沈陽張官、 楊官地下水水質綜合評價

申一順

（沈陽建筑大學市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

0 引言

地下水對我國水資源供給起著重要作用。 據中國水資源公報統(tǒng)計[1]，在我國北方地區(qū)，由于地表水資源不足， 地下水供水量約占總供水量的36%。 地下水同樣是沈陽市的重要供水來源，2018年沈陽市地下水源供水量占總供水量的68.11%[2]。隨著我國經濟的飛速發(fā)展， 對地下水的需求量也逐漸增加，近年來，地下水污染問題越來越嚴重[3]，因此對地下水水質進行評價， 判斷地下水水質是否符合使用標準尤為重要。

地下水水質評價是根據 《地下水質量標準》GB/T 14848-2017 對地下水污染程度進行分析，評價水質是否符合飲用水要求， 為地下水資源的開發(fā)利用、管理規(guī)劃提供科學依據[4]。 目前，有多種方法應用于地下水水質評價， 這些方法各有其特點及適用范圍，也不可避免地具有局限性，許多學者對此進行了研究。 曾永等[5]認為模糊綜合評價法無法確定主要污染物， 可能會忽視有毒有害有機污染物、 重金屬等嚴重危害人體健康和生態(tài)環(huán)境的污染物的影響。 張彥波等[6]認為傳統(tǒng)的灰色關聯法評價過程缺乏規(guī)范性，計算過程不夠簡練，對于評價結果只是給出水質污染情況， 難以對水質變化趨勢進行預測等。 李茜[7]等認為人工神經網絡法在進行水質評價時，評價結果易出現均一化現象，同時其原理和計算過程不夠簡練。 龐振凌等[8]發(fā)現層次分析法的標度值可能會對評價結果造成影響，且該方法只能在現有方案中進行選擇， 不能得出新方案。 張明明等[9]認為主成分分析法分析的結果是相對值，不能辨別具體的水質類別。 吳岳玲[10]認為污染指數法在計算的過程中會采用不同的數學方法，不能準確地判斷該水體的綜合水質類別，不便于進行水體之間的水質對比。

針對沈陽市地下水現狀， 許多學者進行了研究。 李長宏[2]采用單因子指數法，評價了沈陽市地下水的整體水質狀況， 發(fā)現沈陽市地下水中菌落總數、總大腸菌群、錳、鐵等指標超標情況較嚴重。李旭春等[11]檢測、評價了沈陽渾南新區(qū)水源地的地下水水質， 發(fā)現渾南新區(qū)地下水氨氮、 錳含量超標。任彥艷[12]分析評價了沈陽市地下水的水化學特征，發(fā)現沈陽市地下水水化學類型以CⅢCa型為主。李常虹等[13]對沈陽市中北部地下水水源地水質進行了綜合評價。唐雯[14]評價了沈陽經濟區(qū)地下水水質和污染現狀， 發(fā)現地下水過度開采行為成為地下水水位動態(tài)變化的主要影響因素， 且淺層地下水普遍受到污染，并提出了地下水污染防控措施。張志全[15]分析計算了沈陽市的水資源現狀，并對水資源開發(fā)利用提出建議。

沈陽水務集團三水廠張官水源位于沈陽市沈河區(qū)榆樹苗圃內， 楊官水源位于沈陽市渾南區(qū)王家灣村。 沈陽水務集團三水廠水源作為沈陽市的重要飲用水水源地， 其水質優(yōu)劣不僅會影響凈水成本，更關系著用水居民身體健康與否，因此對其水質進行綜合評價尤為重要。 本文采用的水質檢測數據為2017 年至2019 年，橫跨3 個年份，希望通過水質綜合評價準確得出這兩處地區(qū)的地下水水質優(yōu)劣程度及近年來水質變化情況。

本文綜合采用單因子指數法、 內梅羅污染指數法和加拿大水質指數法， 研究監(jiān)測點選擇沈陽水務集團三水廠張官9 號水井及楊官1-2、 楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井，通過對所有監(jiān)測點在2017 年至2019 年的水質檢測數據進行綜合評價， 并將加拿大水質指數法與另外2 種方法進行比較，以期為地下水水質評價提供新的依據。

1 材料與方法

1.1 實驗數據

在《地下水質量標準》GB/T 14848-2017 基礎上， 采用2017 年至2019 年沈陽水務集團三水廠張官水源9 號水井、楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井水質檢測結果，檢測結果見表1。 由于檢測結果中氨氮、硫酸鹽、氯化物、耗氧量、總硬度、鐵、錳7 項指標濃度較高，具有代表性，能夠較為準確地體現地下水水質情況， 因此選取這7 項指標作為評價因子。

