榆林市地下水质量评价与评价方法的对比分析

马 莉，康卫东，王润兰，孙继朝

(1.西北大学地质学系，陕西 西安710069;2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄050061)

榆林地区处于毛乌素沙地与黄土高原过渡地带，总地势西北高、东南低，海拔800～1 400 m。区内地质构造单元属鄂尔多斯台向斜陕北台凹东翼地区，地质活动相对稳定，岩层构造简单，地壳无大型褶皱和断裂。大部分地表被新生界第四系黄土层覆盖。在较深河谷有裸露基岩，以三叠系地层为主。榆林市属中温带干旱大陆性季风气候区，四季分明，冷暖有序，日照充足，降水量不足且年际变化大，不能满足农业需要。长城沿线以北的毛乌素沙漠滩地区表土疏松、地形平缓，十分有利于大气降水的入渗补给与储存;长城沿线以南的黄土丘陵沟壑区地形破碎，以黄土梁峁为主，沟谷深切至基岩，补给条件差，排泄条件好，不利于地下水的储存［4］。

评价区位于陕西省榆林市榆阳区内，包括榆林城区及周边的牛家梁镇、麻黄梁镇、金鸡滩镇等多个乡镇及横山县白界乡的一部分。

1 评价标准、方法和参数

1.1 评价标准

依据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)、《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，参照《地下水质量标准》(报批稿)(GB/T14848-2007)，对榆林市地下水水质状况进行分析评价。

依据我国地下水质量状况和人体健康基准值，参照生活、工业、农业等用水水质要求，将地下水质量划分为五类［5］。

Ⅰ类:地下水化学组分含量低，原则上适用于各种用途;

Ⅱ类:主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。

Ⅲ类:以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水;

Ⅳ类:以农业和工业用水质量要求以及人体健康风险为依据，适用于农业和部分工业用水，适当处理后可作生活饮用水;

Ⅴ类:不宜作生活饮用水，其他用水可根据使用目的选用。

1.2 评价方法

本文对评价方法有代表性的GB/T14848-2007《地下水质量标准》(报批稿)中的单指标评价法、内梅罗指数法和模糊数学法等3种评价方法进行对比。

单指标评价法以地下水水质调查分析资料或水质监测资料为基础，按照评价指标所在的限值区间确定地下水质量类别，不同地下水质量类别的指标限值相同时，从优不从劣。例如:某地下水样品的氯离子含量为400 mg/L，属Ⅴ类，其余指标均低于Ⅴ类。则该样品水质类别定为Ⅴ类。单因子评价方法不适宜水质的综合评价，但其评价结果对于了解单一组分超标程度，区分影响地下水水质的主要组分，以及评判其他评价方法的评价结果的合理性提供依据。

内梅罗指数法，即以标准中各项目浓度水平的划分级别为基础，用综合评价分值的方法来对地下水进行评价。计算公式计算综合评分值PⅠ。

式中:Ci为i组分的实测值;C0为i组分的比较值。

表1 内梅罗指数法地下水质量级别划分标准

模糊数学综合评价法是依据模糊变换原理，对地下水水质评价过程中的不分明性加以描述，将一些边界不清、不易定量的因素定量化［7］。模糊数学法综合评价的结果是通过权重矩阵(A)与隶属度矩阵(R)合运算完成的，其实质是对各评价因子进行加权的过程［8］。复合运算在模糊数学里是通过“取小取大法则”进行的。就是在A与R复合时，相乘取小值，相加取大值，并以符号“∧”代表取小，以符号“∨”代表取大。A和R复合运算时有四种复合算子可供选择，为相乘取大，相乘相加，取小取大，取小相加。

1.3 评价参数

本次研究在榆林采集地下水样品52个(图1)，根据《地下水污染调查评价规范》(DD2008-01)，结合测试结果，选择有分类标准且有检出的指标作为参评指标，本论文选用12项常规指标:pH、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、氯离子(Cl-)、硫酸根)、总硬度(TH)、溶解性总固体(TDS)、COD、总铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)和7项无机毒理指标:硝酸盐()、亚硝酸盐()、氟化物(F-)、铅(Pb)、六价铬(Cr6+)、砷(As)、钡(Ba)共19个指标作为评价指标。选评指标的限值以《地下水质量标准》(GB/T14848-2007)(报批稿)为基础，结合国家饮用水卫生标准及国外相关水质标准而确定(表2)。

