基于非線性檢驗(yàn)方法在細(xì)河地下水水質(zhì)變化趨勢檢驗(yàn)中的應(yīng)用

張 威

(遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，沈陽 110003)

1 概 述

細(xì)河發(fā)源于阜蒙縣扎蘭營子鄉(xiāng)駱駝山[1]，境內(nèi)河長86km，境內(nèi)流域面積為2284 km2，于義縣復(fù)興堡入大凌河。細(xì)河流域主要是新生代第四紀(jì)沉積物的巖性砂礫石，該區(qū)域位于丘陵地區(qū)，地下水補(bǔ)給、徑流條件較好；在王府、紅帽子一帶的第四紀(jì)沉積含水層厚度為5 - 20m，主要巖性為砂礫石、粗砂，是阜新市重要水源地之一。

細(xì)河流域地下水資源主要分布在河谷地區(qū)多為小坡河谷，呈樹枝狀分布，沉積物主要為砂礫石，第四系含水層厚度通常在2-20 m，多為汛期河流，對(duì)地下水的補(bǔ)給是非常有限的。

從1970到2018的地下水?dāng)?shù)據(jù)分析及地下水過程線分析來看,該區(qū)域地下水開采量變化不大,在 1094-2917萬m3，從2001-2018年，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，受人為因素影響地下水動(dòng)態(tài)的控制日益明顯，區(qū)域灌溉、礦山機(jī)電的數(shù)量有所增多[1],導(dǎo)致地下水開采數(shù)量增加快，在2917-4900萬m3。

細(xì)河流域地下水的區(qū)域和時(shí)空分布不均，山前平原和河谷平原以松散巖類孔隙水為主，補(bǔ)給條件和儲(chǔ)水條件較差。細(xì)河流域內(nèi)山丘區(qū)地下水資源量與平原區(qū)地下水資源量之和，扣除山丘區(qū)與平原區(qū)地下水資源量之間的重復(fù)計(jì)算量，為細(xì)河流域地下水資源量[2-3]。

2 檢驗(yàn)方法

采用非線性檢驗(yàn)方法對(duì)地下水污染監(jiān)測中各種污染指標(biāo)的變化趨勢進(jìn)行檢驗(yàn)，此方法將測試數(shù)據(jù)變量序列(x1,x2,…,xn)設(shè)置為獨(dú)立于同一樣本群體，并且是獨(dú)立的，并將變量統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于測試，其可變統(tǒng)計(jì)方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

在式(1)-(4)中，S是檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量；xi和xj是來自同一樣本總體的不同樣本數(shù)據(jù)系列；σs是樣本檢驗(yàn)的方差值；sign符號(hào)是計(jì)算符號(hào); n是總體中的樣本數(shù)； Z是樣本測試的級(jí)別； 如果Z> 0，則表示測試樣品數(shù)據(jù)序列顯示增加的變化，Z <0，表示測試樣品數(shù)據(jù)序列顯示減少的變化，但檢驗(yàn)級(jí)別的絕對(duì)值≥2.32，1.64和1.28，分別表示它們的檢查水平分別達(dá)到了99%，95%和90%。

根據(jù)1970年—2018年西河地區(qū)地下水監(jiān)測點(diǎn)的地下水觀測數(shù)據(jù)，分析的4個(gè)主要指標(biāo)為氟化物，氨氮，濁度和硝酸鹽，考慮到污染物時(shí)間分布在各個(gè)指標(biāo)中的影響，從年尺度和季節(jié)尺度分析了地下水污染程度的變化趨勢[4]。

3 地下水水質(zhì)變化趨勢

3.1 污染物年濃度變化

根據(jù)細(xì)河地區(qū)地下水主要監(jiān)測點(diǎn)的污染數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了1970年—2018年污染指標(biāo)變化的趨勢，細(xì)河地區(qū)地下水監(jiān)測點(diǎn)主要污染物變化趨勢，見表1，喀什地區(qū)地下水采樣點(diǎn)各污染物濃度的年變化趨勢，見圖1。

