鄭州市淺層地下水質(zhì)量評價

張盼盼

摘要[目的]評價鄭州市淺層地下水質(zhì)量。[方法]以鄭州市區(qū)為研究范圍，對其淺層地下水質(zhì)量進(jìn)行評價。利用中原城市群地下水污染調(diào)查所取得的大量實(shí)測數(shù)據(jù)，采用檢出法和超標(biāo)法對鄭州市淺層地下水質(zhì)量進(jìn)行初步評價，并運(yùn)用改進(jìn)的權(quán)重集對分析法對其進(jìn)行綜合評價。[結(jié)果]鄭州市淺層地下水質(zhì)量整體較好，大部分采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)Ⅲ級，近污染源的2個采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)Ⅳ級，不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)；改進(jìn)的集對分析方法簡單實(shí)用，結(jié)果合理，能夠較好地對地下水水質(zhì)進(jìn)行評價。[結(jié)論]該研究對鄭州市市轄區(qū)供需水以及城鎮(zhèn)用水安全具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 鄭州市；淺層地下水；地下水質(zhì)量評價

中圖分類號 TV211.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）02-0070-03

Abstract[Objective] To evaluate shallow groundwater quality in Zhengzhou City.[Method] The study is mainly on the shallow groundwater quality evaluation about the urban area of Zhengzhou. Based on the survey data of groundwater pollution in the Zhongyuan Urban Agglomeration，the preliminary evaluation of shallow groundwater quality in Zhengzhou City is using the detection method and the superstandard method，and using the improved weighted set pair analysis method evaluate it comprehensively.[Result] The results showed generally speaking，the quality of shallow groundwater in Zhengzhou City is good，the water quality of most sampling points has reached Grade Ⅲ，the water quality of the two sampling points near the pollution source has reached Grade Ⅳ which does not meet the drinking water standard；The improved set pair analysis method is simple，practical and reasonable，which can be used to evaluate the groundwater quality.[Conclusion] This study has instructive significance to the Zhengzhou City area supply and demand of water and urban water security issues.

Key words Zhengzhou City；Shallow groundwater；Groundwater quality evaluation

地下水水質(zhì)評價主要是根據(jù)水體中主要物質(zhì)成分指標(biāo)，利用科學(xué)的方法分析確定地下水的水質(zhì)狀況，與國家制訂的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而確定地下水等級，明確水質(zhì)是否符合其用途要求。地下水水質(zhì)評價在水資源評價及其合理開發(fā)利用管理中是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)，可為水資源開發(fā)利用管理及后續(xù)城鎮(zhèn)發(fā)展提供重要依據(jù)。

鄭州市位于黃河下游地區(qū)。近年來，隨著黃河水源不斷減少、水質(zhì)不斷惡化[1]，地下水已逐漸成為其主要供水水源，在城市供水中占70%以上。地下水大規(guī)模的開發(fā)利用引發(fā)了諸如地面沉降、地下水污染等一系列水文地質(zhì)問題，尤其是地下水污染問題突出，愈演愈烈，已經(jīng)成為制約鄭州市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。鄭州市淺層含水巖組由沖積含礫中粗砂、中砂、中細(xì)砂、細(xì)砂組成，具有明顯的下粗上細(xì)“二元結(jié)構(gòu)”，富水性極強(qiáng)。相關(guān)資料表明，目前鄭州市屬嚴(yán)重

的淺層地下水超采區(qū)，引發(fā)了區(qū)域地下水流場的顯著變化。隨著鄭州市社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各類污染物通過各種途徑侵入淺層地下水系統(tǒng)，導(dǎo)致該地區(qū)淺層地下水出現(xiàn)了不同程度的污染現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)鄭州市地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，對其地下水質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評價顯得尤為重要。筆者以鄭州市淺層地下水為研究對象，對其質(zhì)量進(jìn)行綜合評價，以確定地下水的污染現(xiàn)狀，以期為鄭州市城區(qū)淺層地下水合理開采規(guī)劃和開發(fā)利用提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置 依據(jù)鄭州市水文地質(zhì)條件、土地利用狀況，選擇具有代表性的24個淺層地下水井點(diǎn)為采樣點(diǎn)，采樣密度為每300 km21個點(diǎn)，采樣時間為平水期。采樣點(diǎn)分布狀況見圖1。

1.2 測試指標(biāo)

