營口地區地下水水質不同評價方法探究

王 魁

(鐵嶺市清河區自然資源事務服務中心，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 述

地下水是水資源的重要組成部分，是支撐經濟社會發展的重要自然資源[1]，是重要的供水水源和應急抗旱水源，也是維系良好生態環境的主要因素[2]。因此，加強地下水監測工作，掌握時時地下水動態，對保障用水安全以及生態安全具有十分重要的意義[3-4]。

營口地下水監測站多為2005—2010年建設，主要采用浮子式和壓力式水位計觀測，監測項目主要有水位(埋深)、水溫等要素。截至目前，大多數設備運行已超過10a，出現設備老化、傳輸信號不及時或中斷等現象，造成監測資料不連續、代表性差，可靠性及連續性不能保證。根據《國家地下水監測工程(水利部分)遼寧省初步設計報告》中建井原則，在營口市現有地下水自動監測站中選取15處作為改建井，并新建監測井23處。新建井中大石橋市新建9處、蓋州市新建10處、鲅魚圈區新建4處。2017年3月下旬—6月中旬，相繼完成土建工程及設備安裝調試工程，現在已具備運行條件。

2 地下水補給、排泄及水位動態

營口地區地下水以垂向補給為主，側向補給為輔，垂向補給主要有大氣降水入滲補給及稻田水入滲補給潛水，然后通過潛水含水層之下的弱透水層垂向越流補給下部承壓水[5]。

側向補給來源為海城河、八里河沖洪積扇后緣，直接接受河水及大氣降水的入滲補給之后，以地下徑流的方式側向補給本區地下水[6]。項目所在區域東部上游地段，上部潛水與下部承壓水具有不同的水位，但水位相差不大，一般為0.5-1.0m。西部下游地段水位相差較大，一般為1.0-1.4m，而開采區附近水位相差約為1.0-14m。它們具有統一的特征，那就是潛水水位普遍高于承壓水位。在開采區附近，潛水水位始終高于承壓水水位，但卻低于非開采區的潛水水位[7]。這說明由于現有水源受長期大量開采的影響，使其附近的潛水及微承壓水水位隨之下降，但它們之間仍有一定的水位差[8]。

深層承壓水水位，由于人工開采及補給的滯后效應，水位低峰出現在每年的4-5月，其中水源開采區影響范圍內一般為3月末—4月初。水位高峰出現在每年的8月末—9月初，滯后于高峰雨季約一個月，水位多年平均變幅約為4.32m。開采區內受人為控制變化較大。

3 評價方法

文章選擇4種水質綜合評價方法對營口地區地下水水質進行綜合評價，4種評價方法分別為改進的層次分析法、模糊數學綜合評價[9]、指標分類綜合法、F值評價法[10]，考慮文章篇幅，文章重點介紹層次分析法原理，該方法結合指標進行判定，計算公式為：

(1)

在方程中bij表示不同地下水水質指標的相對重要度。結合權重設定方程對其指標的權重進行判定，判定方程為：

(2)

在方程中Ui表示表示為各指標判定矩陣的n次方根。在權重設定的基礎上，對其權重進行檢驗，檢驗方程為：

Ic=(λmax-n)/(n-1)

(3)

在方程中λmax表示為各指標判定的最大特征解，其求解方程為：

(4)

在方程中(Bω)i表示為判定矩陣中各指標的向量特征根，n表示為綜合評價指標的數目。

在指標判定的基礎上，采用優化排序方式對其指標進行評價決策，決策方程為：

(5)

在方程中xij表示為不同指標下的屬性值；在決策矩陣計算的基礎上，還需對該矩陣進行標準化計算，計算方程為：

(6)

在決策矩陣設定的基礎上，對其指標進行排序計算，計算方程為：

(7)

4 評價結果

4.1 各指標采樣分析結果

結合遼寧營口地區地下水采樣點水質化驗數據，對主要6種指標1990-2018年的指標濃度變化過程進行分析，分析結果見圖1-6。硫酸鹽濃度歷年變化過程，見圖1；鐵濃度歷年變化過程，見圖2；氟化物濃度歷年變化過程，見圖3；總硬度濃度歷年變化過程，見圖4；硝酸鹽濃度歷年變化過程，見圖5；砷濃度歷年變化過程，見圖6。

