河池市羅城縣地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及分析

郭詩(shī)琪，班美玲

(廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西南寧530022)

近年來(lái)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)人口不斷增加，給地下水環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。為查清羅城縣地下水基本屬性、水質(zhì)狀況和污染源等情況，本次研究依托“2013年廣西地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估”項(xiàng)目，對(duì)羅城縣地下水飲用水水源保護(hù)區(qū)、工業(yè)園區(qū)和礦山開采區(qū)的地下水環(huán)境展開調(diào)查和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)。

目前地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法包括單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色聚類法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[1－5]。本論文采用內(nèi)梅羅指數(shù)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)羅城縣地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)提出合理的對(duì)策建議。

1 區(qū)域概況

羅城仫佬族自治縣位于廣西壯族自治區(qū)北部，河池市東部，縣域地勢(shì)西北高，東南低，中部南北向呈鯉魚背狀拱起，向東西兩側(cè)傾斜。西北部屬九萬(wàn)大山余脈，主要為中山剝蝕地形;東北及東南部主要為溶蝕堆積平原及剝蝕丘陵地形，地面起伏平緩;中部及西南部主要為溶蝕峰叢洼地及巖溶地形。全縣地下水儲(chǔ)量較為豐富，初步勘探查明的地下河有12條，以大氣降水作為主要補(bǔ)給來(lái)源，地下水徑流總量多年平均值1.01億 m3，可利用水量為0.303億 m3。地下水類型主要分為松散巖類孔隙水、巖溶水和碎屑巖裂隙水三種。

1.1 飲用水水源保護(hù)區(qū)

羅城縣城區(qū)(東門鎮(zhèn))20 km范圍內(nèi)沒有地表常流河，生產(chǎn)生活用水主要靠抽取(大氣降雨及地表滲透補(bǔ)給的)地下水供應(yīng)。羅城縣有龍?zhí)秴押碗p塘壩2個(gè)潛水型地下水型飲用水源地，均在縣城區(qū)內(nèi)，主要賦存于純碳酸鹽巖和非純碳酸鹽巖類巖組地層中，含水層厚度一般40 m左右，含水巖組由白云巖和灰?guī)r組成，以C2d白云巖為主，碳酸鹽巖成分大于75%，水質(zhì)為HCO3－Ca－Mg型，屬于碳酸鹽巖裂隙溶洞水，具有集中徑流和集中排泄的特點(diǎn)。

1.2 工業(yè)園區(qū)

工業(yè)園區(qū)位于羅城縣小長(zhǎng)安鎮(zhèn)境內(nèi)，緊靠融江，距縣城區(qū)約20 km，園區(qū)內(nèi)有20多家企業(yè)，主要以發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品加工和木材加工工業(yè)為主，地下水類型為碳酸鹽巖裂隙溶洞水。

1.3 礦山開采區(qū)

羅城縣位于環(huán)太平洋金屬成礦帶，縣域內(nèi)有煤、鐵、錫、銅、銻、鉛、鋅、水晶和重晶石等重要礦產(chǎn)。礦山開采區(qū)位于羅城縣西北部，地下水類型為基巖裂隙水，主要存在于C1y和D3t地層中，富水性較弱，含水巖性組分由頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖夾少量泥灰?guī)r等組成。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源、評(píng)價(jià)因子及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

本次研究數(shù)據(jù)來(lái)源于“2013年廣西地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評(píng)估”項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，布點(diǎn)監(jiān)測(cè)以淺層地下水為主，分別選取羅城縣飲用水水源保護(hù)區(qū)(Q－1、Q－2、Q－3)、工業(yè)園區(qū)(G －1、G －2、G －3)和礦山開采區(qū)(W －1、W －2、W －3)具有代表性的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，運(yùn)用內(nèi)梅羅指數(shù)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，綜合考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和水文地質(zhì)條件，選擇高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽氮、總硬度、氨氮、鐵和錳作為評(píng)價(jià)因子，各點(diǎn)位地下水監(jiān)測(cè)值見表1。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848－93)[6]，評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 評(píng)價(jià)因子監(jiān)測(cè)值 mg/L

2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法[3]是加附注的評(píng)分法，具體方法如下:

(1)對(duì)各單項(xiàng)組分逐一進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分組分所屬的質(zhì)量類別;

(2)對(duì)各類別按照表3中對(duì)照分值確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi;

