阜新市地下水水質分析評價

趙雁紅

(遼寧省阜新市水文局，遼寧 阜新 123000)

水是人們賴以生存的必要條件，日常生活用水以及農業灌溉用水更是顯得尤為重要。地下水在我們的生活用水、工業用水以及農田灌溉用水等方面發揮著至關重要的作用[1]。為了預防水資源的污染、過度開采水資源引起嚴重缺水并合理化配置水資源，水質的評價分析一直被目前國內外學者認為是水資源可持續利用的重要基礎[2]。受多種自然因素和人類活動因素的綜合影響，地下水水質狀況逐漸呈現出局部區域的不均勻性和不穩定性等特征，據此很難采用單因子指數法對其進行綜合的定性評價。對水質進行評價往往具有明顯的漸變性和不確定性等特點，僅僅采用某項指標的監測結果很難對水體狀況作出準確的判別和分析。通過對研究對象的水質各項污染物質量濃度進行實際監測，并選取合理的水質等級評價標準，然后對實測結果按照模糊評價基本理論進行模糊轉化的方法，為目前地下水水質評價常用的方法[3- 5]。

阜新市位于我國遼寧省西部，占地面積約為1.04萬km2。作為沈陽市經濟快速發展、人口高度密集的區域之一，地區面積和水資源總量相對于遼寧省其他區域均處于較低水平，而該區域的經濟總量卻處于較高水平，并不豐富的水資源量維持了該區域近30年的經濟高速發展。阜新市城市生活及工農業發展的主要地下水水源有凌河、大巴、細河以及王府水源等。本文在詳細分析了阜新市地下水監測狀況的基礎上，結合實測數據資料和GB/T 14848—2017《地下水水質量標準》選取揮發酚、溶解性總固體、總硬度、Cl-、As、Cd、COD、Fe、F-等19項水質指標，然后利用拓廣的Weber-Fechner定律進行了科學、合理的評價，并分析了該區域1996—2015年的水質變化趨勢，以期為提高該區域地下水的利用效率提供參考。

1 阜新市地下監測現狀

阜新市的地貌類型屬于低山丘陵區，地勢結構表現出東南高、西北低的低的變化趨勢，全區海拔高度在48.5～831.4m之間。受河網水系的長期沖刷以及山區基巖的風化剝蝕，該區域第四系沉積物厚度在500m以上。阜新市淺層地下水主要以第Ⅰ含水層主，同時還有一定的淺層承壓水、微承壓水、潛壓水等水力特征。大氣降水是阜新市地下潛水層補給的主要來源，而地下的開采和蒸發擴散是其排泄的主要方式，并以農業季節性開采作為地下水排泄的主要途徑，同時部分地下水資源被排入水庫、河流和水塘等轉化為地表水。

本文選取阜新市境內10處地下水水質監測站點，所選取的監測站點基本能夠反映阜新市地下水的整體狀況。按照每年監測2～3次的頻率對該區域2000—2015年水質指標進行提取，各監測站點位置及地下水類型見表1。

表1 阜新市地下水水質監測站點

結合實測數據資料和GB/T 14848—2017分別選取揮發酚、溶解性總固體、總硬度、Cl-、As、Cd、COD、Fe、F-等19項水質指標，通過對各指標的綜合計算評價水質狀況。

2 拓廣Weber-Fechner定律的應用

2.1 歸一化處理

韋伯定律也可稱為韋伯率，它是指感覺的差別閾限能夠按照一定的規律特征隨著原刺激變量的改變而變化的特征。結合W-F韋伯-費希納定律可選取與地下水環境質量相關的參數，作為評價的指標，通過對綜合評價分類值UFIk以及韋伯常數α的確定得到研究區域的水質狀況[8]。

為盡可能的降低不同指標值之間的差異并按照各指標不超過一個數量級的原則，可根據指標分類標準值以及地下水水質狀況設定一個適當的參考值cj0，見表2。利用下述公式對水質初始監測數據做歸一化處理。

(1)

式中，cj0—第j項指標的參照值，取值結果見表2。

表2 地下水水質指標參照值cj0

2.2 水質評價指標的計算

阜新市地下水水質利用拓廣Weber-Fechner定律進行評價，單項指標UFIj和綜合評價指數UFI的計算公式分別如下：

UFIj=αlgxj

(2)

(3)

(4)

式中，UFIj—單項指標j的評價指數；α—對所有歸一化指標適用，并且與具體指標j無關的韋伯常數；xj—經歸一化處理后的指標值；wj—第j項指標的歸一化權值；cj、p—分別第j項指標的監測值和綜合評價指標數；Sj5—隸屬于V等級的第j項水質指標標準值。

