基于非线性检验方法在细河地下水水质变化趋势检验中的应用

张 威

(辽宁省水利事务服务中心，沈阳 110003)

1 概 述

细河发源于阜蒙县扎兰营子乡骆驼山[1]，境内河长86km，境内流域面积为2284 km2，于义县复兴堡入大凌河。细河流域主要是新生代第四纪沉积物的岩性砂砾石，该区域位于丘陵地区，地下水补给、径流条件较好；在王府、红帽子一带的第四纪沉积含水层厚度为5 - 20m，主要岩性为砂砾石、粗砂，是阜新市重要水源地之一。

细河流域地下水资源主要分布在河谷地区多为小坡河谷，呈树枝状分布，沉积物主要为砂砾石，第四系含水层厚度通常在2-20 m，多为汛期河流，对地下水的补给是非常有限的。

从1970到2018的地下水数据分析及地下水过程线分析来看,该区域地下水开采量变化不大,在 1094-2917万m3，从2001-2018年，由于经济的发展，受人为因素影响地下水动态的控制日益明显，区域灌溉、矿山机电的数量有所增多[1],导致地下水开采数量增加快，在2917-4900万m3。

细河流域地下水的区域和时空分布不均，山前平原和河谷平原以松散岩类孔隙水为主，补给条件和储水条件较差。细河流域内山丘区地下水资源量与平原区地下水资源量之和，扣除山丘区与平原区地下水资源量之间的重复计算量，为细河流域地下水资源量[2-3]。

2 检验方法

采用非线性检验方法对地下水污染监测中各种污染指标的变化趋势进行检验，此方法将测试数据变量序列(x1,x2,…,xn)设置为独立于同一样本群体，并且是独立的，并将变量统计方法应用于测试，其可变统计方程为：

(1)

(2)

(3)

(4)

在式(1)-(4)中，S是检验的统计变量；xi和xj是来自同一样本总体的不同样本数据系列；σs是样本检验的方差值；sign符号是计算符号; n是总体中的样本数； Z是样本测试的级别； 如果Z> 0，则表示测试样品数据序列显示增加的变化，Z <0，表示测试样品数据序列显示减少的变化，但检验级别的绝对值≥2.32，1.64和1.28，分别表示它们的检查水平分别达到了99%，95%和90%。

根据1970年—2018年西河地区地下水监测点的地下水观测数据，分析的4个主要指标为氟化物，氨氮，浊度和硝酸盐，考虑到污染物时间分布在各个指标中的影响，从年尺度和季节尺度分析了地下水污染程度的变化趋势[4]。

3 地下水水质变化趋势

3.1 污染物年浓度变化

根据细河地区地下水主要监测点的污染数据，检验了1970年—2018年污染指标变化的趋势，细河地区地下水监测点主要污染物变化趋势，见表1，喀什地区地下水采样点各污染物浓度的年变化趋势，见图1。

表1 细河地区地下水监测点主要污染物变化趋势

图1 喀什地区地下水采样点各污染物浓度的年变化趋势

从表1可以看出，细河地区的污染物指标从1970—2018年呈明显下降趋势，氟化物和浑浊度指标的显著性下降值超过-1.28，达到90%的显着性检验水平，而其他2个指标的非线性检验值低于-1.28，未通过90%显著性检验。这主要是因为近年来，细河地区加大了对地下水资源的保护，对地下水采取了双重控制措施，使地下水水质改善效果更加明显，从图1可以看出，2010年以后，该地区各种地下水污染物指标的浓度呈现出更明显的下降趋势，通过地下水水质标准的要求，细河地区的地下水水质在2000年后通常可以达到在III类水。

3.2 污染物浓度季节变化

结合每个季节地下水监测点污染物的分析数据，检验了不同季节污染物的变化趋势，各季节硝酸盐浓度化趋势，见表2。分析了不同季节不同污染物的变化趋势，各季节氟化物浓度变化趋势，见图2。

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

春季

夏季

秋季

冬季

表2 不同季节细河地区地下水污染物变化趋势检验

从表2中可以看出，细河地区夏季各种地下水污染物的浓度呈上升趋势，这主要是由于夏季降水量大，明显高于其他季节，以及降雨产生的径流，降水是表面污染物的主要载体， 降水增加随着径流进入地下水的污染物增加是夏季增加污染物浓度的主要因素[5-6]。根据其非线性检验统计数据，是否是通过了90%的显著性检验，细河地区秋冬季地下水污染物浓度呈明显下降趋势，但其非线性检验值未通过90%显著性检验，受春季区域性面源污染的影响，其浓度有所提高。从每个季节的地下水监测点的污染物浓度分析，可以知道，除了春季浑浊以外，其他指标中污染物浓度的变化总体上是稳定的，进入夏季后，监测点的污染物浓度变化明显，其中氨氮，硝酸盐的增加趋势最为明显，这是夏季地下水环境影响的两个重要指标。

而进入秋季和冬季后，各污染指标都呈现递减变化趋势，且趋势度有所增加，其中氨氮和硝酸盐的递减趋势最为明显，这主要是因为进入秋季和冬季后，降水减少，使得径流有所减少，而随着径流进入地下水的污染物浓度降低，使得其出现不同程度的环境改善[7-8]。进入秋冬季节后，所有污染指标均呈下降趋势，趋势程度有所提高，其中，氨氮和硝酸盐的下降趋势最为明显，这主要是因为进入秋冬季节后降水减少，导致径流增加，进入地下水的污染物浓度随着径流而减少，这使其在不同程度上改善了环境。

4 结 语

随着细河地区地下水环境控制措施的加强，继2010年之后，该地区各种地下水污染物指标的浓度都出现了较大幅度的下降，通过对地下水水质标准的要求，细河地区的地下水水质在2000年后可以稳定为III类水。夏季每个监测点污染物浓度的增加趋势明显高于其他季节，其中氨氮和硝酸盐的增加趋势最为明显，这是夏季地下水环境影响的两个重要指标，进入秋冬季节后，所有污染指标均呈下降趋势，趋势程度有所提高，其中，氨氮和硝酸盐的下降趋势最为明显。文章主要分析4种污染物指标的变化特征，在未来的研究中，应该分析更多的指标，例如重金属的变化特征。