(3)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)評(píng)分值F。

(4)根據(jù)F值，按表3中劃分的地下水質(zhì)量級(jí)別(表4中類別劃定與表3相對(duì)應(yīng))。

表2 評(píng)價(jià)因子地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值 mg/L

表3 地下水質(zhì)量評(píng)分表

表4 地下水質(zhì)量分級(jí)表

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是近年地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中應(yīng)用較為廣泛的一種方法，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，以對(duì)地下水污染分界的中介過(guò)渡性的模糊描述和以隸屬度表示地下水對(duì)各等級(jí)水的隸屬關(guān)系，使得地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果更具有客觀性和綜合性[7]。其具體評(píng)價(jià)方法如下:

(1)根據(jù)地下水質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定各單因子實(shí)測(cè)值(ui)對(duì)各級(jí)別的隸屬度:

①當(dāng)j=Ⅰ時(shí);

②當(dāng)j=Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ時(shí);

③當(dāng)j=Ⅴ時(shí);

(2)分別計(jì)算各單項(xiàng)因子對(duì)各級(jí)水質(zhì)的隸屬度，依次排列成一個(gè) i×j模糊矩陣，即 R=(rij)，0≤rij≤1。

(3)計(jì)算各因素在綜合評(píng)價(jià)中的權(quán)重:

式中:Wi為i指標(biāo)的權(quán)系數(shù);Ci為i指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值;C0為i指標(biāo)各級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)濃度均值;為i指標(biāo)經(jīng)歸一化后的權(quán)重。由此組成一個(gè)1×6矩陣 A=[W1，W2，…，W6]。

(4)對(duì)R和A采用取大取小法進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算得出結(jié)果，比較各級(jí)隸屬度的大小，其中隸屬度最大所在等級(jí)代表地下水水質(zhì)分類等級(jí)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果(見表5):飲用水水源保護(hù)區(qū)域內(nèi)地下水質(zhì)良好，均保持Ⅱ類水質(zhì);工業(yè)園區(qū)G－2和G－3點(diǎn)位水質(zhì)較差，為Ⅳ類水，存在總硬度超標(biāo);礦山開采區(qū)3個(gè)點(diǎn)位全部超標(biāo)，其中W－1和W－2為Ⅴ類水，W－3為Ⅳ類，主要為鐵和猛超標(biāo)。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

以 G －1 為例，權(quán)重 A=[0.05，0.02，0.32，0.04，0.02，0.01]，隸屬度矩陣 R

對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行歸一化處理得到:

Y=[0.420 0.514 0.066 0 0 ]，按照“隸屬度選擇近歸類原則”，可知G－1監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)類別為Ⅱ類。

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果得到表6:飲用水水源保護(hù)區(qū)域內(nèi)地下水質(zhì)良好，均保持Ⅱ類水質(zhì);工業(yè)園區(qū)有2個(gè)點(diǎn)位達(dá)標(biāo)(G－1達(dá)Ⅱ類水質(zhì)，G－2達(dá)Ⅲ類水質(zhì))，G－3點(diǎn)位地下水水質(zhì)超標(biāo)，為Ⅴ類水質(zhì)，主要超標(biāo)因子為總硬度;礦山開采區(qū)僅W－3點(diǎn)位地下水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，W－1和W－2均為Ⅴ類水質(zhì)，主要為鐵和猛超標(biāo)。

表5 內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

兩種方法得出評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。

3.3.1 評(píng)價(jià)方法比較

根據(jù)表7結(jié)果顯示，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法與模糊數(shù)學(xué)法在羅城縣地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的應(yīng)用中結(jié)果一致性較好，評(píng)價(jià)結(jié)果重合率為77.8%，其中飲用水水源保護(hù)區(qū)重合率100%，工業(yè)園區(qū)和礦山開采區(qū)分別有1個(gè)點(diǎn)位評(píng)價(jià)結(jié)果不一致，即G－2和W－3點(diǎn)位，模糊數(shù)學(xué)法評(píng)價(jià)結(jié)果級(jí)別均高于內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法。

