基于單因子指數(shù)法的貴陽(yáng)市南明河上游區(qū)綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)

羅孝芹，張　強(qiáng),陳麗影，孟慶鑫，趙　敏

(成都理工大學(xué)/地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

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基于單因子指數(shù)法的貴陽(yáng)市南明河上游區(qū)綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)

羅孝芹，張強(qiáng),陳麗影，孟慶鑫，趙敏

(成都理工大學(xué)/地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

[摘要]貴陽(yáng)市由于其特殊的地質(zhì)環(huán)境-巖溶地貌，地下水埋深較淺，巖溶地下水為開(kāi)放的含水系統(tǒng)，地下水極易受到污染。運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)指數(shù)法結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)貴陽(yáng)市核心區(qū)域——南明河上游區(qū)地下水水質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括PH值、總硬度、氨氮、揮發(fā)性酚類、氟化物和大腸桿菌數(shù)目六項(xiàng)，經(jīng)評(píng)價(jià)得出：研究區(qū)除大腸桿菌數(shù)目嚴(yán)重超標(biāo)，及個(gè)別地區(qū)水硬度偏高外，其余幾項(xiàng)指標(biāo)全部合格，即研究區(qū)基本屬于清潔區(qū)，整體水質(zhì)良好，整體可歸結(jié)為III類水質(zhì)?？蓪?duì)以后巖溶開(kāi)放系統(tǒng)地下水地區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考與建議。

[關(guān)鍵詞]巖溶開(kāi)放系統(tǒng)；單因子指數(shù)法；內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法；地下水水質(zhì)

貴陽(yáng)市作為典型的喀斯特地貌城市，其地下水以巖溶水為主，占90%(C級(jí)儲(chǔ)量)。2005年4月貴州大學(xué)對(duì)貴陽(yáng)市及周邊約2 400 km2范圍內(nèi)的地下水資源普查表明，地下水天然資源量為1.897×106m3/d[1]。隨著其城市化的發(fā)展，地下水已成為人們生活生產(chǎn)的必不可少的供給源，但是城市化、工業(yè)化產(chǎn)生的工業(yè)廢水和生活污水等，污染城市地下水環(huán)境，使生活生產(chǎn)遭受影響。

根據(jù)水資源開(kāi)發(fā)利用和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的協(xié)調(diào)性的原則 ，綜合考慮河流水系的完整性 ，水文氣象特征一致 ，地形地貌和水文地質(zhì)條件相似，有利于三水轉(zhuǎn)換的研究和水資源總量匯總計(jì)算，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)聯(lián)的原則 ，將全市劃分為六個(gè)水資源區(qū) 。分別為：魚(yú)梁河區(qū)、百花湖區(qū)、南明河下游區(qū)、南明河上游區(qū) 、蒙江區(qū)[2]。南明河上游區(qū)，位于貴陽(yáng)市的中心地帶，涉及貴陽(yáng)市六大行政區(qū)劃中的白云區(qū)、云巖區(qū)、小河區(qū)、花溪區(qū)及南明區(qū)五大區(qū)域，市中心就位于該區(qū)域。其間還囊括了貴陽(yáng)市兩大供水水源地：花溪水庫(kù)和阿哈水庫(kù)。所以對(duì)該區(qū)域進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)有著重大的意義，一來(lái)可以對(duì)該區(qū)域的水質(zhì)治理與保護(hù)提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，二來(lái)可以對(duì)貴陽(yáng)市其他地區(qū)的地下水治理與保護(hù)提供寶貴的參考意見(jiàn)。

本文基于單因子指數(shù)法避免了確定權(quán)重的主觀隨意性，較為簡(jiǎn)單、直觀的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)采用的內(nèi)梅羅指數(shù)法，對(duì)南明河上游區(qū)地下水的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

南明河上游區(qū)地處長(zhǎng)江水系和珠江水系的分水嶺地帶，內(nèi)有南明河及花溪河兩大河流，同時(shí)還有黔靈湖、游魚(yú)河等主要水文要素。南明河是區(qū)內(nèi)最大的河流，由西南向東北縱貫全區(qū)，中上游段河谷開(kāi)闊，支流有小車河、市西河及貫城河。在流經(jīng)城區(qū)前，水質(zhì)均良好。如今河流上游已建成六座水庫(kù)，其中阿哈水庫(kù)、花溪水庫(kù)、松柏水庫(kù)為評(píng)價(jià)區(qū)主要供水源。

區(qū)內(nèi)主要分布二疊系和三疊系地層，僅東北部出露少量志留系、泥盆系及石炭系地層，中南部出露少量侏羅系地層，因而區(qū)內(nèi)以碳酸鹽巖層分布面積最廣，其次是碎屑巖，松散巖層分布面積為甚微，地下水資源的構(gòu)成主要為巖溶水，次為碎屑巖裂隙水，孔隙水極為貧乏。區(qū)內(nèi)地下水較豐富，巖溶泉及地下河眾多，但由于廣泛的碳酸鹽巖巖溶裂隙及管道的發(fā)育，地表水、地下水交替頻繁，使地下水容易受到污染。