測試指標(biāo)為91項(xiàng)，包括現(xiàn)場物理化學(xué)指標(biāo)7項(xiàng)：氣溫、水溫、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率、pH、氧化還原電位（ORP）；物理性質(zhì)指標(biāo)4項(xiàng)：色度、口味、氣味、肉眼可見物；無機(jī)物指標(biāo)39項(xiàng)：溶解性總固體、總硬度、總堿度、總酸度、偏硅酸、游離CO2、鎘、碘、鋅、硒、銅、砷、汞、銀、鉻（Ⅵ）、鉛、錳、鋁、揮發(fā)酚、氰化物、亞硝酸鹽、耗氧量、陽離子（K+、Na+、Ca2+ 等）、陰離子（Cl-、SO4-、HCO3-等）；有機(jī)物指標(biāo)41項(xiàng)：氯乙烯、1，1-二氯乙烯、二氯甲烷、環(huán)戊烷、1，2-二氯乙烯（反）、甲基叔丁基醚、1，2-二氯乙烯（順）、三氯甲烷、1，1，1-三氯乙烷、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、苯、三氯乙烯、1，2-二氯丙烷、溴二氯甲烷、順-1，3-二氯丙稀、甲苯、1，1，2-三氯乙烷、四氯乙烯、二溴一氯甲烷、氯苯、1，1，1，2-四氯乙烷、乙苯、鄰二甲苯、正丙苯等。

1.3 評價方法

地下水質(zhì)量綜合評價方法主要有內(nèi)梅羅指數(shù)法[2-3]、灰色聚類法[4-5]、模糊評價法[6]、物元分析方法[7]、集對分析法[8-9]等。集對分析是處理系統(tǒng)確定性與不確定性相互作用的數(shù)學(xué)理論，操作簡便、實(shí)用性高，結(jié)果更穩(wěn)定、客觀，且分辨率高。由我國學(xué)者趙克勤于1989年提出，并在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[10-11]。筆者利用改進(jìn)的權(quán)重集對分析法對鄭州市淺層地下水的水質(zhì)進(jìn)行評價。評價步驟：①將各監(jiān)測點(diǎn)各評價因子與評價標(biāo)準(zhǔn)組成一個集對；②計算不同監(jiān)測點(diǎn)的各評價因子對各級別之間的聯(lián)系度；③計算各監(jiān)測點(diǎn)的平均聯(lián)系度；④根據(jù)平均聯(lián)系度，由平均聯(lián)系度最大者所對應(yīng)的級別來確定最終的評價級別。

1.3.1 權(quán)重的確定。

在水質(zhì)評價中，涉及的影響因素和指標(biāo)很多，且這些指標(biāo)之間通常又分為不同的層次和類別，關(guān)系比較復(fù)雜。為了減小主客觀賦權(quán)法對水質(zhì)評價產(chǎn)生的影響，使得評價因子的權(quán)重更合理，筆者采用熵值法和層次分析法分別計算權(quán)重，然后將二者組合得到最終權(quán)重。

1.3.1.1 熵值法。

熵值法是一種客觀賦權(quán)方法，它通過計算指標(biāo)的信息熵，根據(jù)指標(biāo)的相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定指標(biāo)的權(quán)重。熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越??；信息量越小，不確定性越大，熵也越大。主要包括以下5步：評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理、計算標(biāo)準(zhǔn)值在指標(biāo)下的權(quán)重、計算指標(biāo)熵值、計算指標(biāo)的差異性因素、計算熵權(quán)。

1.3.1.2 層次分析法。

層次分析法是評價復(fù)雜系統(tǒng)有效的簡便方法。首先，把要解決的問題分層系列化，形成一個遞階、有序的層次結(jié)構(gòu)模型。然后，依據(jù)人們對客觀現(xiàn)實(shí)的判斷給予定量表示，確定每一層次全部因素相對重要性次序的權(quán)值。最后，通過綜合計算各層因素相對重要性的權(quán)值，得到最低層相對于最高層的相對重要性的組合權(quán)重，以此作為評價方案依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測結(jié)果

地下水質(zhì)量評價指標(biāo)選擇與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的27項(xiàng)物理性質(zhì)和無機(jī)物指標(biāo)，即色、嗅、味、渾濁度、肉眼可見物、pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)性酚類、高錳酸鹽指數(shù)、亞硝酸鹽、氨氮、氟化物、碘化物、氰化物、汞、砷、硒、鎘、鉻、鉛。各指標(biāo)質(zhì)量級別限值依據(jù)GB/T 14848—93地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

