大連市地下水變化趨勢及分布特征研究

孫大明

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

地下水與人類生產生活密切相關，尤其在我國北方很多農村地區，地下水依然是居民生活飲用水的重要來源。隨著我國經濟社會的發展，人們對水資源的需求也日益增加，進而加大了地下水開采力度，地下水超采導致水生態環境問題頻發[1-3]，如含水層地下水疏干、有毒有害污染物通過徑流污染淺層地下水、沿海地區因地下水超采導致海水入侵等[4-5]。這些問題一方面使原本供水緊張的地區水資源更加短缺，另一方面也導致地下水水質不斷惡化，危及居民飲水安全。因此，在地下水資源的開發利用中水化學特征分析研究以及水質變化趨勢分析受到人們越來越多的關注。本文通過對大連市地下水化學特征分布進行研究，以及運用秩相關系數對地下水環境質量進行趨勢分析，為地下水資源保護、開發利用提供決策依據。

1 數據來源與分析方法

分析評價數據主要采用遼寧省水環境監測中心大連分中心長系列的地下水監測資料。分析污染物變化趨勢常用的方法為Daniel的趨勢檢驗[6]，一般采用斯皮爾曼秩相關系數分析進行Daniel趨勢檢驗，計算公式為

di=Xi-Yi

式中：n為時間序列數；Xi為周期1～n按濃度值從小到大排列的序號；Yi為按時間排列的序列。

將秩相關系數的絕對值與斯皮爾曼秩相關系數中的臨界值進行比較。當|r|>Wp時，則表明變化趨勢有顯著意義；當|r|>Wp時，則表明變化趨勢沒有顯著意義，說明在評價時段內水質變化穩定或平穩。

在地下水趨勢分析評價過程中發現，當監測數據較多時，傳統的計算方法就顯得復雜而煩瑣。如大連市地表水質量監測斷面多達58個，國家地下水監測井43處，如果對這些斷面的監測指標進行多時段變化趨勢分析，需要耗費大量的時間成本。為了減輕工作量，提高工作效率，應采用Visual FoxPro(VFP)計算機語言對Daniel趨勢檢驗進行編程。

2 程序的設計

2.1 秩相關系數臨界值表

建立秩相關系數臨界值(Wp)數據結構表(LJZ.DBF)，見表1。

表1 臨界值數據結構(LJZ.DBF)

2.2 樣本值表

建立秩相關系數多時段樣本值數據結構表(YBZ.DBF)，見表2。

表2 秩相關系數多時段樣本值數據結構(YBZ.DBF)

2.3 源程序

建立秩相關系數計算源程序ZXGXS.PRG。源程序由臨界值表數據庫(LJZ.DBF)和樣本值數據庫(YBZ.DBF)組成，需要輸入參數：樣本值個數(N)、顯著水平(α=0.05或0.01)。

2.4 運行方法及水質監測結果

運行程序時輸入2個參數時段個數(N)和顯著性水平(α)，如DO ZXGXS WITH 7，0.05，表示時段個數為7，顯著性水平采用0.05。選擇大連市地下水長系列監測資料，共16個監測點，運用編寫的VFP程序進行斯皮爾曼秩相關系數計算，時段長度為2012—2018年，顯著水平α=0.05，結果見表3。

表3 大連市16個地下水水質變化趨勢分析

大連市16個長系列地下水水質監測站中，高錳酸鹽指數呈顯著上升趨勢的斷面有2個，占全市總數的12.50%，其余監測站點無明顯變化趨勢；礦化度呈顯著上升趨勢的站點有1個，占全市總數的6.25%，呈顯著下降趨勢的站點有1個，占比為6.25%，無明顯變化趨勢的站點有14個，占比為87.50%；總硬度呈顯著上升趨勢和顯著下降趨勢站點各1個，各占6.25%，其余

站點無明顯變化趨勢；氯化物呈顯著下降趨勢的站點有1個，占比為6.25%，其余站點均無明顯變化趨勢；硝酸鹽氮呈顯著下降趨勢的站點有5個，占比為31.25%，其余站點均無明顯變化趨勢。

大連市16個地下水監測站點中，興民、付家、二十里、黃旗、蘇家、大王村、小黑石、雙臺溝、辛寨子和夏家河子水質變化平穩，參與分析的高錳酸鹽指數、礦化度、總硬度、氯化物、硝酸鹽氮5項監測指標均無明顯變化趨勢；尹家、南鴉鸕嘴和黃泥川監測站點水質變化較為平穩，參與分析的5項指標中，硝酸鹽氮呈顯著下降趨勢；四十里參與趨勢分析的5項指標中，高錳酸鹽指數呈顯著上升趨勢，硝酸鹽氮呈顯著下降趨勢；東泥河水質惡化趨勢明顯，參與分析的5項監測指標中，高錳酸鹽指數、礦化度、總硬度均呈顯著上升趨勢；北李屯監測站點水質有明顯向好的趨勢轉變，5項分析指標中，僅高錳酸鹽指數1項指標變化平穩，其余4項指標均呈顯著下降趨勢。