2區(qū)域水化學(xué)特征

評(píng)價(jià)區(qū)大部分為半裸露型巖溶區(qū)，遠(yuǎn)郊未受污染或輕污染，地下水化學(xué)類型比較單一，多為HCO3-Ca.Mg或HCO3·Ca型，其中只關(guān)嶺組局部石膏鹽層中的地下水化學(xué)類型(主要是鉆孔水)變?yōu)镾O4-Ca或SO3HCO3-Ca·Mg型，城區(qū)及近郊區(qū)，由于受到工業(yè)廢水及生活污水的污染，局部地下水化學(xué)類型發(fā)生了變化，由HCO3-Ca·Mg型向SO3HCO3-Ca·Mg型或SO4-Ca型發(fā)展。

地下水中主要以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-為主。在陽(yáng)離子中，Ca2+和Mg2+離子占了80%以上，其中Ca2+是主要的，占50%以上，而Na+、K+一般低于20%。在陰離子中，HCO3-和SO42-占了80%以上，其中多數(shù)樣品的HCO3-為50%以上。冬季和夏季的地下水中Ca2+和Mg2+離子平均含量變化不大，可能與碳酸鹽巖礦物的溶解平衡有關(guān)。地下水分為3個(gè)主要化學(xué)類型：(1)HCO3型地下水，主要位于城市外圍地區(qū)；(2)SO4型地下水，主要來(lái)自硫化物的氧化或硫酸鹽礦物的溶解；(3)富Cl-型地下水，該類地下水多分布在貴陽(yáng)市區(qū)。

3 方法與結(jié)果

在南明河上游區(qū)選取了20個(gè)代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)及PH值、總大腸菌、氨氮、揮發(fā)性酚類、氟化物、總硬度6個(gè)指標(biāo)作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中pH值反映地下水的酸堿度；大腸菌群數(shù)常作為飲水、食物或藥物的衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)；氨氮是水體中的營(yíng)養(yǎng)素，可導(dǎo)致水富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類地面水， 非離子氨的濃度≤0.02 mg/L；酚類化合物是一種細(xì)胞原漿毒 ，在水中超標(biāo)，人畜飲用將造成危害，所以揮發(fā)性酚類是《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的必測(cè)指標(biāo)；氟化物指含負(fù)價(jià)氟的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物，人體短時(shí)間攝入大劑量可溶性氟化物，能引起急性中毒，過(guò)量攝入則會(huì)影響健康，生活飲用水中的氟化物濃度有嚴(yán)格的規(guī)定，總硬度是單位體積水中鈣、鎂離子的含量總和，可作為反應(yīng)地下水中水化學(xué)成分的指標(biāo)。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水性質(zhì)大部分為生活飲用水，所以六項(xiàng)指標(biāo)基本可全面反應(yīng)研究區(qū)水質(zhì)質(zhì)量，采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)進(jìn)行了水質(zhì)分類評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1　地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

單因子污染指數(shù)法是將某種污染物實(shí)測(cè)濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法。即將每個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)與進(jìn)行比較 ，確定水質(zhì)類別 ，最后選擇其中最差的水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別來(lái)確定所測(cè)區(qū)域水體綜合水質(zhì)類別，而弱化其他因子的作用。通過(guò)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)可確定地下水體中的主要污染因子。水質(zhì)的單因子污染指數(shù) Fi的計(jì)算公式為:

(1)對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為定值的水質(zhì)因子，計(jì)算公式為：

Fi=Ci/C0

式中：Fi地下水中某項(xiàng)組分i的評(píng)價(jià)指數(shù)，Ci為某項(xiàng)組分i的實(shí)測(cè)濃度(mg/L)，C0i為地下水中某項(xiàng)組分i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)

(2)對(duì)于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為區(qū)間值的水質(zhì)因子(如PH值)公式為：

式中：PPH為PH的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，無(wú)量綱，PH為檢測(cè)值；PHsd為標(biāo)準(zhǔn)的下限值；PHsu為標(biāo)準(zhǔn)的上限值；Fi<1表示地下是水未受污染；Fi>1表示地下水已受污染；Fi越大受污染越嚴(yán)重。

南明河上游區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1 所示，根據(jù)監(jiān)測(cè)值計(jì)算出各點(diǎn)單因子評(píng)價(jià)指數(shù)，繪制出20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)各個(gè)指標(biāo)單因子評(píng)價(jià)指數(shù)柱狀圖1(其中點(diǎn)6、7、8、16大腸桿菌由于單因子指數(shù)偏大，無(wú)法在圖中直接顯示，現(xiàn)給出其具體數(shù)值，依次為：10、11、17、54)

