基于非線性檢驗方法在細河地下水水質變化趨勢檢驗中的應用

張 威

(遼寧省水利事務服務中心，沈陽 110003)

1 概 述

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

細河流域地下水資源主要分布在河谷地區多為小坡河谷，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，對地下水的補給是非常有限的。

從1970到2018的地下水數據分析及地下水過程線分析來看,該區域地下水開采量變化不大,在 1094-2917萬m3，從2001-2018年，由于經濟的發展，受人為因素影響地下水動態的控制日益明顯，區域灌溉、礦山機電的數量有所增多[1],導致地下水開采數量增加快，在2917-4900萬m3。

細河流域地下水的區域和時空分布不均，山前平原和河谷平原以松散巖類孔隙水為主，補給條件和儲水條件較差。細河流域內山丘區地下水資源量與平原區地下水資源量之和，扣除山丘區與平原區地下水資源量之間的重復計算量，為細河流域地下水資源量[2-3]。

2 檢驗方法

采用非線性檢驗方法對地下水污染監測中各種污染指標的變化趨勢進行檢驗，此方法將測試數據變量序列(x1,x2,…,xn)設置為獨立于同一樣本群體，并且是獨立的，并將變量統計方法應用于測試，其可變統計方程為：

(1)

(2)

(3)

(4)

在式(1)-(4)中，S是檢驗的統計變量；xi和xj是來自同一樣本總體的不同樣本數據系列；σs是樣本檢驗的方差值；sign符號是計算符號; n是總體中的樣本數； Z是樣本測試的級別； 如果Z> 0，則表示測試樣品數據序列顯示增加的變化，Z <0，表示測試樣品數據序列顯示減少的變化，但檢驗級別的絕對值≥2.32，1.64和1.28，分別表示它們的檢查水平分別達到了99%，95%和90%。

根據1970年—2018年西河地區地下水監測點的地下水觀測數據，分析的4個主要指標為氟化物，氨氮，濁度和硝酸鹽，考慮到污染物時間分布在各個指標中的影響，從年尺度和季節尺度分析了地下水污染程度的變化趨勢[4]。

3 地下水水質變化趨勢

3.1 污染物年濃度變化

根據細河地區地下水主要監測點的污染數據，檢驗了1970年—2018年污染指標變化的趨勢，細河地區地下水監測點主要污染物變化趨勢，見表1，喀什地區地下水采樣點各污染物濃度的年變化趨勢，見圖1。

表1 細河地區地下水監測點主要污染物變化趨勢

圖1 喀什地區地下水采樣點各污染物濃度的年變化趨勢

從表1可以看出，細河地區的污染物指標從1970—2018年呈明顯下降趨勢，氟化物和渾濁度指標的顯著性下降值超過-1.28，達到90%的顯著性檢驗水平，而其他2個指標的非線性檢驗值低于-1.28，未通過90%顯著性檢驗。這主要是因為近年來，細河地區加大了對地下水資源的保護，對地下水采取了雙重控制措施，使地下水水質改善效果更加明顯，從圖1可以看出，2010年以后，該地區各種地下水污染物指標的濃度呈現出更明顯的下降趨勢，通過地下水水質標準的要求，細河地區的地下水水質在2000年后通?？梢赃_到在III類水。

3.2 污染物濃度季節變化

結合每個季節地下水監測點污染物的分析數據，檢驗了不同季節污染物的變化趨勢，各季節硝酸鹽濃度化趨勢，見表2。分析了不同季節不同污染物的變化趨勢，各季節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 不同季節細河地區地下水污染物變化趨勢檢驗

從表2中可以看出，細河地區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，以及降雨產生的徑流，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]。根據其非線性檢驗統計數據，是否是通過了90%的顯著性檢驗，細河地區秋冬季地下水污染物濃度呈明顯下降趨勢，但其非線性檢驗值未通過90%顯著性檢驗，受春季區域性面源污染的影響，其濃度有所提高。從每個季節的地下水監測點的污染物濃度分析，可以知道，除了春季渾濁以外，其他指標中污染物濃度的變化總體上是穩定的，進入夏季后，監測點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，這是夏季地下水環境影響的兩個重要指標。

而進入秋季和冬季后，各污染指標都呈現遞減變化趨勢，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，這主要是因為進入秋季和冬季后，降水減少，使得徑流有所減少，而隨著徑流進入地下水的污染物濃度降低，使得其出現不同程度的環境改善[7-8]。進入秋冬季節后，所有污染指標均呈下降趨勢，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，這主要是因為進入秋冬季節后降水減少，導致徑流增加，進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境。

4 結 語

隨著細河地區地下水環境控制措施的加強，繼2010年之后，該地區各種地下水污染物指標的濃度都出現了較大幅度的下降，通過對地下水水質標準的要求，細河地區的地下水水質在2000年后可以穩定為III類水。夏季每個監測點污染物濃度的增加趨勢明顯高于其他季節，其中氨氮和硝酸鹽的增加趨勢最為明顯，這是夏季地下水環境影響的兩個重要指標，進入秋冬季節后，所有污染指標均呈下降趨勢，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種污染物指標的變化特征，在未來的研究中，應該分析更多的指標，例如重金屬的變化特征。