地下水环境调查评价中常用统计指标及其指示意义

杨艳娥　盖文红

摘 要：本文梳理了地下水指标、组分、浓度等基本概念，阐述了地下水化学指标的数理统计意义及在相关计算与评价中的作用。回顾了地下水环境领域的技术规程和规范，重点分析对比DZ/T 0290-2015《地下水水质标准》和GB/T 14848-2017《地下水质量标准》。以某山间盆地为例，论述了地下水环境调查与评价中常用统计指标的计算分析过程，以期为我国地下水环境保护与污染防治提供相关借鉴。

关键词：地下水环境;调查;评价;统计指标;指示

Abstract： In this paper， the basic concepts such as groundwater index， component and concentration are summarized， the significance of mathematical statistics of groundwater chemical index and its role in related calculation and evaluation are expounded， and the relevant technical regulations and specifications are reviewed. The comparison and analysis of DZ/T 0290-2015 "groundwater quality standard" and GB/T 14848-2017 "groundwater quality standard" are focused. A basin is taken as an example to illustrate the calculation process of statistical indicators commonly used in groundwater environment investigation and evaluation， so as to provide reference for groundwater environmental protection and pollution prevention and control in China.

Keywords：  groundwater environment; investigation; evaluation; statistical index; indication

0 前言

隨着国民经济快速发展和城市化进程的加快，地下水环境越来越受到重视（刘伟江等，2015;张新钰等，2011a;梁亦欣等，2007;邢丽娜，2020），特别是对于以地下水作为供水水源的绝大多数北方城市，地下水环境的好坏直接影响着当地的供水安全。为此，为切实保护地下水环境、防治地下水污染，不同精度，不同目的的地下水监测网相继建成。如由水利部和原国土资源部联合建设历时达11年之久的“国家级地下水监测工程”总投资达22亿元，该项目根据水文地质条件，将全国划分为16个重点监测区，包括1个国家级地下水监测中心、7个流域监测中心、63个省级监测中心，共建设地下水监测站点20401个，监控面积达到350万km2，密度约5.83个/1000 km2（崔霖峰，2015;吴爱民，2006;井柳新等，2013;张永双等，2017）。按照流域，这些监测点分布在不同的地貌单元。按照行政管辖，监测点位于不同的省市。近年来，随着生态文明建设的不断推进，地下水环境的监测与考核也逐步纳入到了对各省市、各地区的考核之中。地下水环境不同于大气环境、地表水环境，其因隐蔽性、不易察觉性、不可逆性往往具有潜在的巨大危害。因此，实施定时定期的监测报告制度就成为了监管地下水环境变化的有效手段。有效而明确的统计指标可以直观明了的反应一个地区的地下水现状和变化情况。故此，有必要对常用的统计指标进行梳理，以期为更好的服务于地下水环境监测和监管服务。

本文梳理了地下水环境调查与评价中常用到的基本概念，回顾了相关的技术规程和规范，重点对

DZ/T 0290—2015《地下水水质标准》和GB/T 14848—2017

《地下水质量标准》数理统计量进行了说明，对它们在相关计算与评价中的作用进行了较为详细的阐述。最后以某盆地为例说明了地下水环境调查与评价中常用的统计指标的计算过程，以期为我国地下水环境保护与污染防治提供相关借鉴。

1 基本概念——地下水指标、组分、浓度

在实际中，很多人容易将地下水指标、组分和浓度混在一起，甚至混为一谈，这是极不严谨的。地下水指标是指能够反映地下水质量状况的参数，通常称为地下水测试指标，往往分为常规指标和非常规指标。常规指标一般包括感官性状及一般化学指标、微生物指标、常见的毒理学指标和放射性指标。而非常规指标，顾名思义，是那些不怎么常规不经常使用，如果不是为了专门目的不需要测试的指标，它们是对常规指标的拓展和补充，包括比较少见的无机指标和有机毒理学指标。地下水的组分，事实上，不是一个很严谨的表达。组分原意指混合物（包括溶液）中的各个成分，往往以“地下水化学组分”来表征，其特指地下水这一混合溶液中各个组成部分。浓度，是分析化学中的一个名词，是指某物质在总量中所占的分量。最常用的浓度为物质的量浓度，是以单位体积的溶液中所含溶质的物质的量表示的浓度。在实际中，往往指单位体积内某指标的含量多少。质量浓度一般用于地下水中各水化学组分表征，是指单位体积溶液中某组分的质量，也有如酒类表示中用到了体积百分浓度。

可以看出，地下水指标是更为规范的说法，它不仅包含了那些常规的离子组分，更包括了诸如温度、色、嗅、味以及电导率、pH等指标。在通常的地下水调查和研究文献中，常常有混用的现象。笔者建议，应当在实际的应用中，规范使用如“地下水测试指标”“地下水化学组分”“地下水离子浓度（文冬光等，2016）。

