单因子水质标识指数法在贵州省洋水河流域地下水水质评价中的应用

江峰，刘汉武，吉勤克补子，王若帆，焦恒

单因子水质标识指数法在贵州省洋水河流域地下水水质评价中的应用

江峰1，刘汉武2，吉勤克补子1，王若帆1，焦恒1

（1. 贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000；2. 贵州省地矿局第二工程勘察院，贵州 遵义 563000）

本文利用水质标识指数法对洋水河流域81件地下水进行了系统的水样采集化验成果，对流域地下水进行综合评价，洋水河流域地下水以Ⅱ类水为主；次为Ⅲ类水；劣于Ⅳ类水样占比14.8%。利用三种水质评价方法对流域地下水分别进行评价，梅罗综合指数法评价结果最差，水质标识指数法和地下水质量标准法评价结果均能反应流域地下水质情况；水质标识指数法能更直观地反应水质类别及与水质目标间差异，体现水质标识指数法的优越性。

单因子水质标识指数法；洋水河流域；地下水；水质评价

水质标识指数法是目前较好的水质评价方法，大多用于地表水系水质评价（郭劲松等，2000；孙伟光等，2010；薛巧英等，2004；徐祖信，2005；胡成等，2011），本文采用该方法探索对贵州省洋水河流域地下水水质进行了评价，评价结果优于传统内梅罗地下水质量评价结果。

1 工作区简介

洋水河流域地下水系统污染源可分为农业、生活及工矿企业污染两类。其中工矿业污染源较为集中，上游磷矿开采加工生产，改变了地下水系统水平衡状态、水岩作用，导致水化学组分变化较大。基于《含水岩组及岩溶地下水系统划分专题研究》对洋水河流域四级划分基础，按地下水系统补给、径流、排泄条件，对边界条件清楚、水力联系密切的地下水单元划分为9个地下水系统（表1、图1）。

图1 洋水河流域地下水系统划分图

1-地下水系统界线及系统名称 2-水库及名称 3-河流及名称 4-乡镇驻地 5-村寨驻地

2 评价方法

某地下水的水质检测指标i的单因子水质指数Pi由一位整数及小数点后二位有效数字组成，表示为：

Pi= X1.X2X3（1）

式中：X1代表第i项水质检测指标的水质类别；X2代表监测数据在X1类水质变化区间中所处的位置，根据公式按四舍五入的原则计算确定；X3代表水质类别与功能区划设定类别的比较结果，视评价指标相对地下水对应水质类别标准值的污染程度，X3为一位或两位有效数字。本文流域地下水的X3设定类别参照值均为Ⅲ类水。

依据“从劣原则”判定水质级别；地下水质量综合评价，按单指标评价结果最差的类别确定，并指出最差类别的指标。

表1 洋水河流域地下水系统划分表

依托贵州省地勘基金项目“贵州省1∶5万水文地质调查”采集测试洋水河流域81件地下水样品。水样采集按照《水质采样样品的保存和管理技术规范》（HJ493-2009）进行，检测在贵州省地质矿产中心实验室完成。检测溶解性总固体(TDS)，主要阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)，主要阴离子( HCO3－、SO42－、Cl－)以及部分微量元素离子。K++Na+、Ca2+、Mg2+采用阳离子色谱仪测定；HCO3－、SO42－、Cl－采用阴离子色谱仪测定。

根据初步分析评价，结合《地下水质量标准（GBT14848-2017）》水质类别评价标准，流域地下水的水质评价指标主要选择溶解性总固体（TDS）、硫酸盐（SO42-)、硝酸盐（NO32-）、氟化物（F-）、氨氮（以N计）、耗氧量（CODMn）、铝（Al）及总硬度等8项。

3 水质评价

3.1 理化性质

贵州省洋水河流域地下水理化性质良好，无可见异物，无异臭和味；pH值7.0～8.1，平均7.4，呈中性。

图2 洋水河流域地下水水质类别饼图

3.2 评价结果

对贵州省开阳县洋水河流域81件地下水的水质标识指数进行了水质标识指数Pi计算，并对流域地下水进行了水质评价。

评价结果，流域地下水水质标识指数Pi计算值介于1.90～11.3之间。其中Pi值2～3的Ⅱ类水36件，为主要水质类别，占比44.4%；Pi值3～4的Ⅲ类水有33件，占比40.7%；Pi值4～5的Ⅳ类水5件，占比6.2%；Pi值小于2的Ⅰ类水3件，占比3.7%；Pi值大于5的Ⅴ类水4件，占比4.9%。

评价结果，流域地下水以Ⅱ类水为主，适用于各类用途；其次为Ⅲ类水，适用于集中供水水源地；水质劣于Ⅳ类水样占比14.8%。（图2）

4 讨论

4.1 流域地下水质特征

根据洋水河流域81件地下水水质综合评价结果绘制如图3所示的流域地下水质级别分布图，从图中可以看出，洋水河流域地下水水质多集中在Ⅱ类和Ⅲ类之间。H116、S1560、JC03、H1164以及S531等5个水样，超出Ⅴ类水标准。S531号总硬度含量高达2518.44mg/L，溶解性总固体（TDS）2200mg/L，硫酸盐（SO42-）3224.61mg/L，超过Ⅴ类水标准限值。H1216为煤矿矿坑排水，H1164为磷矿巷道排水，其水质超标组分有所不同。煤矿开采巷道涌水富含硫酸盐（SO42-），高达900mg/L；磷矿开采竖井受磷矿开采层位岩性控制；总硬度1783.91mg/L，超Ⅴ类水限值。

