遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量與分布特征分析

那 娜

(遼寧省撫順?biāo)木?，遼寧 撫順 113015)

1 區(qū)域概況

遼河流域地形地貌復(fù)雜，主要以低山區(qū)、低山丘陵區(qū)、平原區(qū)為主，其中低山丘陵區(qū)植被覆蓋率較高，地勢整體由西南向北方向呈明顯的階梯式下降趨勢，不同區(qū)域地勢高差介于216～840m區(qū)間。流域全長約1345km，占地面積約22.11萬km2，屬于半干旱半濕潤氣候過渡區(qū)，多年平均降雨量為320～860mm，其中60%以上發(fā)生6—9月。冬冷干燥，夏季多雨炎熱，全年降雨量和流經(jīng)量分布不均勻，其中西部徑流面積較大。流域內(nèi)各支流縱橫交錯、蜿蜒曲折，主要支流有老何哈、渾河、太子河、柴河等[1]。

遼河流域平原區(qū)工業(yè)發(fā)展充分，畜牧業(yè)和農(nóng)林業(yè)發(fā)展迅速，不僅是我國的糧食基地，而且屬于東北地區(qū)工業(yè)發(fā)展中心區(qū)域，并屬于農(nóng)業(yè)和自然生態(tài)和諧發(fā)展區(qū)。近年來，隨著平原區(qū)域人口的快速增長、城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴(kuò)張以及大量的油、氣、煤炭等資源的開采利用，地下水環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，并已成為威脅該區(qū)域城鎮(zhèn)發(fā)展與引水安全的主要因素。因此，本文以該區(qū)域2015年地下水樣全分析數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，通過利用不同的評價方法評價地下水質(zhì)量狀況及分布特征，以期為相關(guān)部門制定地下水污染防控措施及合理開發(fā)利用制定提供一定參考[2- 4]。

2 地下水質(zhì)量評價

對遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量分別采用模糊綜合法、單指標(biāo)因素法、層級階梯法以及內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行客觀、科學(xué)的評價，為進(jìn)一步提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，利用綜合加權(quán)平均法進(jìn)行了最終的評判[5]。

2.1 數(shù)據(jù)收集與評價指標(biāo)

委托地下水環(huán)境監(jiān)測中心分別對遼河流域平原區(qū)52組地下水水樣進(jìn)行微量元素的檢測和水質(zhì)的全分析，其中參與評價的指標(biāo)應(yīng)具有分類標(biāo)準(zhǔn)且能夠被檢出，主要包括COD、TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、I、F-、Mo、Pb等18項典型指標(biāo)。評價指標(biāo)限值以國內(nèi)外相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)確定。

2.2 各評價方法簡介

單指標(biāo)評價法是對水體綜合水質(zhì)類別按照最差水質(zhì)的單項指標(biāo)所屬類別進(jìn)行評判的方法，即以GB/T 14848—2017為基礎(chǔ)通過對比各類指標(biāo)測試結(jié)果得到相應(yīng)水質(zhì)類別，然后將該水樣的水質(zhì)類別按照最差水質(zhì)進(jìn)行確定[6]。

內(nèi)梅羅指數(shù)法是在實際評價中利用所選參數(shù)的污染指數(shù)及評分準(zhǔn)則，通過對比分析標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則與污染指數(shù)的差值確定水質(zhì)類別的方法，其計算方法為：

(1)

(2)

模糊綜合評價法是利用模糊數(shù)學(xué)理論計算隸屬度確定水質(zhì)類型的方法，即在考慮各污染因子對水體危害作用程度的基礎(chǔ)上，分析水體環(huán)境與污染因子之間的非線性復(fù)雜關(guān)系。污染因子權(quán)重越大則對水體的危害程度越高，因此在隸屬度復(fù)合運算與權(quán)重計算時存在4種不同類型的算子，分別為加權(quán)平均型、主因素突出型、主因素決定型以及不均勻平衡型算子。而加權(quán)平均型是考慮了所有參評指標(biāo)對水體危害的影響作用的方法，不僅強(qiáng)調(diào)了在評價過程中所有參評指標(biāo)所發(fā)揮的應(yīng)有作用，而且注重了對最大污染指標(biāo)的分析，該方法在地下水質(zhì)量評價中具有一定的科學(xué)性與適用性，因此本文對遼河流域平原區(qū)地下水利用加權(quán)平均型復(fù)合算子進(jìn)行模糊評價[7]。