為便于計算并使得lg(xj+1)=0，采用xj+1替代xj，并且實踐表明對評價結果不產生影響。

2.3 韋伯常數的確定

假定韋伯常數α值為1，則可選取模擬監測值為各水質指標在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級別的上限值，然后采用所述公式可求得對應于各水質等級的W-F綜合指數[8]。根據各水質類別綜合指數目標值在α為1時計算結果，通過調試α值為38.52可求得分類值UFIk，結果見表3。

表3 綜合評價指標目標值與分類值UFIk

3 阜新市地下水質評價

3.1 水質現狀評價

檢查阜新市地下水水質監測資料的合理性，并采用水質指數法進行評價，最終得到在19項評價指標下的綜合指數UFI。然后以上述計算求得的綜合評價指數分類值UFIk為依據，評價阜新市2015年的水質狀況，結果見表4。

表4 阜新市2015年地下水水質狀況評價

由表4可知，阜新市地下水水質狀態整體處于Ⅱ類，水質處于良好狀態，80%以上的監測點符合地下水Ⅲ類標準，并且適用于工農業用水以及集中式生活用水；僅有蒼土和大五家子區域的地下水水質超過Ⅲ類標準，該區域的地下水對人體健康有害，不適合作為生活用水水源。在大五家子的UFI為68.6，略高于Ⅴ類分類指標UFIk值的67.45，其中水質指標溶解性總固體、總硬度、亞硝酸和硝酸鹽氮、鉛等5項指標處于Ⅴ類等級，并以鉛和硝酸鹽類為主。蒼土地下水監測點的UFI為66.04，略低于Ⅴ類分類值的67.45，該區域主要污染物指標有氯離子、總硬度、硝酸鹽和亞硝酸鹽、總硬度指標，并以氯離子和硝酸鹽類為主。

大五家子區域地形地貌已平原和丘陵為主，其地下水水位常年處于1.7～8.02m范圍，并且呈現出一定的下降趨勢，主要超標污染物指標有鉛和硝酸鹽類，由此可認為工農業污染可能是引起該區域污染物超標的主要因素。而在蒼土區域其地下水水位相對較淺，在1.52～3.45m范圍，多年來地下水位表現出緩慢的下降趨勢，主要以氯離子和硝酸鹽類為主，據此可推測認為海水入侵時引起其污染的關鍵因素。

3.2 水質變化趨勢

采用上述方法分別對阜新市1996—2015年的地下水水質變化情況評價，結果見表5。

表5 阜新市1996—2015年水質變化UFI區間

由表5計算結果看出，阜新市50%左右的地下水水質監測站UFI在1996—2015年并未表現出顯著的變化，并且該區域地下水依舊滿足Ⅲ類的等級標準；約10%的監測站多年變化呈現出較大的變化趨勢，并存在不滿足飲用水條件的現象；其他監測點經常處于大于Ⅲ類水質的標準，并且未發生明顯改變。綜上所述，阜新市地下水水質在1996—2015年并未出現較大的變化幅度，并整體呈現出好轉的變化趨勢；除個別年份存在一定的水質下降趨勢，整體處于良好狀態[9- 10]。

4 結論

為盡可能降低不同指標值之間的差異并按照各指標不超過一個數量級的原則，本文根據指標分類標準值以及地下水水質狀況設定一個適當的參考值cj0。然后根據各水質類別綜合指數目標值在α為1時計算結果，通過調試α值為38.52可求得分類值UFIk，最終得到在19項評價指標下的綜合指數UFI，得出的主要結論如下：

(1)阜新市地下水水質狀態整體處于Ⅱ類，水質處于良好狀態，80%以上的監測點符合地下水Ⅲ類標準，并且適用于工農業用水以及集中式生活用水；僅有蒼土和大五家子區域的地下水水質超過Ⅲ類標準，該區域的地下水對人體健康有害，不適合作為生活用水水源。

(2)大五家子的UFI為68.6，略高于Ⅴ類分類指標UFIk值的67.45，其中水質指標溶解性總固體、總硬度、亞硝酸和硝酸鹽氮、鉛等5項指標處于Ⅴ類等級，并以鉛和硝酸鹽類為主。蒼土地下水監測點的UFI為66.04，略低于Ⅴ類分類值的67.45，該區域主要污染物指標有氯離子、總硬度、硝酸鹽和亞硝酸鹽、總硬度指標，并以氯離子和硝酸鹽類為主。

(3)阜新市地下水水質在1996—2015年并未出現較大的變化幅度，并整體呈現出好轉的變化趨勢；除個別年份存在一定的水質下降趨勢，整體處于良好狀態。