地下水溶解性总固体与电导率的相关性研究

张 娟 郝达平 陈小菊 张新星

地下水溶解性总固体与电导率的相关性研究

张 娟 郝达平 陈小菊 张新星

地下水资源质量良好，变化稳定，随着城市经济快速发展，人口增加，地下水已成为重要的供水水源组成部分。地下水中溶解性总固体是表征地下水水资源质量的重要指标之一，是指地下水中所含溶解物质的总量，包括不易挥发的可溶性盐类、有机物等。当地下水中溶解性总固体含量较高时，饮用时有苦咸的味道，对肠胃有明显的刺激作用，此外，还会造成管道损坏、易产生锅炉水垢等不利影响。通过查阅大量文献资料，关于溶解性总固体称量法、电极法监测方法研究报道较多，而关于溶解性总固体与电导率的相关性研究较少。笔者通过建立地下水溶解性总固体与电导率关系模型，对地下水中溶解性总固体含量进行预测并验证，效果较好，此研究成果对地下水资源开发利用、质量监测与评价具有积极意义。

一、研究区概况

淮安市地处黄淮平原和江淮平原，地势较为平坦，位于北纬32°43′00″～34°06′00″，东经118°12′00″～119°36′30″之间，海拔10～12m，面积10072km2。全市年平均气温为14.1～14.8℃，基本呈南高北低状；全市年无霜期一般为210～225d，北方较短南方较长；全市各地年降水量多年平均为906～1007mm，降水分布特征是南部多于北部，东部多于西部；全市年平均风速为2.9～3.6m/s，以偏东风和西南风为主。

根据《2015年淮安市水资源公报》，2015年淮安市地下水资源量16.332 亿m3，地下水供水量0.659亿m3，地下水资源贮量丰富。可开发利用的含水层分布于第四系松散层，按照地下水赋存条件及水力特征，将其划分为潜水含水层组、第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层组。潜水含水层组水位埋深0.5～5m，水化学类型一般为重碳酸钙镁型或重碳酸钙钠型，水质较差，矿化度为500～2000mg/L，总硬度为50～1000mg/L。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层组，水位埋深2.0～12.7m，水化学类型一般为重碳酸钙镁型，水质较好，矿化度为200～1000mg/L，总硬度为50～500mg/L。

二、溶解性总固体与电导率的关系及数学建模

1.溶解性总固体与电导率的关系

电导率是指溶液传导电流的能力，可推测出水中离子成分的总浓度。根据砂岩电阻率定律阿尔奇公式，影响地下水电导率的因素有地层电导率、岩石孔隙度、地层含水饱和度等。将其转换得到电导率与溶解性总固体的关系如下：

式中：Kw为地下水电导率（us/cm）；Kt为地层电导率（us/cm）；a为常数；Φ为孔隙度变量；m为孔隙度；s为含水饱和度；n为饱和度指数。在冲积平原地区，一般地下含水层岩性较为均匀，孔隙度变化很小，Φ、m可视为常数；当岩层完全浸没在水中处于饱和状态时，s、n亦可视为常数。

式中：C溶为溶解性总固体（mg/L）；β、γ为常数；t为温度（℃）。

通过Kw、Kt、C溶之间关系转换，建立数学模型：y=ax+b，式中：x为区域一系列电导率值xi；y为相对应的溶解性总固体值yi；a、b为待定系数。

利用pearson相关系数r检验Kw、C溶线性相关程度，如相关系数r越大，表示两者相关程度越高，建立的模型精确性越高。

2.溶解性总固体与电导率数学建模

根据2015年淮安市地下水监测数据，利用上述方法进行数值建模，电导率值与溶解性总固体值拟合结果见（图1），数学模型为：

图1 电导率与溶解性总固体关系图

得出电导率与溶解性总固体的相关系数r=0.92，相关程度较高。

根据《城市供水水质标准》（CJ/T206-2005）、《地下水质量标准》（GB/T14848-93），以人体健康基准值为依据，适用于集中式生活饮用水、农业用水、工业用水，评价指标中溶解性总固体限值均为1000mg/L。根据（4）式计算出，当电导率Kw小于1393us/cm时，地下水中溶解性总固体C溶含量小于1000mg/L。

三、模型验证

为检验松散岩类孔隙水溶解性总固体与电导率参数之间关系，利用淮安市潜水含水层组、承压含水层组水质监测数据验证关系模型建立的可靠性（表1、表2）。

从表1、表2中可以看出，根据（4）式利用电导率Kw预测溶解性总固体C溶，潜水含水层组、承压含水层组预测值与实测值相对误差范围均在10%以内，平均相对误差分别为7.2%、5.1%，说明建立的关系模型预测结果较为准确。

表1 潜水含水层组电导率预测溶解性总固体数据表

表2 承压含水层组电导率预测溶解性总固体数据表

四、结论

通过对淮安市平原地区松散岩类孔隙水溶解性总固体与电导率进行数值模拟，得出以下结论：

（1）当地下水电导率小于1393us/cm时，水中溶解性总固体C溶小于1000 mg/L，基本符合集中式饮用水、工业用水、农业用水对水中溶解性总固体指标含量的要求。

（2）利用建立的关系模型对淮安市地下水溶解性总固体含量进行预测，潜水含水层组、承压含水层组水中溶解性总固体预测值与实测值相对误差均小于10%，预测效果较好。

（3）根据《生活饮用水标准检验方法、感官性状和物理指标》（GB/T5750.4-2006）溶解性总固体监测方法为操作繁琐的称重法，而电导率监测方法是较为简便、快速的电极法，可通过测定地下水中电导率，结合区域特征，建立溶解性总固体与电导率关系模型，快速预测地下水中溶解性总固体含量，为寻找优质的地下水源及水资源高效开发利用提供科学依据■

（作者单位：江苏省水文水资源勘测局淮安分局 223005）