圖1 硫酸鹽濃度歷年變化過程

圖2 鐵濃度歷年變化過程

圖3 氟化物濃度歷年變化過程

圖4 總硬度濃度歷年變化過程

圖5 硝酸鹽濃度歷年變化過程

圖6 砷濃度歷年變化過程

從各指標變化趨勢可看出，從1990-2018年，在營口地區地下水質評價指標中，硫酸鹽、硝酸鹽、鐵的濃度呈現遞增變化，砷、氟化物、總硬度這3種污染指標的濃度總體呈現遞減變化[11]，且遞減幅度有所增加，這3種指標濃度遞減變化的主因在于營口地區地區從2005年后加大對地下水質量的綜合保護，控制地下水中的重金屬以及氟化物的指標，此外通過硬水軟化的綜合措施降低地下水的總硬度指標，從而使得這3種指標濃度呈現一定的遞減變化，從圖1-6中還可看出，從2005年以后，這3種污染指標濃度相比于2005年以前，遞減幅度有所增加。而對于硫酸鹽、硝酸鹽、鐵濃度增加，主要是因為工業和生活用水量的增加，使得進入地下水的3種污染指標濃度有所增加，但從圖中可看出，3種指標在2005年以后，遞增的幅度有所減少。

4.2 各指標均值及變異度分析

結合各指標測定結果對其不同分區的濃度均值及變異系數進行分析，各分區水質濃度均值及其變異系數，見表1。

表1 各分區水質濃度均值及其變異系數

按照營口地區水資源分區對其各污染物濃度均值和變異系數進行分析，從分析結果可看出，在水資源分區II區內各污染指標濃度最高，這主要是因為這一區域主要位于地下水開采較為集中的區域，受地下水開采的影響程度較大，使得其各項污染指標的均值和變異系數高于其他幾個水資源分區。水資源分區I區主要位于營口地區的南部區域，從分析結果可看出，這一分區各污染指標濃度均值和變異系數均好于其他幾個分區，這主要是因為該分區為營口地區只要的飲用水源區，區域地下水質綜合保護程度好于其他分區，因此地下水質狀況也好于其他分區。水資源分區I區、III區主要位于營口地區的東部，從分析結果可看出，營口地區南部的地下水質狀況好于東部。

4.3 各評價方法綜合評價結果

結合4種綜合評級方法對其各分區的水質指標進行綜合確定[12]，其中鐵、總硬度、硝酸鹽 、硫酸鹽、砷、氟化物的權重設定為16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水質綜合評價結果，見表2。

*1表示為F值評價法；2表示為指標分類綜合法；3表示為模糊數學方法；4表示為改進層次分析法。

從各方法的評價結果可看出，營口地區各水質類別下的權重值分別為16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水質綜合評價結果，見表2。從對比結果可看出，改進的層次分析法更適用于營口地區的地下水質綜合評價，這主要是因為該方法可以對指標的進行綜合選優，確定各污染評價指標的最優權重值，使得其評價結果更為合理[6-7]。其次為模糊綜合數學方法，該方法主要采用數學方法對指標進行綜合判定，從營口地區地下水水質實際情況出發，各方法的適用性優先次序為：改進的層次分析法、模糊綜合數學方法、F值評價法、指標分類綜合法[13-14]。

5 結 語

從營口地區地下水水質的實際情況來看，每種方法的優選順序為：改進的層次分析法，模糊綜合數學法，F值評價法和指標分類綜合法。在營口地區人為活動集中的地區，地下水評價水平較低，應加強營口地區東部地區地下水水質的綜合保護措施，以減少硫酸鹽，硝酸鹽和鐵的含量。文章主要使用主觀方法來設置每個索引的權重，在未來的研究中，應該客觀地設置各個指標的權重，以提高評價結果的客觀性。

表2 各方法地下水水質綜合評價結果