鄭州市淺層地下水質量評價

張盼盼

摘要[目的]評價鄭州市淺層地下水質量。[方法]以鄭州市區為研究范圍，對其淺層地下水質量進行評價。利用中原城市群地下水污染調查所取得的大量實測數據，采用檢出法和超標法對鄭州市淺層地下水質量進行初步評價，并運用改進的權重集對分析法對其進行綜合評價。[結果]鄭州市淺層地下水質量整體較好，大部分采樣點水質達Ⅲ級，近污染源的2個采樣點水質達Ⅳ級，不符合飲用水標準；改進的集對分析方法簡單實用，結果合理，能夠較好地對地下水水質進行評價。[結論]該研究對鄭州市市轄區供需水以及城鎮用水安全具有一定的指導意義。

關鍵詞 鄭州市；淺層地下水；地下水質量評價

中圖分類號 TV211.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）02-0070-03

Abstract[Objective] To evaluate shallow groundwater quality in Zhengzhou City.[Method] The study is mainly on the shallow groundwater quality evaluation about the urban area of Zhengzhou. Based on the survey data of groundwater pollution in the Zhongyuan Urban Agglomeration，the preliminary evaluation of shallow groundwater quality in Zhengzhou City is using the detection method and the superstandard method，and using the improved weighted set pair analysis method evaluate it comprehensively.[Result] The results showed generally speaking，the quality of shallow groundwater in Zhengzhou City is good，the water quality of most sampling points has reached Grade Ⅲ，the water quality of the two sampling points near the pollution source has reached Grade Ⅳ which does not meet the drinking water standard；The improved set pair analysis method is simple，practical and reasonable，which can be used to evaluate the groundwater quality.[Conclusion] This study has instructive significance to the Zhengzhou City area supply and demand of water and urban water security issues.

Key words Zhengzhou City；Shallow groundwater；Groundwater quality evaluation

地下水水質評價主要是根據水體中主要物質成分指標，利用科學的方法分析確定地下水的水質狀況，與國家制訂的水質標準進行對比，從而確定地下水等級，明確水質是否符合其用途要求。地下水水質評價在水資源評價及其合理開發利用管理中是一項十分重要的任務，可為水資源開發利用管理及后續城鎮發展提供重要依據。

鄭州市位于黃河下游地區。近年來，隨著黃河水源不斷減少、水質不斷惡化[1]，地下水已逐漸成為其主要供水水源，在城市供水中占70%以上。地下水大規模的開發利用引發了諸如地面沉降、地下水污染等一系列水文地質問題，尤其是地下水污染問題突出，愈演愈烈，已經成為制約鄭州市社會經濟發展的瓶頸。鄭州市淺層含水巖組由沖積含礫中粗砂、中砂、中細砂、細砂組成，具有明顯的下粗上細“二元結構”，富水性極強。相關資料表明，目前鄭州市屬嚴重

的淺層地下水超采區，引發了區域地下水流場的顯著變化。隨著鄭州市社會經濟的飛速發展，各類污染物通過各種途徑侵入淺層地下水系統，導致該地區淺層地下水出現了不同程度的污染現象。為了實現鄭州市地下水資源的可持續開發利用，對其地下水質量進行科學評價顯得尤為重要。筆者以鄭州市淺層地下水為研究對象，對其質量進行綜合評價，以確定地下水的污染現狀，以期為鄭州市城區淺層地下水合理開采規劃和開發利用提供決策依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置 依據鄭州市水文地質條件、土地利用狀況，選擇具有代表性的24個淺層地下水井點為采樣點，采樣密度為每300 km21個點，采樣時間為平水期。采樣點分布狀況見圖1。

1.2 測試指標

測試指標為91項，包括現場物理化學指標7項：氣溫、水溫、溶解氧、濁度、電導率、pH、氧化還原電位（ORP）；物理性質指標4項：色度、口味、氣味、肉眼可見物；無機物指標39項：溶解性總固體、總硬度、總堿度、總酸度、偏硅酸、游離CO2、鎘、碘、鋅、硒、銅、砷、汞、銀、鉻（Ⅵ）、鉛、錳、鋁、揮發酚、氰化物、亞硝酸鹽、耗氧量、陽離子（K+、Na+、Ca2+ 等）、陰離子（Cl-、SO4-、HCO3-等）；有機物指標41項：氯乙烯、1，1-二氯乙烯、二氯甲烷、環戊烷、1，2-二氯乙烯（反）、甲基叔丁基醚、1，2-二氯乙烯（順）、三氯甲烷、1，1，1-三氯乙烷、四氯化碳、1，2-二氯乙烷、苯、三氯乙烯、1，2-二氯丙烷、溴二氯甲烷、順-1，3-二氯丙稀、甲苯、1，1，2-三氯乙烷、四氯乙烯、二溴一氯甲烷、氯苯、1，1，1，2-四氯乙烷、乙苯、鄰二甲苯、正丙苯等。

1.3 評價方法

地下水質量綜合評價方法主要有內梅羅指數法[2-3]、灰色聚類法[4-5]、模糊評價法[6]、物元分析方法[7]、集對分析法[8-9]等。集對分析是處理系統確定性與不確定性相互作用的數學理論，操作簡便、實用性高，結果更穩定、客觀，且分辨率高。由我國學者趙克勤于1989年提出，并在多個領域得到廣泛應用[10-11]。筆者利用改進的權重集對分析法對鄭州市淺層地下水的水質進行評價。評價步驟：①將各監測點各評價因子與評價標準組成一個集對；②計算不同監測點的各評價因子對各級別之間的聯系度；③計算各監測點的平均聯系度；④根據平均聯系度，由平均聯系度最大者所對應的級別來確定最終的評價級別。