表2 地下水质量评价指标及其限值

2 地下水质量评价结果对比分析

2.1 评价结果

根据单指标评价方法，对52个样品进行单指标评价，评价结果显示在52个样品中，符合Ⅱ类的水点16个，占总取点数的 29.6%，符合Ⅲ类的水点 12个，占总取点数的22.2%，符合Ⅳ类的水点18个，占总取点数的33.3%，符合Ⅴ的类水点6个，占总取点数的14.8%(图2)，无Ⅰ类水。从单指标评价结果来看研究区地下水超标情况较严重。

图1 研究区地下水采样点分布图

图2 单指标评价饼图

根据内梅罗指数法评价结果，水质Ⅰ～Ⅴ类的水点的个数分别为:31、12、3、1、5，所占总取点数的比例分别为:57.4% ，22.2% ，7.4% ，1.9% ，11.1%(图3)。

图3 内梅罗指数法评价饼图

根据模糊综合评价结果，利用四种复合算子，得到水质Ⅰ～Ⅴ类水点的个数所占总取点数的比例(表3、图4)。

表3 模糊数学综合评价结果

2.2 对比分析

分别利用三种方法对研究区地下水质量进行综合评价，评价结果对比见表4、表5。指数评价结果中Ⅴ类水比重11.1%小于模糊综合评价结果Ⅴ类水比重16.3%，Ⅰ类水比重57.4%大于模糊综合评价结果中Ⅰ类水比重35.2%，其评价结果中Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅴ类水比重较大，Ⅲ、Ⅳ类水的比重较小。(3)模糊综合评判法由各评价因子的权数分配作为行向量构成权重矩阵，它反映样品中各地下水评价因子在地下水总体影响中各自的贡献，内梅罗指数法和模糊综合评判法都强调超标组分对评价结果的影响程度，模糊综合评价结果描述地下水质量特征更符合区域地下水总体特征。

图4 模糊数学综合评价法饼图

表4 地下水质量评价表

表5 不同评价方法评价结果比较表

图5 地下水综合质量空间分布图

3 结语

(1)达标的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水点在研究区内各处都有分布，说明研究区地下水综合质量整体较好;(2)超标的Ⅳ、Ⅴ类水点主要集中分布在榆林老城区以南的河谷区，超标点所在区域的共同特点是人口密度较大，工、农业生产活动频繁，而且地下水位埋深不大，局部地下水质变差与地表人类活动的密切相关。(3)作为榆林市主要供水水源的水质均为Ⅰ类，目前城市居民饮水安全是有保障的。

［1］唐克旺，侯杰，唐蕴.中国地下水质量评价(Ⅰ)—平原区地下水水化学特征［J］.水资源保护.2006，22(2):1.

［2］汪珊，孙继朝，李政红.西北地区地下水质量评价［J］.水文地质工程地质.2004，4:96.

［3］吴东杰，王金生，丁爱中.地下水质量评价中两种确定指标权重方法的比较［J］.工程勘察.2006，7:17.

［4］榆林市志［M］.1996，73-99.

［5］国家质量监督检验检疫总局.GB/T14848-2007(修订版).地下水质量标准［S］.

［6］石振华，李传尧.城市地下水工程与管理手册［M］.中国建筑工业出版社.1993.

［7］李亚松，张兆吉，费宇红等.地下水质量综合评价方法优选与分析—以滹沱河冲洪积扇为例［J］.水文地质工程地质.2011，38(1):6.

［8］齐冰，孙慧海，苗贵琪.模糊数学在地下水质量评价中的应用［J］.城市勘测.1996，1:11.

［9］谷朝君，潘颖.内梅罗指数法在地下水水质评价中的应用及存在问题［J］.环境保护科学.2002，28(109):45-47.

［10］程继雄，程胜高，张炜.地下水质量评价常用方法的对比分析［J］.安全与环境工程.2008，15(2):25.

［11］刘石.地下水质量评价方法探讨［J］.北京:中国地质大学.2006，5:48-49.