization in groundwater vulnerability: A review of GALDIT-Based methods

　　

地下水水质正日益受到自然与人为盐分输入的威胁，尤其在海岸带含水层中，咸化已成为最严峻的挑战之一。本研究开展系统性综述，旨在批判性分析用于评估地下水咸化脆弱性的主流叠加指数法参数体系。结果表明，经典GALDIT参数仍是应用最广的核心指标，同时常根据具体研究目标与水文地质条件补充新的定制化因子。对高频参数的权重统计分析显示，整体分布与原版GALDIT权重方案基本一致，仅在优化过程中存在小幅波动。所提出的参数排序体系表明，地下水赋存类型与既有海水入侵影响程度对脆弱性评估的贡献相对有限，主要受限于其指标表征能力的不足。相比之下，距海岸线距离与地下水位埋深虽存在一定局限，但对咸化空间分布及海岸带含水层脆弱性具有最显著的指示意义。此外，补给效应、距地表水体（如潟湖与河流）距离、距咸水来源距离及水力梯度等新增参数，展现出作为灵活扩展项的潜力，可有效提升脆弱性制图精度。本研究厘清了类GALDIT方法的优势与不足，指明了提升其性能的路径，以支撑全球海岸带含水层水资源的精准表征与管理。

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   引言
   海岸带地区人口压力持续增长，叠加气候变化带来的环境风险，约21.5亿人生活在距海岸100 km范围内，且该趋势预计在本世纪持续加剧。此类区域承载了提供自然资源与服务功能的敏感生态系统，例如用于粮食生产的肥沃泛滥平原。为应对日益增长的用水需求，常采用地表水与地下水联合调度策略以增强干旱期供水韧性，但地下水超采往往引发咸化问题，主要驱动机制包括海水入侵（SWI）、深部咸水锥进以及弱透水层中的残留盐度。在此背景下，建立高效的海岸带地下水咸化监测与水资源管理策略至关重要。地下水脆弱性（GV）评估是保护地下水资源的核心工具，可分为本质脆弱性与特定脆弱性，分别对应含水层固有水文地质属性与特定污染物的相互作用特征。现有评估方法主要分为过程模拟法、统计法、叠加指数法与混合法四类。其中叠加指数法因操作直观、数据易得且在GIS平台中易于实现空间可视化，成为应用最广的范式。最具代表性的DRASTIC方法主要用于评估地下水污染本质脆弱性，而针对海水入侵问题开发的GALDIT方法则专用于特定脆弱性评估。尽管指数法应用广泛，但其评分与权重体系依赖专家经验，存在主观性强、参数覆盖不全等局限。已有综述多聚焦于方法概览或通用改进，缺乏对咸化评估参数的深入统计解析，因此本研究通过系统性文献计量与权重分析，填补这一空白，明确最具影响力的参数与可优化方向。
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   系统性综述结构
   本研究严格遵循PRISMA协议开展系统性综述，确保研究的透明性与可重复性。文献检索覆盖Scopus与Web of Science两大数据库，时间跨度为2005至2024年，采用布尔运算符组合四组关键词：地下水咸化、海岸带区域、水资源、脆弱性评估及权重优化相关术语。通过Rayyan在线平台进行去重与初筛，最终依据纳入排除标准完成全文筛选。筛选过程分为三个阶段：第一阶段剔除重复文献并保留与地下水咸化及指数法评估相关的记录；第二阶段通过标题与摘要筛查排除非相关研究；第三阶段精读全文，仅纳入包含定量评分与权重分析的案例。最终从初始检索的525篇文献中筛选出47项符合标准的研究。为量化参数重要性，构建了定制化的排序框架：对出现频次大于5的参数，分别计算其最大、最小、平均与中位数权重值，并按各统计指标升序排名赋值，最终加总得到综合排序，从而识别关键影响因子与低贡献因子。
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   GALDIT方法概述
   GALDIT是专为海水入侵脆弱性评估设计的指数法，包含六个核心参数：地下水赋存类型（G）、含水层渗透系数（A）、地下水位低于海平面的深度（L）、距海岸线距离（D）、既有海水入侵影响（I）及含水层厚度（T）。各参数评分范围为2.5至10，权重范围为1至4，结合GIS空间分析生成脆弱性指数。该方法假设海水入侵由地下水超采或海平面上升驱动，但未考虑飓风、海啸等极端事件，亦忽略了垂向盐分运移过程，如包气带淋滤、古咸水锥进及灌溉返盐等机制。在裂隙与岩溶海岸带含水层中，深部咸水的垂向运移通道亦未被涵盖。此外，模型结果的验证多采用观测井数据相关性分析或ROC曲线，但大量研究缺乏严格的统计验证，导致结果可靠性存疑。尽管部分研究尝试将DRASTIC方法用于海水入侵评估，但因缺乏地下水位、向海方向水力梯度等关键参数，其适用性受限，通常需与GALDIT耦合形成混合指数。