表1 細(xì)河地區(qū)地下水監(jiān)測點(diǎn)主要污染物變化趨勢

圖1 喀什地區(qū)地下水采樣點(diǎn)各污染物濃度的年變化趨勢

從表1可以看出，細(xì)河地區(qū)的污染物指標(biāo)從1970—2018年呈明顯下降趨勢，氟化物和渾濁度指標(biāo)的顯著性下降值超過-1.28，達(dá)到90%的顯著性檢驗(yàn)水平，而其他2個(gè)指標(biāo)的非線性檢驗(yàn)值低于-1.28，未通過90%顯著性檢驗(yàn)。這主要是因?yàn)榻陙?，?xì)河地區(qū)加大了對(duì)地下水資源的保護(hù)，對(duì)地下水采取了雙重控制措施，使地下水水質(zhì)改善效果更加明顯，從圖1可以看出，2010年以后，該地區(qū)各種地下水污染物指標(biāo)的濃度呈現(xiàn)出更明顯的下降趨勢，通過地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，細(xì)河地區(qū)的地下水水質(zhì)在2000年后通?？梢赃_(dá)到在III類水。

3.2 污染物濃度季節(jié)變化

結(jié)合每個(gè)季節(jié)地下水監(jiān)測點(diǎn)污染物的分析數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了不同季節(jié)污染物的變化趨勢，各季節(jié)硝酸鹽濃度化趨勢，見表2。分析了不同季節(jié)不同污染物的變化趨勢，各季節(jié)氟化物濃度變化趨勢，見圖2。

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

表2 不同季節(jié)細(xì)河地區(qū)地下水污染物變化趨勢檢驗(yàn)

從表2中可以看出，細(xì)河地區(qū)夏季各種地下水污染物的濃度呈上升趨勢，這主要是由于夏季降水量大，明顯高于其他季節(jié)，以及降雨產(chǎn)生的徑流，降水是表面污染物的主要載體， 降水增加隨著徑流進(jìn)入地下水的污染物增加是夏季增加污染物濃度的主要因素[5-6]。根據(jù)其非線性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，是否是通過了90%的顯著性檢驗(yàn)，細(xì)河地區(qū)秋冬季地下水污染物濃度呈明顯下降趨勢，但其非線性檢驗(yàn)值未通過90%顯著性檢驗(yàn)，受春季區(qū)域性面源污染的影響，其濃度有所提高。從每個(gè)季節(jié)的地下水監(jiān)測點(diǎn)的污染物濃度分析，可以知道，除了春季渾濁以外，其他指標(biāo)中污染物濃度的變化總體上是穩(wěn)定的，進(jìn)入夏季后，監(jiān)測點(diǎn)的污染物濃度變化明顯，其中氨氮，硝酸鹽的增加趨勢最為明顯，這是夏季地下水環(huán)境影響的兩個(gè)重要指標(biāo)。

而進(jìn)入秋季和冬季后，各污染指標(biāo)都呈現(xiàn)遞減變化趨勢，且趨勢度有所增加，其中氨氮和硝酸鹽的遞減趨勢最為明顯，這主要是因?yàn)檫M(jìn)入秋季和冬季后，降水減少，使得徑流有所減少，而隨著徑流進(jìn)入地下水的污染物濃度降低，使得其出現(xiàn)不同程度的環(huán)境改善[7-8]。進(jìn)入秋冬季節(jié)后，所有污染指標(biāo)均呈下降趨勢，趨勢程度有所提高，其中，氨氮和硝酸鹽的下降趨勢最為明顯，這主要是因?yàn)檫M(jìn)入秋冬季節(jié)后降水減少，導(dǎo)致徑流增加，進(jìn)入地下水的污染物濃度隨著徑流而減少，這使其在不同程度上改善了環(huán)境。

4 結(jié) 語

隨著細(xì)河地區(qū)地下水環(huán)境控制措施的加強(qiáng)，繼2010年之后，該地區(qū)各種地下水污染物指標(biāo)的濃度都出現(xiàn)了較大幅度的下降，通過對(duì)地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，細(xì)河地區(qū)的地下水水質(zhì)在2000年后可以穩(wěn)定為III類水。夏季每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)污染物濃度的增加趨勢明顯高于其他季節(jié)，其中氨氮和硝酸鹽的增加趨勢最為明顯，這是夏季地下水環(huán)境影響的兩個(gè)重要指標(biāo)，進(jìn)入秋冬季節(jié)后，所有污染指標(biāo)均呈下降趨勢，趨勢程度有所提高，其中，氨氮和硝酸鹽的下降趨勢最為明顯。文章主要分析4種污染物指標(biāo)的變化特征，在未來的研究中，應(yīng)該分析更多的指標(biāo)，例如重金屬的變化特征。