改進的AHP方法對鲅魚圈地下水水質的分析

常秀紅

(盤山縣農業水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124100)

近年來，國內學者對區域地下水水質的綜合評價已逐步開展，并取得了一些研究成果[1]，但對于不同地區地下水水質的綜合評價結果不同，而且不同的方法在不同地區都具有其適用性，地下水是鲅魚圈地區重要的水資源，對于有效利用鲅魚圈地區的水資源非常重要，目前，由于人類活動的影響，鲅魚圈地區的地下水水質受到不同程度的影響[2- 3]，結合地下水采樣點分析的水質數據，對地下水質量進行綜合評價，提出相應的保護規劃措施，因此，本文結合該區域的地下水水質采樣和分析數據，采用改進的AHP水質評價方法[4]，分析該方法的適用性，從而對鲅魚圈地區的地下水水質綜合評估，以此來指導鲅魚圈地下水資源綜合利用規劃。

1 改進的AHP方法原理

評價方法分別為改進的AHP方法和指標分類綜合法兩種，本文主要分析改進的AHP方法原理，該方法結合指標進行判定，計算方程為：

(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)

2 研究區概述

魷魚圈的地下水水源地位于營口市西南，面積約190.4km2，西面向海，它屬于沖積平原，統計結果表明，該地區年平均氣溫為9.8°C，年平均降水量為632mm，主要集中在6—9月，占全年的73.6%，多年平均水面蒸發量為978mm，最大蒸發量集中在5—6月。流經該地區的主要河流為熊岳河和沙河，熊岳河從東向西流經楊運、陳屯、九龍地及熊岳4個鄉鎮，最后經熊岳鎮豫園子村進入渤海[5]。

3 地下水類型及富水性

3.1 松散巖類孔隙水

3.1.1淺層潛水

水量極為豐富區是分布在二道河至熊岳河口河床階地的含水層[5]，二道河至陳屯的含水層上游的巖性為礫石、卵石和中等粗砂，正紅旗的下游區域為中等粗砂及中細砂，亞黏土和亞砂土的透鏡體部分夾在含水層中，在垂直方向上，它具有粗細相間的特性，通常中粗砂包含礫石、卵石和中細砂，分布于北起蘆屯南至鑲藍旗歸州一帶，主要由山前的沖積物組成。

水量中等區的含水層主要分布在歸州地區和熊岳平原的北鹽廠，歸州的含水層約1m深，鹽廠區是一個小山前洼地，含水層巖性為粗砂，埋深約3m，水域較差，含水層主要分布在熊岳河支流河谷及其上游中，含水層的埋藏深度小于1m。

3.1.2淺層微承壓水

主要分布在陳家屯段和紅旗鋪段，含水層分布在坡洪積扇裙中，巖性為中粗砂礫，只有1層，頂板埋藏約13m深，裸露的厚度為7m左右，埋深約為6m，紅旗堡段為含水層分布在山前坡洪積扇裙中，巖性為粗砂、細砂和次黏土夾層，含水層可以達到5層，頂板深度約為6m，單層厚度為0.5～1.5m，裸露出約4m的總厚度，埋在3m左右。

3.2 基巖裂隙水

該區內基巖以中生代的侵入巖為主，巖性為各類花崗巖，故主要以塊狀巖類裂隙水為主，由于花崗巖結構緊密，所以其富水性是較差的[6]。區域內出現的泉，其流量大都小于10t/d，只有在斷裂或不同巖性接觸帶處，其流量才可能較大。

3.3 地下水補徑排特征

3.3.1地下水的補給作用

(1)大氣降水的滲入補給

在研究區域，巖性主要是中粗砂和細粒砂，亞黏土和亞砂土透鏡體被部分夾在中間[7]，大氣降水和入滲條件良好，降水入滲系數可達0.30～0.35，其他地區的巖性具有粗細相間的結構特性，它由亞黏土、砂和礫石組成，且屬熊岳平原，地勢較為平坦，地表徑流相對緩慢，降水入滲系數為0.25～0.30，并由東向西逐漸減小。