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   结果与讨论
   4.1 GALDIT方法应用的时空分布
   全球范围内的GALDIT应用呈现显著的区域聚集性，伊朗、印度、意大利与中国是研究最密集的国家，地中海沿岸、伊朗乌尔米耶湖周边及东亚快速城镇化区域因气候变化与人类活动双重压力成为热点区。
   4.2 参数出现频率
   在统计的513条参数记录中，原始GALDIT六参数仍占主导，其次为补充参数，可分为四类：第一类源自DRASTIC体系的参数，如水位埋深、补给量、含水层介质等；第二类用于表征地表水体影响的参数，如距河流与潟湖距离、距湿地距离等；第三类针对场地特异水文地质过程的参数，如基岩地形、咸水锥进现状、水力梯度等；第四类反映人类活动的参数，如土地利用、井密度、开采量等。其中补给量、地形参数及距河流距离应用最多，但高频出现并不直接等同于高物理重要性。
   4.3 统计分析
   将47项研究分为三组进行对比：全样本组、含验证组与权重优化组。结果显示，地下水位低于海平面的深度与距海岸线距离在所有组中均具最高权重，地下水赋存类型与既有海水入侵影响权重最低，含水层渗透系数与厚度分别位居中间。除优化组中最高权重参数的中位数略低于原版GALDIT外，其余各组的中位数权重均与原版方案高度吻合。
   4.4 参数排序
   综合排序进一步证实，地下水位低于海平面的深度与距海岸线距离为最关键参数，地下水赋存类型与既有海水入侵影响始终处于末位，前三位参数的加权总和约为后两位的四倍，凸显其核心地位。
   4.5 参数优势与局限
   地下水赋存类型因多数研究区仅含单一含水层类型，导致空间变异性极低，对评估结果区分度有限。既有海水入侵影响常用的评价指标包括Revelle指数、TDS与EC，其中Revelle指数受限于化学适用范围，难以反映碳酸盐沉淀溶解与生物地球化学反应；TDS与EC虽易获取，但无法区分咸化来源，且易受硝酸盐等其他溶质干扰。距海岸线距离虽权重最高，但仅能有效表征近岸1–2 km内的海水入侵，对远岸区域的湖泊、河流、潟湖等咸水来源及古封存咸水锥进过程不敏感。地下水位低于海平面的深度实质反映了向海的水力梯度，在超采区该梯度才是控制咸淡水界面的核心机制。
   4.6 海岸带地下水脆弱性的方法改进
   现有改进路径分为两类：一是保持原参数框架，仅优化权重，常用方法包括基于专家判断的多准则决策分析（如AHP）与基于机器学习的数据驱动优化；二是引入新参数，选择高度依赖具体水文地质背景。在冲积平原与排水网络发育区，常增加距地表水体距离、地面高程、潜水位埋深等参数；在人类活动强烈区，引入水力梯度、井密度、开采量等；在存在深部咸水锥进风险的区域，补充基岩地形、越流阻力等参数。代表性改进方案包括GALDIT?SUSI（侧重地表水体入侵）、GAiDIT与GALDIT?i（引入水力梯度）、TAWLBIC（针对深部咸水锥进）等，有效拓展了原方法的适用边界。
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   局限性与未来建议
   本综述受限于现有文献数量偏少，且以标准GALDIT应用为主，导致统计分析结果与原版权重高度接近。此外，布尔检索策略可能遗漏部分未使用标准术语的研究，如波罗的海沿岸、巴西、墨西哥等地的案例。未来研究应减少使用空间变异性低的定性参数，优先发展可区分多源咸化的定量指标，融合水化学示踪剂与高分辨率监测数据，明确地表水体在不同水文条件下的双向作用，并建立标准化的评估框架以提升跨区域可比性。
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   结论
   经典GALDIT参数是海岸带地下水咸化脆弱性评估的主流选择，补给与地表坡度是新增参数中最常用的指标。原版权重与全样本及验证组的中位数权重一致，优化组的权重变化主要受化学数据与场地条件驱动。地下水赋存类型与既有海水入侵影响因指标局限性贡献最低。距咸水来源的距离（涵盖海洋、潟湖、河口等）比单纯距海岸线距离更具普适性，补给量与水力梯度亦是关键的制图参数。本研究为海岸带地下水资源的精准管理与评估方法优化提供了系统依据。