2 地下水环境领域常用的规范与标准

地下水领域常用的规范和标准有很多，从采样、检测到评价等均作了比较细致的规定。常用的规范与标准见表1。2015年10月26日，国土资源部正式批准发布了DZ/T 0290—2015《地下水水质标准》，并于2016年1月1日起实施。需要说明的是，该标准的前身与基础是1993年12月颁布1994年10月1日实施的GB/T 14848-93《地下水质量标准》（常称为93标准）。93标准是我国第一部地下水质量标准，由国土资源部的前身地矿部提出，当时该标准提出时，正值我国改革开放经过10多年的高速发展，资源消耗型的粗放发展带来了环境污染的加剧，因此该标准给出了39项指标的标准值，仅包括六六六和滴滴涕两种农药指标，其目的是防止和控制地下水污染。随着经济的发展和转型，越来越多的有机污染物在地下水中被检出和被报道，因此93标准已经远远不能满足调查、监测、评价工作的需要。2005年，中国地调局编制《地下水污染调查评价规范》，历时11年开展了全国范围内的水质大调查，在此项成果基础上，结合大量数据，将地下水指标增加了54项，总计93项，调整了20项指标的分类限值。2017年10月14日，GB/T 14848—2017《地下水质量标准》颁布，于2018年5月1日起实施。可以看出，国土资源部行业标准DZ/T 0290—2015与国标GB/T 14848—2017颁布时间仅相隔不到3年，国家对地下水环境的重视可见一斑。

3 常用的统计指标及意义

为了准确评价某一地区的地下水环境，水文地质工作者往往需要采集不同类型的水样。单一的水样点不能全面评价一个地区的水环境优劣（张新钰等，2011b;鲍新华等，2011;何继山等，2018;邢会等，2019）。比如对于包含第四系孔隙水、裂隙水和岩溶水的地区，往往每一种类型都要采集，并重点对开采层位的供水井进行采样。又比如，为了更为立体的掌握第四系地下水的状况，经常需要对潜水、第一承压含水层、第二承压含水层三者全部进行采样。为了掌握地表水与地下水的补给和排泄关系，往往需要采集地表河水或者湖水、浅井与深井等水样。采集的水样被统一编号，送往试验室，实验室人员按照测试的目的开展测试。测试的结果可以第一时间反馈给委托测试的专业人员，提供可靠及时的地下水水化学信息。

在很多时候，地下水环境研究往往需要二次采样甚至三次以上连续监测，以進一步获取研究场地内的水化学信息。二次采样的布点的时空分布，将更加有针对性。在这个“往复”的过程中，往往需要用到一些基本的统计量来表征这些地下水水化学信息，详见表2。

需要特别指出的是，表2中的统计在很多时候需要以某种规则进行，从而才能获取有价值的信息。比如，在一批水样中，有浅层、中层和深层的样品，实际中则必须按照深度来分别统计同一类别深度的水样数值。再比如，不能将第四系、裂隙水和岩溶水的水样混在一起进行统计，也不能把那些不属于同一水文地质单元的水样一同统计（纪轶群等，2011;郭高轩等，2010）。

通常，研究者们除了按照某种规则的进行水化学指标的统计之外，往往还需要判断趋势。比如，需要判断电导率随着深度的变化，溶解性总固体与硬度的之间的相关关系，钠离子与氯离子的比值，其余指标与pH的关系等（郭高轩，2012）。通过相关关系的分析，并结合地下水含水层的结构、组成以及周边补给、径流、排泄条件以及附近环境地质状况，从而分析地下水化学要素的变化原因，甚至开展污染溯源等相关研究。

4 实例研究

为研究某山间盆地第四系地下水水化学特征，共布设采样点52个，其中浅层地下水样12个，主要采自潜水及承压水分布区，含水层底板埋深小于50 m的浅层具有微承压性质的含水层组;中层水样29个，主要采自承压水区，含水层组底界深度80～120 m，局部地区以基岩作为底界;深层地下水样11个采自承压水区，含水层组底板埋深150～180 m，局部地区以基岩作为底界。测试有机组分44项，无机组分49项（本文仅涉及无机组分评价），所有样品在现场测试了pH、溶解氧、电导率等。按照所属的水文地质单元不同，进行了分区统计，见表3。

图1 为某盆地地下水水样的电导率与深度的关系曲线图。从深度上来看，随着深度的增大，电导率有明显的降低的趋势。以上游水样为例，电导率的分布从350～840 us/cm，伴随着深度的增大，电导率有减小的趋势。到了中游地区，既有大气降水和河道渗漏补给，又有部分农业灌溉的补给，地下水的补给来源更加复杂。从深度上看，同样是浅层水样，下游的浅层水样的EC值更大一些，越向下游，越靠近人类活动聚集区，这与其遭受人类活动影响具有明显的一致性。

此外，为了利用不同位置的采样点获取的数值信息绘制不同深度的浓度场，往往需要空间插值。插值方法的选择正确与否直接关系到地下水化学场的刻画精度。如图2所示，左侧Ca2+指标的直方图，很明显可以看出，其基本符合正态分布，适宜选用Kriging（克里金）插值方法，而其NO3分布很明显符合偏态分布，则比较适宜选择IDW反距离加权平均）插值模型。

5 结论

（1）地下水环境的监测、调查和评价已经成为国家行动，已经把评价地下水作为资源、生态指示要素的重要支撑。

（2）采取科学有效的监测和评价方法可以快速、准确并尽可能全面的获取地下水环境的动态信息已经成为国家、各级政府和行业机构地下水环境管控的日常工作。

（3）采用符合规范的工作流程，对地下水环境的分析指标进行数理统计，统计最大最小值、方差、超标率等信息，建立动态数据库以揭示地下水环境的变化;同时也是有效保护资源、实现生态良好条件下支撑经济发展的需要;还是实现部门联动、数据共享，达到最大程度有效保护地下水环境、开发利用地下水资源的重要手段。

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