营口地区地下水水质不同评价方法探究

王 魁

(铁岭市清河区自然资源事务服务中心，辽宁 铁岭 112003)

1 概 述

地下水是水资源的重要组成部分，是支撑经济社会发展的重要自然资源[1]，是重要的供水水源和应急抗旱水源，也是维系良好生态环境的主要因素[2]。因此，加强地下水监测工作，掌握时时地下水动态，对保障用水安全以及生态安全具有十分重要的意义[3-4]。

营口地下水监测站多为2005—2010年建设，主要采用浮子式和压力式水位计观测，监测项目主要有水位(埋深)、水温等要素。截至目前，大多数设备运行已超过10a，出现设备老化、传输信号不及时或中断等现象，造成监测资料不连续、代表性差，可靠性及连续性不能保证。根据《国家地下水监测工程(水利部分)辽宁省初步设计报告》中建井原则，在营口市现有地下水自动监测站中选取15处作为改建井，并新建监测井23处。新建井中大石桥市新建9处、盖州市新建10处、鲅鱼圈区新建4处。2017年3月下旬—6月中旬，相继完成土建工程及设备安装调试工程，现在已具备运行条件。

2 地下水补给、排泄及水位动态

营口地区地下水以垂向补给为主，侧向补给为辅，垂向补给主要有大气降水入渗补给及稻田水入渗补给潜水，然后通过潜水含水层之下的弱透水层垂向越流补给下部承压水[5]。

侧向补给来源为海城河、八里河冲洪积扇后缘，直接接受河水及大气降水的入渗补给之后，以地下径流的方式侧向补给本区地下水[6]。项目所在区域东部上游地段，上部潜水与下部承压水具有不同的水位，但水位相差不大，一般为0.5-1.0m。西部下游地段水位相差较大，一般为1.0-1.4m，而开采区附近水位相差约为1.0-14m。它们具有统一的特征，那就是潜水水位普遍高于承压水位。在开采区附近，潜水水位始终高于承压水水位，但却低于非开采区的潜水水位[7]。这说明由于现有水源受长期大量开采的影响，使其附近的潜水及微承压水水位随之下降，但它们之间仍有一定的水位差[8]。

深层承压水水位，由于人工开采及补给的滞后效应，水位低峰出现在每年的4-5月，其中水源开采区影响范围内一般为3月末—4月初。水位高峰出现在每年的8月末—9月初，滞后于高峰雨季约一个月，水位多年平均变幅约为4.32m。开采区内受人为控制变化较大。

3 评价方法

文章选择4种水质综合评价方法对营口地区地下水水质进行综合评价，4种评价方法分别为改进的层次分析法、模糊数学综合评价[9]、指标分类综合法、F值评价法[10]，考虑文章篇幅，文章重点介绍层次分析法原理，该方法结合指标进行判定，计算公式为：

(1)

在方程中bij表示不同地下水水质指标的相对重要度。结合权重设定方程对其指标的权重进行判定，判定方程为：

(2)

在方程中Ui表示表示为各指标判定矩阵的n次方根。在权重设定的基础上，对其权重进行检验，检验方程为：

Ic=(λmax-n)/(n-1)

(3)

在方程中λmax表示为各指标判定的最大特征解，其求解方程为：

(4)

在方程中(Bω)i表示为判定矩阵中各指标的向量特征根，n表示为综合评价指标的数目。

在指标判定的基础上，采用优化排序方式对其指标进行评价决策，决策方程为：

(5)

在方程中xij表示为不同指标下的属性值；在决策矩阵计算的基础上，还需对该矩阵进行标准化计算，计算方程为：

(6)

在决策矩阵设定的基础上，对其指标进行排序计算，计算方程为：

(7)