图3 洋水河流域地下水水质类别散点图

根据水质劣于Ⅲ类水，已不适用于集中式生活饮用水源，为查明超标水点所在地下水系统水质超标原因及提出水环境治理建议，针对水质劣于Ⅲ类水水样进行超标组分统计分析，绘制如图4所示的超标组分频数图，可以看出，主要超Ⅲ类水标准的指标有总硬度、氨氮、硫酸盐（SO42-）、耗氧量（CODMn）以及氟化物（F-）等五项指标。其中硫酸盐超标4件，占超标水样9件的44.4%，其次为氟化物2件，占比22.2%，总硬度、氨氮以及耗氧量为1件，占比11.1%。

4.2 评价结果分析

分别采用内梅罗综合指数法以及《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017)的地下水质评价方法进行评价对比，并将三者评价结果进行对比分析，以选择出最适用的水质评价方法，进而判断单因子水质标识指数法的合理性以及适用性。

图4 洋水河流域地下水超标组分频数图

《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017)采用以下方法进行水质评价：

按照单指标所在的限值范围确定该类指标地下水质量类别，指标限值相同时，从优不从劣；

地下水质量综合评价时，按照单指标评价结果最差的类别确定该地下水质的最终评价级别。

利用前述两种水质评价方法对洋水河流域地下水质分别进行评价，评价结果汇总见表2。

表2 三种水质评价方法评价结果统计表

从表2可以看出水质标识指数法和地下水质量标准推荐方法得到的水质评价结果相类似，仅存在较小差别，而传统内梅罗综合指数法评价结果差异非常大。首先，水质标识指数法评价结果中，Ⅱ类水和Ⅲ类水最多，合占比约85.7%，优质的Ⅰ类水和劣质水较少，占比仅24.3%；利用水质标识指数法进行评价的结果有着同样的分布趋势，不同之处在于其Ⅱ类水和Ⅲ类水占比相对较少仅为82.5%，而传统内梅罗综合指数法评价结果中以Ⅰ类和Ⅱ类水为主，占比高达88.9%，而Ⅲ类水为零，评价结果明显不符合工作区实际。其次，从三种方法的评价结果频数分布图（图5）可以看出，水质标识指数法和地下水质量标准法评价得出的水质评价结果几乎一致，并且其各类水质频数基本相当，而利用传统内梅罗综合指数法的差异非常大。总体上，就地下水质评价结果而论，水质标识指数法和地下水质量标准法评价结果最接近实际。

图5 三种水质评价方法评价结果频数图

5 结论

1）洋水河流域地下水总体以Ⅱ类水为主，适用于各类用途；其次为Ⅲ类水，主要适用于集中供水水源地；水质劣于Ⅳ类的水样占比较少，仅占14.8%。

2）利用三种水质评价方法进行综合对比发现，梅罗综合指数法评价结果最差，水质标识指数法和地下水质量标准法评价结果最能反应流域地下水质情况。

3、按照《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017)强制性国家标准进行评价，符合相关法规要求。

郭劲松，龙腾锐，霍国友，王红．2000．四种水质综合评价方法的比较[J]．重庆建筑大学学报，22(4)：6-12．

孙伟光，邢佳，马云，叶珍，宋利臣，周军．2010．单因子水质标识指数评价方法在某流域水质评价中的应用[J]．环境科学与管理，35(11)： 181-194.

徐祖信．2005．我国河流单因子水质标识指数评价方法研究[J]．同济大学学报，33(3)： 321-325.

胡成，苏丹．2011．综合水质标识指数法在浑河水质评价中的应用[J]．生态环境学报，20(1)： 186-192.

薛巧英，刘建明．2004．水污染综合指数评价方法与应用分析[J]．环境工程，22(1)： 64-69.

The Application of Single Factor Water Quality Identification Index Method to the Evaluation of Groundwater Quality in the Yangshuihe River Basin

JIANG Feng1LIU Han-wu2JI Qinkebuzi1WANG Ruo-fan1JIAO Heng1

(1-The 114th Geological Brigade, Guizhou Bureau of Geological and Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000; 2-The 2nd Engineering Survey Institute, Guizhou Bureau of Geological and Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

81 groundwater samples are collected and tested systematically in the Yangshui River Basin. The test results show that the pH values range from 7.0 to 8.1 with an average of 7.4. The comprehensive evaluation of groundwater in the Yangshui River basin is carried out by use of the single factor water quality identification index method. The evaluation results show that the groundwater in the Yangshui River basin is generally good in quality, dominated by class II water, suitable for various purposes. The class III water is mainly suitable for the centralized water supply source. The water samples in quality is inferior to class IV are relatively few, only 14.8%. At the same time, three kinds of water quality evaluation methods are used for evaluating the groundwater in the basin. The results show that traditional Nemero comprehensive index method is the worst, whereas single factor water quality identification index method and groundwater quality standard method can reflect the groundwater quality in the basin, but the single factor water quality identification index method can more intuitively reflect the water quality category and the differencebetween water quality categories and water quality objectives which shows the superiority of single factor water quality identification index method.

single factor water quality index method; Yangshui River basin; groundwater; water quality evaluation

2020-04-03

贵州省地勘基金项目“贵州省1∶5万水文地质调查”（2019-01号）

江峰（1991-），男，四川内江人，工程师，从事水工环地质研究工作

刘汉武（1994-），男，贵州遵义人，助理工程师，从事水工环地质研究工作

X824

A

1006-0995（2021）01-0151-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.029