應(yīng)用雙指數(shù)法評價地下水質(zhì)量的探討——以貴陽市原行政單元為例

王 偉，向 群

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊，貴陽 550008；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局105地質(zhì)大隊，貴陽 550018）

地下水是貴州廣大農(nóng)村地區(qū)最主要的分散供水水源，地下水質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)乎農(nóng)村飲水安全問題。因此，對地下水質(zhì)量作出科學(xué)、客觀的評價，是開發(fā)、保護(hù)、規(guī)劃和管理地下水資源的重要依據(jù)。

現(xiàn)行的地下水質(zhì)量評價方法主要有內(nèi)姆羅指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)綜合評判法、模糊聚類分析法、層次分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，每種方法各有其特點。為更合理地反映地下水體的污染程度和性質(zhì)，本文擬探討的雙指數(shù)法應(yīng)用在貴陽市原行政單元的地下水質(zhì)量評價中，取得了較好的效果。

1 雙指數(shù)法原理

1.1 地下水質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)我國地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)，并參照生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93），將地下水質(zhì)量劃分為五類。Ⅰ類水主要反映地下水化學(xué)組分的天然低背景含量，適用于各種用途；Ⅱ類水主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量，適用于各種用途；Ⅲ類以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水；Ⅳ類水以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后可作生活飲用水；Ⅴ類不宜飲用，其他用水可根據(jù)使用目的選用[1]。據(jù)此，地下水質(zhì)量評價以三類水為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 雙指數(shù)法計算式

對參與地下水質(zhì)量評價的水樣測試指標(biāo)分指數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，即得到各樣品水質(zhì)綜合質(zhì)量指數(shù)，計算式：

式中：PI—地下水綜合質(zhì)量指數(shù)；Wi—權(quán)重；Ii—指標(biāo)分指數(shù)；n—水質(zhì)測試指標(biāo)數(shù)。

其中：參與地下水質(zhì)量評價的水樣測試指標(biāo)分指數(shù)計算式：

式中：Ci—第i種指標(biāo)的檢測值；Coi—地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（1）式經(jīng)加權(quán)處理后可能造成偏差與實際不符，故采用質(zhì)量指標(biāo)分指數(shù)的方差同時作為評價指標(biāo)，計算式：

式中符號意義同上。

1.3 確定權(quán)重

式中符號意義同上

1.4 地下水質(zhì)量等級劃分

（1）式反映地下水水質(zhì)中各檢測指標(biāo)的平均質(zhì)量狀況，（3）式則反映各指標(biāo)的離散程度。因此，地下水質(zhì)量等級由（1）和（3）式計算結(jié)果共同確定。

2 應(yīng)用實例

2.1 研究區(qū)概況

貴陽市地處貴州省地勢的第二級黔中高原臺面，其原行政區(qū)轄云巖、南明兩城區(qū)及烏當(dāng)、白云、花溪三郊區(qū)，總面積2 406km2。

研究區(qū)氣候溫和濕潤，年降水量在1 100mm以上，其大地構(gòu)造位置跨揚子準(zhǔn)地臺的黔北臺隆與黔南臺陷兩個四級構(gòu)造單元，構(gòu)造條件復(fù)雜。基巖地層從震旦系到白堊系均有出露，并以碳酸鹽巖類地層為主，其中三疊系地層分布最廣，其次為寒武系、泥盆系、石炭系和二疊系地層。研究區(qū)地下水類型主要為巖溶水，基巖裂隙水次之。前者按不同的含水介質(zhì)組合特征，可細(xì)化為以石灰?guī)r類為主的裂隙——溶洞水類型和以白云巖類為主的溶洞——裂隙水類型。地下水接受大氣降水補給后，受地層巖性及構(gòu)造控制，于排泄基準(zhǔn)面以泉或地下河的形式排泄，系遠(yuǎn)郊農(nóng)村最重要的分散供水水源。但近年來，隨著人類工程活動的不斷加劇，研究區(qū)地下水質(zhì)量呈下降趨勢。