層級階梯評價法首先是按照無機(jī)常規(guī)化學(xué)、現(xiàn)場測試、微量有機(jī)以及無機(jī)毒理等原則對測試指標(biāo)進(jìn)行類別的劃分，然后利用單指標(biāo)法對無機(jī)常規(guī)化學(xué)與現(xiàn)場指標(biāo)進(jìn)行評價，得到初步水質(zhì)結(jié)果，并利用微量有機(jī)和無機(jī)毒理指標(biāo)進(jìn)行綜合評價的方法。該方法進(jìn)行污染等級劃分的原則如下：1級，微量有機(jī)和無機(jī)毒理指標(biāo)不超過Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；2級，有機(jī)或無機(jī)毒理指標(biāo)未超過Ⅲ類水質(zhì)，且大于Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；3級，單項有機(jī)或無機(jī)毒理指標(biāo)低于1.5倍的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并且超過Ⅲ類水質(zhì)；4級，多項指標(biāo)污染強(qiáng)度超過50%且大于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，或者微量有機(jī)或無機(jī)毒理超過Ⅳ類水質(zhì)。水質(zhì)是否升級的判定依據(jù)為污染等級，若水質(zhì)級別低于污染等級，應(yīng)對水質(zhì)進(jìn)行升高一級處理，否則不進(jìn)行升級。

2.3 結(jié)果分析

分別利用文中所述不同方法對遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)進(jìn)行評價，結(jié)果見表1。由表1可知，不同的評價方法所得到的水質(zhì)類別存在較大的差異，并且很難對地下水質(zhì)量作為更加客觀、準(zhǔn)確的判斷。

表1 各評價方法地下水質(zhì)評價結(jié)果

針對上述問題，本文對各評價結(jié)果利用加權(quán)平均法進(jìn)行綜合評價。為降低不同方法對綜合評價結(jié)果的影響作用，結(jié)合各方法理論特點和評價結(jié)果考慮采用相應(yīng)的權(quán)重值進(jìn)行復(fù)合計算。按照4種方法權(quán)重值和為1的原則對各評價結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，四舍五入取整即可作為該水樣的評價結(jié)果，其計算方法為：

(3)

式中，Mj、Nij—水樣j的最終評價結(jié)果和對應(yīng)于第i種方法的評價結(jié)果；wi—第i種方法的權(quán)重值；[0.5+X]—對X四舍五入取整后的水質(zhì)結(jié)果。

不同方法的權(quán)重值是影響綜合評價結(jié)果的關(guān)鍵因素，因此有必要對各方法權(quán)重值進(jìn)行重點分析。其中單指標(biāo)評價法的評價結(jié)果是以最差水質(zhì)級別為依據(jù)，因此該方法在綜合評價結(jié)果中勢必會引起評價結(jié)果偏高，其權(quán)重值可賦予w1；內(nèi)梅羅指數(shù)法強(qiáng)調(diào)最大污染因子對水質(zhì)的影響作用，因此在綜合評價過程中可造成評分值偏高，但其偏高程度低于單指標(biāo)因素法，所以其權(quán)重值w2大于w1；層級階梯法是綜合考慮了各分類指標(biāo)的影響作用，但該方法評價結(jié)果仍然是以水質(zhì)最差級別作為同類指標(biāo)評判的依據(jù)，所以造成結(jié)果偏高，但相對于單指標(biāo)因素法較低，因此該方法權(quán)值w3大于w1；模糊綜合法是通過引入各項指標(biāo)權(quán)重綜合考慮了每一類指標(biāo)的影響作用，相對于其他三種方法具有更高的準(zhǔn)確性，因此權(quán)重值w4應(yīng)最大。對各方法結(jié)果權(quán)重的確定是重要的，同樣也是存在較大困難的，目前還未找到一種理論成熟、應(yīng)用廣泛、結(jié)果可靠的方法[8]。本文利用計算機(jī)調(diào)試的方法，按照上述大小評判結(jié)果和各權(quán)重值之和為1的原則，最終確定為w1為0.15、w2為0.25、w3為0.25、w4為0.35。地下水質(zhì)量最終評價匯總見表2，遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量綜合評價結(jié)果如圖1所示。