內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單清晰、運(yùn)算方便，但過(guò)于突出最大污染因子對(duì)地下水水質(zhì)污染的影響。以G－2點(diǎn)位為例，其地下水總硬度值偏高，即使其他因子(高錳酸鹽指數(shù)、鐵、錳)濃度值很低，也會(huì)導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)值偏高，評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅳ類超標(biāo)。模糊綜合評(píng)價(jià)法的不足之處在于計(jì)算步驟較為繁瑣，但由于采用隸屬度函數(shù)來(lái)評(píng)判地下水污染狀況，能公正、客觀地體現(xiàn)各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)水質(zhì)的綜合影響。雖然G－2點(diǎn)位總硬度值超標(biāo)，但綜合考慮其他因子在總體污染重的作用，分別賦予不同的權(quán)重，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀實(shí)際，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ類。綜合考慮，出現(xiàn)差異的評(píng)價(jià)結(jié)果以模糊數(shù)學(xué)法為準(zhǔn)。

3.3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

飲用水水源保護(hù)區(qū)地下水質(zhì)情況良好，均保持在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)園區(qū)G－3點(diǎn)位內(nèi)存在總硬度超標(biāo)?？傆捕瘸瑯?biāo)原因可能是由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖主要為白云巖和灰?guī)r，化學(xué)成分主要為 CaCO3和CaMg(CO3)2，化學(xué)類型為 HCO3－Ca·Mg型，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間水與巖土相互作用，鈣離子溶出會(huì)對(duì)地下水中總硬度背景值造成影響。工業(yè)園區(qū)內(nèi)部分企業(yè)以農(nóng)副加工為主，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾堆放氧化分解產(chǎn)生酸下滲到地下，這些酸溶解了巖土中的鈣、鎂礦物質(zhì)，使其進(jìn)入淺層地下水中，增加了地下水中Ca2+和Mg2+，使地下水硬度升高。

礦山開采區(qū)主要超標(biāo)因子為鐵和錳，超標(biāo)原因大部分為歷史遺留問(wèn)題，過(guò)去相關(guān)制度未能及時(shí)建立，群眾生態(tài)意識(shí)淡薄，工礦企業(yè)在開采過(guò)程中沒有規(guī)范堆放廢礦渣，經(jīng)長(zhǎng)期雨水淋溶后下滲到地下，對(duì)地下水造成污染，導(dǎo)致出現(xiàn)鐵和錳超標(biāo)的現(xiàn)象。

表6 模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

表7 兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)比結(jié)果

4 對(duì)策建議

加強(qiáng)部門協(xié)作，建立完善地下水監(jiān)測(cè)。地下水的管理涉及供水、節(jié)水、排水、治污等多個(gè)環(huán)節(jié)，管理過(guò)程中缺乏充分溝通協(xié)調(diào)，很難形成地下水資源的優(yōu)化配置和統(tǒng)一規(guī)劃管理。建議多部門共同建設(shè)地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，制定地下水監(jiān)測(cè)井建設(shè)運(yùn)行維護(hù)長(zhǎng)效管理機(jī)制，保障地下水監(jiān)測(cè)能力基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)建立地下水污染防治綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)測(cè)體系，有效保障地下水污染防治和管理。

加強(qiáng)重點(diǎn)污染源地下水污染防治。加強(qiáng)礦山、工業(yè)園等重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)污染防治工作，建立分級(jí)分類管理工作制度。根據(jù)污染嚴(yán)重程度不同，建立優(yōu)先治理清單，實(shí)施地下水污染源監(jiān)測(cè)預(yù)防、污染控制和修復(fù)治理的分級(jí)管理體系。

落實(shí)企業(yè)污染防治責(zé)任。針對(duì)污染排放企業(yè)，建議落實(shí)企業(yè)的污染防治責(zé)任，嚴(yán)格做到“誰(shuí)污染、誰(shuí)負(fù)責(zé)、誰(shuí)治理”，進(jìn)一步強(qiáng)化企業(yè)的責(zé)任意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，從源頭上控制污染排放。

[1]白玉娟，殷國(guó)棟.地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法與地下水研究進(jìn)展[J].水資源與水工程學(xué)報(bào).2010，21(3):115－120.

[2]程繼雄，程勝高，張煒.地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法的對(duì)比分析[J].安全與環(huán)境工程.2008，15(2):23－25.

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

[4]韓程輝，劉文生.模糊綜合評(píng)判法在礦區(qū)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].礦山安全與環(huán)保.2004，31(5):36?40.

[5]周林飛，許士國(guó)，孫萬(wàn)光.基于灰色聚類法的扎龍濕地水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào).2012，47(2):240－246.

[6]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T14848－93.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.1994.

[7]虞登梅.兩種不同的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法應(yīng)用與比較[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2006，26(1):6－9.