2.2 數(shù)據(jù)采集

針對研究區(qū)不同地貌類型區(qū)、不同含水巖組內(nèi)出露的地下水天然露頭，采用5L聚氯乙烯容器共采集120組樣，送貴州省地礦局中心實驗室進(jìn)行水質(zhì)全分析、特殊分析和氰酚分析。其中，特殊分析樣和氰酚樣分別加了入3～5滴酸和少許氫氧化鈉作穩(wěn)定劑。

全分析樣分析項目包括pH值、游離CO2、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-、K+、Na+、Ca2、Mg2+、總硬度、總堿度、暫硬度、永久硬度、負(fù)硬度、總礦化度、NH4+、Fe2+、Fe3+、NO2-、NO3-、F-、PO43-、可溶性SiO2、耗氧量、溶解性總固體；特殊分析樣分析項目含Zn、Se、Cu、Cr6+、Pb、Hg、As、Mn、Cd；、氰酚樣分析水中的氰化物及揮發(fā)性酚。

2.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)120組水樣檢測結(jié)果，研究區(qū)地下水pH值7.1～7.5；水化學(xué)類型以HCO3-Ca、HCO3-Ca?Mg 為主，花溪麥坪等采煤區(qū)存在SO4?HCO3-Ca?Mg、HCO3?SO4-Ca等類型；總硬度檢測值在 350～430mg/L之間，但城區(qū)及其近郊的三橋、馬王廟、太慈橋、甘蔭塘、新添寨等地，部分水樣硬度檢測值超標(biāo)較普遍；“三氮”同時超標(biāo)現(xiàn)象突出，尤以城區(qū)、太慈橋、馬王廟、新添寨陽關(guān)、大山洞等地為最，且面狀趨勢明顯；SO42-檢測值在10～240mg/L之間，但三橋、馬王廟、太慈橋、甘蔭塘等區(qū)域，三疊系中統(tǒng)夾石膏的碳酸鹽巖含水層富集的地下水，水質(zhì)中該因子超標(biāo)情況較嚴(yán)重，并與地下水硬度相對應(yīng)；F檢出值在01～0.9之間，未現(xiàn)超標(biāo)情況，均為低氟水；重金屬及氰酚在城區(qū)和近郊的水樣中檢出率高，檢測值低于標(biāo)準(zhǔn)1～3個數(shù)量級，遠(yuǎn)郊地區(qū)未檢出或痕跡存在。其中，僅Mn有超標(biāo)現(xiàn)象，尤以煤系地層分布區(qū)的出露泉水，Mn含量較高。

2.4 地下水質(zhì)量評價

根據(jù)研究區(qū)水質(zhì)檢測狀況，結(jié)合貴陽社會經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)程中，影響地下水水質(zhì)的主要因素，選擇NH+、NO3、NO2、SO42-、硬度、F、Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、CN-、酚為評價指標(biāo)，對地下水質(zhì)量進(jìn)行評價。

1）確定參評因子權(quán)重：按照（4）式，參評因子權(quán)重計算結(jié)果如表1所示。

表1 參評影子權(quán)重計算結(jié)果 單位:mg/L

2）污染等級劃分：對參評因子檢測值按（2）式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到各因子污染分指數(shù)，經(jīng)（1）式加權(quán)求和后，求得個水樣質(zhì)量綜合指數(shù)，再通過（3）式，得到各采樣點質(zhì)量指標(biāo)分指數(shù)的方差，以（1）式和（3）式計算結(jié)果，對照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93），劃分出地下水污染等級，表2。

表2 地下水污染等級劃分

3）評價結(jié)果：根據(jù)地下水質(zhì)量評價結(jié)果，對地下水質(zhì)量進(jìn)行分區(qū)，表3及圖1。

表3 貴陽市地下水質(zhì)量分區(qū)

3 結(jié)論

1）結(jié)合權(quán)重的雙指數(shù)法評價模型，可以充分反映參評因子對水質(zhì)影響的差異程度，具有在數(shù)值上連續(xù)的特點，能客觀反映研究區(qū)地下水水質(zhì)狀況。

2）雙指數(shù)法計算結(jié)果以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/14848-93）中各類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為閥值劃分的地下水污染等級，具有很強的實際意義。

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