圖1　南明河上游區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)單因子評(píng)價(jià)指數(shù)圖

由圖1及表2可知，研究區(qū)有一半的監(jiān)測(cè)點(diǎn)已被污染(分別是點(diǎn)1、5、6、7、8、10、11、12、15、16十個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn))。而已被污染的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，大部分是因?yàn)榇竽c桿菌這一檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)目普遍超標(biāo)(點(diǎn)6、7、8及16)，多達(dá)十倍至幾十倍。石板鎮(zhèn)蘆獲村飲用水中大腸桿菌的單因子指數(shù)竟達(dá)54，而貴陽(yáng)永新紙塑包裝廠的生活飲用水中大腸桿菌單因子指數(shù)為17，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。部分因?yàn)樗捕瘸瑯?biāo)，如貴龍飯店、省科院、花溪西站等多處地方水硬度偏高。同時(shí)高硬度水地區(qū)也存在高F現(xiàn)象，上述高硬度水質(zhì)監(jiān)測(cè)區(qū)F含量雖未超標(biāo)但普遍高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)值。但是其他幾項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)幾乎全部合格。

基于單因子指數(shù)法這一缺點(diǎn)(評(píng)價(jià)項(xiàng)目中的一項(xiàng)超標(biāo)，整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域就超標(biāo)，定為污染)，現(xiàn)采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)該區(qū)域地下水水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下表3所示：

表2　地下水綜合指數(shù)分區(qū)表

表3　地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表

4結(jié)語(yǔ)

評(píng)價(jià)區(qū)由于其特殊的地質(zhì)環(huán)境—巖溶地貌，其地下水類型為巖溶地下水，且地下水埋深較淺，而巖溶地下水為開(kāi)放的含水系統(tǒng)，地表水與地下水轉(zhuǎn)換頻率快、循環(huán)交替快，且含水系統(tǒng)封閉性較差，極容易受到污染，所以：(1)容易出現(xiàn)總大腸菌超標(biāo)的Ⅳ類、V類水的機(jī)井(鉆孔)—重度污染區(qū)，同時(shí)在采水、取水過(guò)程中都極易受到人為污染，所以在采水、取水的過(guò)程中應(yīng)該采取嚴(yán)格的保護(hù)措施；(2)在評(píng)價(jià)方法上，諸如灰色聚類法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等將下比較流行的方法在南明河上游區(qū)的水質(zhì)評(píng)價(jià)中得不到較為理想的效果，而單因子指數(shù)法避免了確定權(quán)重的主觀隨意性，較為簡(jiǎn)單、直觀的優(yōu)點(diǎn)在評(píng)價(jià)中得到的結(jié)論更為實(shí)際合理，同時(shí)結(jié)合綜合指數(shù)法最大污染因子明顯化的優(yōu)點(diǎn)對(duì)進(jìn)行污染治理有很大優(yōu)勢(shì)。

鑒于對(duì)開(kāi)放巖溶系統(tǒng)的水質(zhì)評(píng)價(jià)資料文獻(xiàn)較少，所以本文采用綜合指數(shù)法對(duì)研究地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)得出的結(jié)論，可對(duì)日后貴陽(yáng)市及其他巖溶地下水地區(qū)地下水水質(zhì)研究提供參考。

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Nanming River Upstream Region’s Comprehensive Quality Evaluation in Guiyang Based on the Single Factor Index Method

LUO Xiao-qin，ZHANGQiang，CHEN Li-ying，MENG Qing-xin，ZHAOMin

(State Key Laboratory for Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan)

Abstract:Because of its special geological environment - Guiyang karst landform and shallow depth of groundwater, the karst groundwater belongs to the open water system, which is easy to cause groundwater pollution. The article combined the single factor index method with Melo index evaluation method to analyze the Evaluation of Guiyang City, Nanming River upstream region’s comprehensive quality of water.The evaluation include:PH,The number of total hardness, ammonia nitrogen,volatile phenol, fluoride and Escherichia coli.I concluded that except the number of Escherichia coli is far exceed quota,and the hardness of water in some areas is high ,others are qualified ,which means that The study area basically belongs to the clean area, the overall quality is good, the whole can be considered as the III type water. And the evaluation of Naming River can provide some reference and suggestion in groundwater water quality of the open karst system.

Key words:Karst open system；the single factor index method；the Melo index evaluation method and quality of groundwater

[收稿日期]2015-07-31

[作者簡(jiǎn)介]羅嘵芹(1990-)，女，貴州銅仁人，在讀碩士研究生，主攻方向：地下水研究。

[中圖分類號(hào)]P641.12

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)01-0080-03