(2)河流的補給作用

熊岳河補給地下水是研究區重要的補給方法之一[8]，研究區的熊岳河屬于該河的中下游，河床比降下降較小，有利于河水補給地下水。河床的底部相對較厚，直接與含水層接觸。地下水水位與河流水位密切相關，在大多數情況下，地下水水位高于河流水位，形成比降補給作用，僅在高水期的某些時期，河水水位高于地下水水位，對地下水形成補給作用[9]。

(3)井灌回歸補給

研究區有種植很多果樹，而葡萄樹是主要的果木之一，葡萄藤在一年的生長期需要大量的水，當地的果農使用自己的地下水井進行灌溉，研究區有很多這樣的井，在井灌高峰時，井灌回歸補給也是該地區地下水回灌的重要組成部分[10]。

3.3.2地下水徑流

研究區的徑流方向相對簡單，主要是從東部山前高水位到西部海岸低水位的徑流[11]，水力梯度約為1/1200。

4 研究區地下水評價

4.1 取樣分析

結合鲅魚圈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，分析結果如圖1所示。

從各項指標的變化趨勢可以看出，從1990—2018年，鲅魚圈地區地下水水質評價指標中硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度變化不斷增加，砷、氟、總硬度3種指標的濃度呈逐漸變化的趨勢，下降幅度增大。這3個指標的濃度變化下降的主要原因是，

圖1 1990—2018年鲅魚圈地區地下水水質主要評價指標變化過程

鲅魚圈地區自2005年以來加強了對地下水水質的綜合保護，并控制了地下水中重金屬和氟化物的指標[12]，另外，通過硬水軟化的綜合措施降低了地下水的總硬度指數，因此這3個指標的濃度呈現出一定的下降趨勢，從圖1中還可以看出，2005年之后，這3個污染指標的濃度都與2005年進行了比較。硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度增加主要是由于工業和家庭用水量的增加，增加了這3個污染指標在地下水中的濃度，但是，從圖1中可以看出，這3個指標在2005年以后，增幅有所下降。

4.2 各指標均值及變異度分析

基于每個指標測定的結果，分析了不同分區的濃度平均值和變化系數。分析結果見表1。

按照鲅魚圈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

表1 鲅魚圈地區各分區水質濃度均值及其變異系數

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區主要位于鲅魚圈的南部區域，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鲅魚圈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區主要位于鲅魚圈的東部，從分析結果可看出，鲅魚圈南部的地下水質狀況好于東部。

根據鲅魚圈地區水資源分區，分析各污染物濃度的平均值和變異系數。從分析結果可以看出，水資源的Ⅱ區中各種污染指標的濃度最高，主要是因為該區域主要位于地下水開采中，濃度較高的區域受地下水開采的影響更大，這意味著每個污染指數的變異系數都高于其他幾個水資源帶。水資源分區Ⅰ主要位于鲅魚圈南部。從分析結果可以看出，該分區中各污染指數的平均濃度和變異系數要好于其他分區。這主要是因為該分區僅在鲅魚圈需要飲用，水源地區的地下水水質綜合保護程度優于其他分區，因此地下水水質也優于其他分區。第一和第三水資源區主要位于鲅魚圈東部。從分析結果可以看出，鲅魚圈南部地區的地下水水質優于東部地區。

4.3 評價結果

該評級方法對其各分區的水質指標進行綜合確定，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%。見表2。

表2 兩種方法地下水水質綜合評價結果

注：1表示為模糊數學方法；2表示為改進AHP方法。

從兩種方法的評價結果可看出，改進的AHP方法更適用于鲅魚圈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。

5 結語

從鲅魚圈地區地下水水質實際評價結果來看，采用改進的AHP方法更加適合該地區，但是由于該地區人類活動較為集中的區域，其地下水評價等級相對較低，應重點加大對鲅魚圈東部地區地下水質的綜合保護措施力度，降低硫酸鹽、硝酸鹽、鐵指標的濃度等，另外在以后的研究中還應對各指標權重進行客觀設定，以便提高評價結果的客觀性。