辽河流域平原区地下水质量与分布特征分析

那 娜

(辽宁省抚顺水文局，辽宁 抚顺 113015)

1 区域概况

辽河流域地形地貌复杂，主要以低山区、低山丘陵区、平原区为主，其中低山丘陵区植被覆盖率较高，地势整体由西南向北方向呈明显的阶梯式下降趋势，不同区域地势高差介于216～840m区间。流域全长约1345km，占地面积约22.11万km2，属于半干旱半湿润气候过渡区，多年平均降雨量为320～860mm，其中60%以上发生6—9月。冬冷干燥，夏季多雨炎热，全年降雨量和流经量分布不均匀，其中西部径流面积较大。流域内各支流纵横交错、蜿蜒曲折，主要支流有老何哈、浑河、太子河、柴河等[1]。

辽河流域平原区工业发展充分，畜牧业和农林业发展迅速，不仅是我国的粮食基地，而且属于东北地区工业发展中心区域，并属于农业和自然生态和谐发展区。近年来，随着平原区域人口的快速增长、城镇化规模的扩张以及大量的油、气、煤炭等资源的开采利用，地下水环境问题日趋严峻，并已成为威胁该区域城镇发展与引水安全的主要因素。因此，本文以该区域2015年地下水样全分析数据资料为基础，通过利用不同的评价方法评价地下水质量状况及分布特征，以期为相关部门制定地下水污染防控措施及合理开发利用制定提供一定参考[2- 4]。

2 地下水质量评价

对辽河流域平原区地下水质量分别采用模糊综合法、单指标因素法、层级阶梯法以及内梅罗指数法进行客观、科学的评价，为进一步提高评价结果的准确性与可靠性，利用综合加权平均法进行了最终的评判[5]。

2.1 数据收集与评价指标

委托地下水环境监测中心分别对辽河流域平原区52组地下水水样进行微量元素的检测和水质的全分析，其中参与评价的指标应具有分类标准且能够被检出，主要包括COD、TDS、TH、Na+、Mg2+、Cl-、I、F-、Mo、Pb等18项典型指标。评价指标限值以国内外相关水质标准、GB/T 14848—2017《地下水质量标准》以及GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》为依据确定。

2.2 各评价方法简介

单指标评价法是对水体综合水质类别按照最差水质的单项指标所属类别进行评判的方法，即以GB/T 14848—2017为基础通过对比各类指标测试结果得到相应水质类别，然后将该水样的水质类别按照最差水质进行确定[6]。

内梅罗指数法是在实际评价中利用所选参数的污染指数及评分准则，通过对比分析标准准则与污染指数的差值确定水质类别的方法，其计算方法为：

(1)

(2)

模糊综合评价法是利用模糊数学理论计算隶属度确定水质类型的方法，即在考虑各污染因子对水体危害作用程度的基础上，分析水体环境与污染因子之间的非线性复杂关系。污染因子权重越大则对水体的危害程度越高，因此在隶属度复合运算与权重计算时存在4种不同类型的算子，分别为加权平均型、主因素突出型、主因素决定型以及不均匀平衡型算子。而加权平均型是考虑了所有参评指标对水体危害的影响作用的方法，不仅强调了在评价过程中所有参评指标所发挥的应有作用，而且注重了对最大污染指标的分析，该方法在地下水质量评价中具有一定的科学性与适用性，因此本文对辽河流域平原区地下水利用加权平均型复合算子进行模糊评价[7]。

层级阶梯评价法首先是按照无机常规化学、现场测试、微量有机以及无机毒理等原则对测试指标进行类别的划分，然后利用单指标法对无机常规化学与现场指标进行评价，得到初步水质结果，并利用微量有机和无机毒理指标进行综合评价的方法。该方法进行污染等级划分的原则如下：1级，微量有机和无机毒理指标不超过Ⅱ类水质标准；2级，有机或无机毒理指标未超过Ⅲ类水质，且大于Ⅱ类水质标准；3级，单项有机或无机毒理指标低于1.5倍的Ⅲ类水质标准，并且超过Ⅲ类水质；4级，多项指标污染强度超过50%且大于Ⅲ类水质标准，或者微量有机或无机毒理超过Ⅳ类水质。水质是否升级的判定依据为污染等级，若水质级别低于污染等级，应对水质进行升高一级处理，否则不进行升级。

2.3 结果分析

分别利用文中所述不同方法对辽河流域平原区地下水质进行评价，结果见表1。由表1可知，不同的评价方法所得到的水质类别存在较大的差异，并且很难对地下水质量作为更加客观、准确的判断。