3 地下水分布特征研究

礦化度能夠直接反映地下水中溶解性無機礦物質的含量總和，總硬度通常代表水中鈣、鎂離子含量的總和，pH值反映的是水體酸堿程度[7]。這3項指標是衡量地下水質量優劣的重要參數，若地下水中的礦化度和總硬度過高、pH值超標時，將會對人體的健康產生一定的影響[8]。因此，本文通過對大連市礦化度、總硬度和pH值3項指標分布規律進行研究，從整體上了解大連地區地下水水質狀況。

3.1 礦化度分布

礦化度大于1g/L為高礦化度水，水的口感很差，不適宜長期飲用；礦化度在2～3g/L之間為微咸水；大于3g/L為咸水，此類水不能飲用。根據大連市地下水井的礦化度實際監測結果，全市礦化度在125～2610mg/L之間。礦化度小于1g/L的地下水面積占全市總面積的93.95%；1～2g/L之間的面積為719.26km2，占全市總面積的5.72%；大于2g/L的面積為42.46km2，占全市總面積的0.33%；全市沒有大于3g/L的地下水區。其中，礦化度大于1g/L的區域主要集中在金普新區。按流域分析，大連市英那河、湖里河和莊河流域地下水水質優良，礦化度均小于300mg/L；碧流河水庫飲用水源地附近地下水水質較好，礦化度在300～400mg/L之間，碧流河流域下游入海口附近城子坦監測井礦化度較高，為1085mg/L；大沙河和復州河流域地下水水質較好，礦化度在500～700mg/L之間。大連市整體地下水礦化度由西南地區的旅順向東北地區的莊河逐漸降低，礦化度分布情況見圖1。

圖1 大連市地下水礦化度分布情況(單位：mg/L)

3.2 總硬度分布

總硬度在150～300mg/L之間為中軟水，在300～500mg/L之間為硬水，大于500mg/L為很硬水。地下水總硬度在200～300mg/L之間比較適宜飲用，超過450mg/L則不適合飲用，并且不符合生活飲用水標準。

根據大連市地下水井的總硬度實際監測結果，全市地下水總硬度在63.2～804.0mg/L之間；總硬度大于450.0mg/L的面積為1856.20km2，占全市總面積的14.80%。總硬度超標的主要有3個區域，分別為碧流河入海口—城子坦鎮—余糧河一帶，面積為106.60km2，占全市總面積的0.85%；普蘭店鐵西街道—瓦房店元臺鎮—炮臺—復州灣一帶，面積為695.60km2，占全市總面積的5.53%；甘井子營城子街道—大連灣—金州一帶，面積為1054.00km2，占全市總面積的8.38%。按流域分析，大連市英那河、湖里河和莊河流域地下水水質優良，總硬度均小于150mg/L；碧流河流域飲用水源地地下水水質較好，大部分地區總硬度在200～300mg/L之間，大于450mg/L的區域主要分布在入海口城子坦鎮，該鎮附近無飲用水取水口，對城鎮居民用水影響不大；大沙河流域地下水總體水質較好，總硬度大于450mg/L的區域主要分布在元臺鎮，面積為97.60km2，占全市總面積的0.78%；復州河流域地下水水質較好，無總硬度大于450mg/L區域。大連市地下水總硬度分布情況與礦化度相似，也是由西南地區向東北地區逐漸減小，總硬度分布情況見圖2。

圖2 大連市地下水總硬度分布情況(單位：mg/L)

3.3 pH值分布情況

pH值在6.5～8.0之間為中性水，在5.5～6.5之間為弱酸性水，在8.0～10.0之間為弱堿性水。一般情況下，pH值在6.5～8.5之間，不影響水的使用功能。

根據大連市39眼地下水井的pH值實際監測結果，全市地下水僅有1處監測點位pH值在5.5～6.5之間，為弱酸性水，即隋家屯(2)監測斷面，pH值為6.4；其余地下水pH值均在6.5～8.5之間，符合各類用水要求。大連市有5處地下水監測井pH值在8.0～8.5之間，主要分布在碧流河流域碧流河水庫、大沙河流域劉大水庫以及英那河流域入海口附近。大連市地下水pH值分布情況見圖3。

圖3 大連市地下水pH值分布情況

4 結 語

為落實新時期中央水利工作方針、強化水資源管控、保障水安全，大連市按照第三次全國水資源調查評價要求，摸清了2000年以來地下水質量分布情況及其變化趨勢。本文基于Visual FoxPro計算機語言，采用斯皮爾曼秩相關系數的方法，對大連市地下水趨勢變化情況進行了分析，解決了對長系列數據進行趨勢變化分析時需要耗費大量時間成本的問題，極大地提高了工作效率。結果表明，大連市地下水主要以平穩變化趨勢為主；地下水整體礦化度較低；pH值主要在6.5～8.5之間，符合各類用水要求。

通過對大連市地下水分布情況及趨勢變化進行分析，及時掌握和分析評價地下水資源情勢新變化，為建立全面、系統、翔實的水資源基礎信息平臺提供了數據支撐，并在今后一個時期為形成較為規范化的滾動調查評價機制奠定了基礎。