表2 遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量綜合評價匯總

由表2計算結(jié)果可知，采用加權(quán)平均綜合法不僅克服了單一評價方法存在的缺陷，而且可進(jìn)一步提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與客觀性。優(yōu)點為：以最劣水質(zhì)為層級階梯與單指標(biāo)評價的依據(jù)，可有效避免缺少Ⅰ類水的弊端；有效解決了內(nèi)梅羅指數(shù)法因考慮最大項值而缺少Ⅲ類水質(zhì)的現(xiàn)象。該評價方法綜合考慮了上述方法的優(yōu)缺點，能夠使得評價結(jié)果更加客觀、可靠，更加真實的反映地下水質(zhì)量實際狀況。

圖1 遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量綜合評價結(jié)果

3 地下水質(zhì)量分布特征

3.1 分布特征

在南部地區(qū)地下水質(zhì)類別以Ⅴ級為主，而在平原區(qū)北部及東部地區(qū)主要是Ⅳ級水質(zhì)；在遼河流域平原區(qū)東北部地區(qū)地下水質(zhì)量較好，主要以Ⅰ～Ⅲ類水為主，總而言之，該區(qū)域地下水質(zhì)量整體表現(xiàn)出從南至北地下逐漸變好分布特征[9]。

3.2 成因分析

地下水補(bǔ)給特征以及地層巖性是原生環(huán)境中影響地下水質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在遼河流域北部的低山丘陵區(qū)主要是細(xì)砂、粉砂的包氣帶巖性，該區(qū)域地質(zhì)透水性和含水性良好，且地下水循環(huán)速度較快、周期較短，另外該區(qū)域人口密度相對較少，油、氣的開采程度不高，因此其水質(zhì)環(huán)境較好。而南部地區(qū)包氣帶主要是粉土，該區(qū)域地勢結(jié)構(gòu)有黃土斜坡和邱冷，地下水云移速度較慢、不急條件相對較少，因此水體周圍巖層與入滲水之間的離子交換作用和淋濾作用較好，原生沉積環(huán)境較差且水中礦物成分富集，重重因素共同造成該區(qū)域地下水質(zhì)量整體較差[10]。

4 結(jié)論

用于地下水質(zhì)量評價方法較多，不同方法具有相應(yīng)的適用范圍和優(yōu)缺點，據(jù)此本文綜合考慮了四種不同方法，對遼河流域平原區(qū)地下水質(zhì)量進(jìn)行了評價。不同的評價方法所得到的水質(zhì)類別存在較大的差異，并且很難對地下水質(zhì)量作為更加客觀、準(zhǔn)確的判斷，為降低不同方法對綜合評價結(jié)果的影響作用，本文結(jié)合各方法理論特點和評價結(jié)果考慮采用相應(yīng)的權(quán)重值進(jìn)行復(fù)合計算。得出結(jié)論如下：

(1)采用加權(quán)平均綜合法不僅克服了單一評價方法存在的缺陷，而且可進(jìn)一步提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性與客觀性。平原區(qū)地下水質(zhì)Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級水樣分別占總水樣的5.77%、11.54%、9.15%、21.54%、51.92%，其中超過Ⅲ級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水樣共38組，即有73.46%的地下水不能直接用于生活用水。該區(qū)域地下水質(zhì)量狀況整體較差，大部分地區(qū)不能直接飲用。

(2)遼河流域平原區(qū)北部地區(qū)水質(zhì)整體較好，水質(zhì)較差的僅存在于個別地區(qū)；與平原區(qū)相連接的南部丘陵區(qū)水質(zhì)征地較差，該區(qū)域地下水補(bǔ)給特征與地下水質(zhì)量狀況分布具有相關(guān)性。

(3)在污染源的空間分布上可以看出人類活動與地下水部分之間的相關(guān)性特征，該區(qū)域是油、氣開采密集區(qū)，并且，平原區(qū)附近區(qū)域地下水質(zhì)量較差，加之城鄉(xiāng)居民生活污水直接排入遼河，而遼河作為該區(qū)域地下水的主要補(bǔ)給來源，進(jìn)一步影響該區(qū)域的地下水質(zhì)。