表1 水井水質檢測結果

1.2 研究方法

采用我國常用的單因子指數法與內梅羅污染指數法， 與國際上較為廣泛應用的加拿大水質指數法相結合， 對沈陽水務集團三水廠張官9 號水井及楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井2017 年至2019 年水質檢測數據進行綜合評價，選用氨氮、硫酸鹽、氯化物、耗氧量、總硬度、鐵、錳7項指標作為評價因子， 并將這3 種水質評價方法的優(yōu)缺點進行比較。

1.3 水質評價方法

1.3.1 單因子指數法

單因子指數法[16]以《地下水質量標準》GB/T 14848-2017 作為依據， 用水體檢測指標的檢測數據與水質量標準進行對照， 確定上述7 項檢測指標的水質類別， 選擇最差類別作為該水體水質的評價結果。

1.3.2 內梅羅污染指數法

內梅羅指數[17]是1 種計權型多因子環(huán)境質量指數， 在進行計算時兼顧了單因子指數的平均值和最高值， 并考慮了污染情況最嚴重的指標對評價結果的影響，目前應用較多。 其計算方法如下：

（1） 首先進行水質單項組分評價，參照《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）劃分上述7 項檢測指標中每項指標所屬級別分類，對各類參照表2確定單項成分評分值Fi。

表2 地下水質量評分表 [18]

（2）根據下列公式計算綜合評分值F：

式中：F為各單項成分評分值F的平均值；Fmax為各單項成分評分值Fi的最大值；n為項數。

（3）根據綜合評分值F確定水質級別，見表3。

表3 地下水質量分級表 [18]

1.3.3 加拿大水質指數法

加拿大水質指數法[19]是國際上廣泛應用于飲用水水質評價的方法，從范圍、頻率、振幅3 方面綜合評價了各個監(jiān)測點的監(jiān)測值是否達到了國家標準限值，根據下列公式計算水質指數WQI：

式中：F1為未達標水質指標的個數占總檢測指標數量的百分比（代表范圍），%；F2為未達標檢測數據個數占所有監(jiān)測數據的百分比 （代表頻率），%；F3為振幅；P為未達標水質指標的個數，個；N為水質檢測指標總數，個；q為所有水質檢測數據中未達標數據的個數，個；M為水質檢測數據總數， 個；S為未達標水質指標的檢測值偏離標準值的倍數。

對于規(guī)定了上限值的水質指標，則

對于規(guī)定了下限值的水質指標，則

式中：ci為指標檢測值，cs為該指標標準限值。

根據WQI 值劃分水質類別，見表4。

表4 水質狀況等級劃分 [20]

2 水質評價結果

采用單因子指數法、 內梅羅污染指數法及加拿大水質指數法分別對張官9 號水井、 楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井水質檢測數據進行評價，評價結果見表5。

表5 水井水質評價結果

由單因子指數法評價結果可知， 張官9 號水井、楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井水質各指標均達到地下水質量標準III 類，符合用水要求。 張官、楊官地下水中總硬度較高。

由內梅羅污染指數法評價結果可知， 張官9號水井、楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井水質評價結果均達到地下水質量標準II 類，符合用水要求，適用于各種用途。

由加拿大指數法評價結果可知， 張官9 號水井水質逐年變好； 楊官6-1 水井水質較穩(wěn)定，2017—2019 年期間水井水質沒有明顯變化。

由評價結果可知， 單因子指數法可以直觀地得出水體中各項指標超標情況， 可以用來判斷該水體水質是否符合用水需求，并作為參照，用來針對性地去除水體中濃度較高的污染物；

內梅羅污染指數法不考慮水質評價中的權重因子， 評價結果受污染情況最嚴重的指標影響較大，平均值對評價結果的影響被大大減弱，評價指數變化不明顯，在對水體水質進行分級劃分時，將綜合評分值相差較大的水體劃分到同一類別內，致使同類別水體水質相差較大；

而加拿大水質指數法采用調和平方加和法，評價指數變化較明顯， 綜合了各項指標的未達標范圍、未達標指標數量和未達標次數，能夠很好地抑制污染情況最嚴重的指標的影響， 得到一個更符合實際的結果。

只通過一種評價方法進行水質評價， 無法得出合理的評價結果， 需要結合該地區(qū)水質分布特征，選擇合理的評價方法，綜合分析各種評價方法得到的評價結果。

3 結論

（1）張官9 號水井、楊官1-2、楊官4-2、楊官5-1、楊官6-1 水井水質指標均符合要求。 張官、楊官地下水中總硬度較高。 張官9 號水井水質逐年變好；楊官6-1 水井水質較穩(wěn)定，2017—2019 年期間水井水質沒有明顯變化。

（2） 單因子指數法對水體水質的評價簡潔明了，可以確認水體中單項指標未達標情況，其最終水質類別由最差水質指標決定； 內梅羅污染指數法中污染情況最嚴重的指標對評價結果產生的影響較大，評價結果可能略低于實際水體水質情況，同類別水體水質可能相差較大； 加拿大水質指數法綜合了各項指標的未達標范圍、 未達標指標數量和未達標次數， 是一種較為綜合的水質評價方法。 □