1.3.1 權重的確定。

在水質評價中，涉及的影響因素和指標很多，且這些指標之間通常又分為不同的層次和類別，關系比較復雜。為了減小主客觀賦權法對水質評價產生的影響，使得評價因子的權重更合理，筆者采用熵值法和層次分析法分別計算權重，然后將二者組合得到最終權重。

1.3.1.1 熵值法。

熵值法是一種客觀賦權方法，它通過計算指標的信息熵，根據指標的相對變化程度對系統整體的影響來決定指標的權重。熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小；信息量越小，不確定性越大，熵也越大。主要包括以下5步：評價指標標準化處理、計算標準值在指標下的權重、計算指標熵值、計算指標的差異性因素、計算熵權。

1.3.1.2 層次分析法。

層次分析法是評價復雜系統有效的簡便方法。首先，把要解決的問題分層系列化，形成一個遞階、有序的層次結構模型。然后，依據人們對客觀現實的判斷給予定量表示，確定每一層次全部因素相對重要性次序的權值。最后，通過綜合計算各層因素相對重要性的權值，得到最低層相對于最高層的相對重要性的組合權重，以此作為評價方案依據。

2 結果與分析

2.1 檢測結果

地下水質量評價指標選擇與人類生產生活密切相關的27項物理性質和無機物指標，即色、嗅、味、渾濁度、肉眼可見物、pH、總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅、揮發性酚類、高錳酸鹽指數、亞硝酸鹽、氨氮、氟化物、碘化物、氰化物、汞、砷、硒、鎘、鉻、鉛。各指標質量級別限值依據GB/T 14848—93地下水質量標準。

地下水質量單指標評價按指標值所在的指標限值區間確定地下水質量類別，不同地下水質量類別的指標限值相同時，從優不從劣。采用檢出法和超標法進行初步評價，總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、揮發酚、錳、亞硝酸鹽對水質影響較大，以這6個指標組成評價指標集，進行水質綜合評價。

2.2 評價結果 運用熵值法計算各評價指標的客觀權重，利用層次分析法計算各指標的主觀權重，將二者結合得到組合權重，計算結果見表1。

根據集對分析法，對24個采樣點的總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、亞硝酸鹽、錳、揮發酚6個因子進行評價，綜合評價結果見表2。

由表2可知，24個采樣點中有8個采樣點的水質達到 Ⅱ級，占總采樣點數的33.3%；14個采樣點的水質達Ⅲ級，占總采樣點數的58.4%，可見，大部分地區水質符合國家規定的生活飲用水衛生標準Ⅲ級以上。因此，鄭州市的淺層地下水水質整體處于較好狀態。Q8、Q20 這2個采樣點的水質達Ⅳ級，占總采樣點數的8.3%，水質較差，不符合飲用水標準。

3 結論

利用改進的集對分析法評價鄭州市的淺層地下水水質，將層次分析法和熵值法相結合得到評價指標的組合權重，不僅反映了決策人員對各指標的主觀信息，還兼顧到客觀的數學方法，得到的權重更加合理、可靠。經過實例計算，改進后的集對分析法概念清晰，計算簡單，評價結果直觀準確可靠，信息利用率高。經評價，鄭州市淺層地下水質量總體較好，個別取樣點水質較差。對于水質等級較差的地下水，需進一步查明導致水質指標超標的因素，采取相應的措施，防止污染擴散，保證地下水系統的完整性。

參考文獻

[1] 林學鈺，廖資生，石欽周.黃河下游傍河開采地下水研究：以鄭州-開封間黃河段為例[J].吉林大學學報（地球科學版），2003，33（4）：495-502.

[2] 寇文杰，林健，陳忠榮，等.內梅羅指數法在水質評價中存在問題及修正[J].南水北調與水利科技，2012，10（4）：39-41，47.

[3] 關云鵬.利用內梅羅指數法模型評價地下水水質的探討[J].山西水利科技，2012（1）：81-84.

[4] 李勇，劉德深，陳曉波.灰色聚類法在地表水水質評價中的問題探討[J].科技信息，2009（11）：21-23.

[5] 沃飛，陳效民，吳華山，等.灰色聚類法對太湖地區農村地下水水質的評價[J].安全與環境學報，2006，6（4）：38-41.

[6] 郝漢舟，靳孟貴，汪丙國.河南省淺層地下水質量評價[J].江西農業大學學報，2007，29（4）：655-659，674.

[7] 周清鋒，蔣波.物元分析方法在蘇州淺層地下水質量評價中的應用[J].地質學刊，2012，36（1）：80-85.

[8] 邱林，唐紅強，陳海濤，等.集對分析法在地下水水質評價中的應用[J].節水灌溉，2007（1）：13-15.

[9] 李培月，吳健華.熵權集對分析法在地下水水質評價中的應用[J].寧夏工程技術，2010，9（1）：64-67.

[10] 趙克勤.集對分析與熵的研究[J].浙江大學學報（社會科學版），1992（2）：68-75.

[11] 趙克勤.試論集對分析與模糊數學的關系[C]//曹炳元.模糊數學和系統成果會論文集.長沙：湖南科學技術出版社，1991：2.