地下水質(zhì)量單指標(biāo)評價按指標(biāo)值所在的指標(biāo)限值區(qū)間確定地下水質(zhì)量類別，不同地下水質(zhì)量類別的指標(biāo)限值相同時，從優(yōu)不從劣。采用檢出法和超標(biāo)法進(jìn)行初步評價，總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、揮發(fā)酚、錳、亞硝酸鹽對水質(zhì)影響較大，以這6個指標(biāo)組成評價指標(biāo)集，進(jìn)行水質(zhì)綜合評價。

2.2 評價結(jié)果 運(yùn)用熵值法計算各評價指標(biāo)的客觀權(quán)重，利用層次分析法計算各指標(biāo)的主觀權(quán)重，將二者結(jié)合得到組合權(quán)重，計算結(jié)果見表1。

根據(jù)集對分析法，對24個采樣點(diǎn)的總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、亞硝酸鹽、錳、揮發(fā)酚6個因子進(jìn)行評價，綜合評價結(jié)果見表2。

由表2可知，24個采樣點(diǎn)中有8個采樣點(diǎn)的水質(zhì)達(dá)到 Ⅱ級，占總采樣點(diǎn)數(shù)的33.3%；14個采樣點(diǎn)的水質(zhì)達(dá)Ⅲ級，占總采樣點(diǎn)數(shù)的58.4%，可見，大部分地區(qū)水質(zhì)符合國家規(guī)定的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級以上。因此，鄭州市的淺層地下水水質(zhì)整體處于較好狀態(tài)。Q8、Q20 這2個采樣點(diǎn)的水質(zhì)達(dá)Ⅳ級，占總采樣點(diǎn)數(shù)的8.3%，水質(zhì)較差，不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

利用改進(jìn)的集對分析法評價鄭州市的淺層地下水水質(zhì)，將層次分析法和熵值法相結(jié)合得到評價指標(biāo)的組合權(quán)重，不僅反映了決策人員對各指標(biāo)的主觀信息，還兼顧到客觀的數(shù)學(xué)方法，得到的權(quán)重更加合理、可靠。經(jīng)過實(shí)例計算，改進(jìn)后的集對分析法概念清晰，計算簡單，評價結(jié)果直觀準(zhǔn)確可靠，信息利用率高。經(jīng)評價，鄭州市淺層地下水質(zhì)量總體較好，個別取樣點(diǎn)水質(zhì)較差。對于水質(zhì)等級較差的地下水，需進(jìn)一步查明導(dǎo)致水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)的因素，采取相應(yīng)的措施，防止污染擴(kuò)散，保證地下水系統(tǒng)的完整性。

參考文獻(xiàn)

[1] 林學(xué)鈺，廖資生，石欽周.黃河下游傍河開采地下水研究：以鄭州-開封間黃河段為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2003，33（4）：495-502.

[2] 寇文杰，林健，陳忠榮，等.內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評價中存在問題及修正[J].南水北調(diào)與水利科技，2012，10（4）：39-41，47.

[3] 關(guān)云鵬.利用內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評價地下水水質(zhì)的探討[J].山西水利科技，2012（1）：81-84.

[4] 李勇，劉德深，陳曉波.灰色聚類法在地表水水質(zhì)評價中的問題探討[J].科技信息，2009（11）：21-23.

[5] 沃飛，陳效民，吳華山，等.灰色聚類法對太湖地區(qū)農(nóng)村地下水水質(zhì)的評價[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2006，6（4）：38-41.

[6] 郝漢舟，靳孟貴，汪丙國.河南省淺層地下水質(zhì)量評價[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，29（4）：655-659，674.

[7] 周清鋒，蔣波.物元分析方法在蘇州淺層地下水質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].地質(zhì)學(xué)刊，2012，36（1）：80-85.

[8] 邱林，唐紅強(qiáng)，陳海濤，等.集對分析法在地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2007（1）：13-15.

[9] 李培月，吳健華.熵權(quán)集對分析法在地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].寧夏工程技術(shù)，2010，9（1）：64-67.

[10] 趙克勤.集對分析與熵的研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），1992（2）：68-75.

[11] 趙克勤.試論集對分析與模糊數(shù)學(xué)的關(guān)系[C]//曹炳元.模糊數(shù)學(xué)和系統(tǒng)成果會論文集.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1991：2.