表1 各评价方法地下水质评价结果

针对上述问题，本文对各评价结果利用加权平均法进行综合评价。为降低不同方法对综合评价结果的影响作用，结合各方法理论特点和评价结果考虑采用相应的权重值进行复合计算。按照4种方法权重值和为1的原则对各评价结果进行加权求和，四舍五入取整即可作为该水样的评价结果，其计算方法为：

(3)

式中，Mj、Nij—水样j的最终评价结果和对应于第i种方法的评价结果；wi—第i种方法的权重值；[0.5+X]—对X四舍五入取整后的水质结果。

不同方法的权重值是影响综合评价结果的关键因素，因此有必要对各方法权重值进行重点分析。其中单指标评价法的评价结果是以最差水质级别为依据，因此该方法在综合评价结果中势必会引起评价结果偏高，其权重值可赋予w1；内梅罗指数法强调最大污染因子对水质的影响作用，因此在综合评价过程中可造成评分值偏高，但其偏高程度低于单指标因素法，所以其权重值w2大于w1；层级阶梯法是综合考虑了各分类指标的影响作用，但该方法评价结果仍然是以水质最差级别作为同类指标评判的依据，所以造成结果偏高，但相对于单指标因素法较低，因此该方法权值w3大于w1；模糊综合法是通过引入各项指标权重综合考虑了每一类指标的影响作用，相对于其他三种方法具有更高的准确性，因此权重值w4应最大。对各方法结果权重的确定是重要的，同样也是存在较大困难的，目前还未找到一种理论成熟、应用广泛、结果可靠的方法[8]。本文利用计算机调试的方法，按照上述大小评判结果和各权重值之和为1的原则，最终确定为w1为0.15、w2为0.25、w3为0.25、w4为0.35。地下水质量最终评价汇总见表2，辽河流域平原区地下水质量综合评价结果如图1所示。

表2 辽河流域平原区地下水质量综合评价汇总

由表2计算结果可知，采用加权平均综合法不仅克服了单一评价方法存在的缺陷，而且可进一步提高评价结果的准确性与客观性。优点为：以最劣水质为层级阶梯与单指标评价的依据，可有效避免缺少Ⅰ类水的弊端；有效解决了内梅罗指数法因考虑最大项值而缺少Ⅲ类水质的现象。该评价方法综合考虑了上述方法的优缺点，能够使得评价结果更加客观、可靠，更加真实的反映地下水质量实际状况。

图1 辽河流域平原区地下水质量综合评价结果

3 地下水质量分布特征

3.1 分布特征

在南部地区地下水质类别以Ⅴ级为主，而在平原区北部及东部地区主要是Ⅳ级水质；在辽河流域平原区东北部地区地下水质量较好，主要以Ⅰ～Ⅲ类水为主，总而言之，该区域地下水质量整体表现出从南至北地下逐渐变好分布特征[9]。

3.2 成因分析

地下水补给特征以及地层岩性是原生环境中影响地下水质量的关键因素，在辽河流域北部的低山丘陵区主要是细砂、粉砂的包气带岩性，该区域地质透水性和含水性良好，且地下水循环速度较快、周期较短，另外该区域人口密度相对较少，油、气的开采程度不高，因此其水质环境较好。而南部地区包气带主要是粉土，该区域地势结构有黄土斜坡和邱冷，地下水云移速度较慢、不急条件相对较少，因此水体周围岩层与入渗水之间的离子交换作用和淋滤作用较好，原生沉积环境较差且水中矿物成分富集，重重因素共同造成该区域地下水质量整体较差[10]。

4 结论

用于地下水质量评价方法较多，不同方法具有相应的适用范围和优缺点，据此本文综合考虑了四种不同方法，对辽河流域平原区地下水质量进行了评价。不同的评价方法所得到的水质类别存在较大的差异，并且很难对地下水质量作为更加客观、准确的判断，为降低不同方法对综合评价结果的影响作用，本文结合各方法理论特点和评价结果考虑采用相应的权重值进行复合计算。得出结论如下：

(1)采用加权平均综合法不仅克服了单一评价方法存在的缺陷，而且可进一步提高评价结果的准确性与客观性。平原区地下水质Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级水样分别占总水样的5.77%、11.54%、9.15%、21.54%、51.92%，其中超过Ⅲ级水质标准的水样共38组，即有73.46%的地下水不能直接用于生活用水。该区域地下水质量状况整体较差，大部分地区不能直接饮用。

(2)辽河流域平原区北部地区水质整体较好，水质较差的仅存在于个别地区；与平原区相连接的南部丘陵区水质征地较差，该区域地下水补给特征与地下水质量状况分布具有相关性。

(3)在污染源的空间分布上可以看出人类活动与地下水部分之间的相关性特征，该区域是油、气开采密集区，并且，平原区附近区域地下水质量较差，加之城乡居民生活污水直接排入辽河，而辽河作为该区域地下水的主要补给来源，进一步影响该区域的地下水质。