4 评价结果

4.1 各指标采样分析结果

结合辽宁营口地区地下水采样点水质化验数据，对主要6种指标1990-2018年的指标浓度变化过程进行分析，分析结果见图1-6。硫酸盐浓度历年变化过程，见图1；铁浓度历年变化过程，见图2；氟化物浓度历年变化过程，见图3；总硬度浓度历年变化过程，见图4；硝酸盐浓度历年变化过程，见图5；砷浓度历年变化过程，见图6。

图1 硫酸盐浓度历年变化过程

图2 铁浓度历年变化过程

图3 氟化物浓度历年变化过程

图4 总硬度浓度历年变化过程

图5 硝酸盐浓度历年变化过程

图6 砷浓度历年变化过程

从各指标变化趋势可看出，从1990-2018年，在营口地区地下水质评价指标中，硫酸盐、硝酸盐、铁的浓度呈现递增变化，砷、氟化物、总硬度这3种污染指标的浓度总体呈现递减变化[11]，且递减幅度有所增加，这3种指标浓度递减变化的主因在于营口地区地区从2005年后加大对地下水质量的综合保护，控制地下水中的重金属以及氟化物的指标，此外通过硬水软化的综合措施降低地下水的总硬度指标，从而使得这3种指标浓度呈现一定的递减变化，从图1-6中还可看出，从2005年以后，这3种污染指标浓度相比于2005年以前，递减幅度有所增加。而对于硫酸盐、硝酸盐、铁浓度增加，主要是因为工业和生活用水量的增加，使得进入地下水的3种污染指标浓度有所增加，但从图中可看出，3种指标在2005年以后，递增的幅度有所减少。

4.2 各指标均值及变异度分析

结合各指标测定结果对其不同分区的浓度均值及变异系数进行分析，各分区水质浓度均值及其变异系数，见表1。

表1 各分区水质浓度均值及其变异系数

按照营口地区水资源分区对其各污染物浓度均值和变异系数进行分析，从分析结果可看出，在水资源分区II区内各污染指标浓度最高，这主要是因为这一区域主要位于地下水开采较为集中的区域，受地下水开采的影响程度较大，使得其各项污染指标的均值和变异系数高于其他几个水资源分区。水资源分区I区主要位于营口地区的南部区域，从分析结果可看出，这一分区各污染指标浓度均值和变异系数均好于其他几个分区，这主要是因为该分区为营口地区只要的饮用水源区，区域地下水质综合保护程度好于其他分区，因此地下水质状况也好于其他分区。水资源分区I区、III区主要位于营口地区的东部，从分析结果可看出，营口地区南部的地下水质状况好于东部。

4.3 各评价方法综合评价结果

结合4种综合评级方法对其各分区的水质指标进行综合确定[12]，其中铁、总硬度、硝酸盐 、硫酸盐、砷、氟化物的权重设定为16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水质综合评价结果，见表2。

*1表示为F值评价法；2表示为指标分类综合法；3表示为模糊数学方法；4表示为改进层次分析法。

从各方法的评价结果可看出，营口地区各水质类别下的权重值分别为16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水质综合评价结果，见表2。从对比结果可看出，改进的层次分析法更适用于营口地区的地下水质综合评价，这主要是因为该方法可以对指标的进行综合选优，确定各污染评价指标的最优权重值，使得其评价结果更为合理[6-7]。其次为模糊综合数学方法，该方法主要采用数学方法对指标进行综合判定，从营口地区地下水水质实际情况出发，各方法的适用性优先次序为：改进的层次分析法、模糊综合数学方法、F值评价法、指标分类综合法[13-14]。

5 结 语

从营口地区地下水水质的实际情况来看，每种方法的优选顺序为：改进的层次分析法，模糊综合数学法，F值评价法和指标分类综合法。在营口地区人为活动集中的地区，地下水评价水平较低，应加强营口地区东部地区地下水水质的综合保护措施，以减少硫酸盐，硝酸盐和铁的含量。文章主要使用主观方法来设置每个索引的权重，在未来的研究中，应该客观地设置各个指标的权重，以提高评价结果的客观性。

表2 各方法地下水水质综合评价结果