基于单因子指数法的贵阳市南明河上游区综合水质评价

罗孝芹，张　强,陈丽影，孟庆鑫，赵　敏

(成都理工大学/地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)



基于单因子指数法的贵阳市南明河上游区综合水质评价

罗孝芹，张强,陈丽影，孟庆鑫，赵敏

(成都理工大学/地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)

[摘要]贵阳市由于其特殊的地质环境-岩溶地貌，地下水埋深较浅，岩溶地下水为开放的含水系统，地下水极易受到污染。运用单因子评价指数法结合内梅罗指数评价法对贵阳市核心区域——南明河上游区地下水水质进行分析评价。评价项目包括PH值、总硬度、氨氮、挥发性酚类、氟化物和大肠杆菌数目六项，经评价得出：研究区除大肠杆菌数目严重超标，及个别地区水硬度偏高外，其余几项指标全部合格，即研究区基本属于清洁区，整体水质良好，整体可归结为III类水质。可对以后岩溶开放系统地下水地区水质评价提供参考与建议。

[关键词]岩溶开放系统；单因子指数法；内梅罗指数评价法；地下水水质

贵阳市作为典型的喀斯特地貌城市，其地下水以岩溶水为主，占90%(C级储量)。2005年4月贵州大学对贵阳市及周边约2 400 km2范围内的地下水资源普查表明，地下水天然资源量为1.897×106m3/d[1]。随着其城市化的发展，地下水已成为人们生活生产的必不可少的供给源，但是城市化、工业化产生的工业废水和生活污水等，污染城市地下水环境，使生活生产遭受影响。

根据水资源开发利用和长远规划的协调性的原则 ，综合考虑河流水系的完整性 ，水文气象特征一致 ，地形地貌和水文地质条件相似，有利于三水转换的研究和水资源总量汇总计算，区域经济发展相关联的原则 ，将全市划分为六个水资源区 。分别为：鱼梁河区、百花湖区、南明河下游区、南明河上游区 、蒙江区[2]。南明河上游区，位于贵阳市的中心地带，涉及贵阳市六大行政区划中的白云区、云岩区、小河区、花溪区及南明区五大区域，市中心就位于该区域。其间还囊括了贵阳市两大供水水源地：花溪水库和阿哈水库。所以对该区域进行地下水水质评价有着重大的意义，一来可以对该区域的水质治理与保护提供真实可靠的数据，二来可以对贵阳市其他地区的地下水治理与保护提供宝贵的参考意见。

本文基于单因子指数法避免了确定权重的主观随意性，较为简单、直观的优点，结合《地下水质量标准》(GB/T14848-93)采用的内梅罗指数法，对南明河上游区地下水的水质进行评价。

1区域水文地质条件分析

南明河上游区地处长江水系和珠江水系的分水岭地带，内有南明河及花溪河两大河流，同时还有黔灵湖、游鱼河等主要水文要素。南明河是区内最大的河流，由西南向东北纵贯全区，中上游段河谷开阔，支流有小车河、市西河及贯城河。在流经城区前，水质均良好。如今河流上游已建成六座水库，其中阿哈水库、花溪水库、松柏水库为评价区主要供水源。

区内主要分布二叠系和三叠系地层，仅东北部出露少量志留系、泥盆系及石炭系地层，中南部出露少量侏罗系地层，因而区内以碳酸盐岩层分布面积最广，其次是碎屑岩，松散岩层分布面积为甚微，地下水资源的构成主要为岩溶水，次为碎屑岩裂隙水，孔隙水极为贫乏。区内地下水较丰富，岩溶泉及地下河众多，但由于广泛的碳酸盐岩岩溶裂隙及管道的发育，地表水、地下水交替频繁，使地下水容易受到污染。

2区域水化学特征

评价区大部分为半裸露型岩溶区，远郊未受污染或轻污染，地下水化学类型比较单一，多为HCO3-Ca.Mg或HCO3·Ca型，其中只关岭组局部石膏盐层中的地下水化学类型(主要是钻孔水)变为SO4-Ca或SO3HCO3-Ca·Mg型，城区及近郊区，由于受到工业废水及生活污水的污染，局部地下水化学类型发生了变化，由HCO3-Ca·Mg型向SO3HCO3-Ca·Mg型或SO4-Ca型发展。

地下水中主要以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-为主。在阳离子中，Ca2+和Mg2+离子占了80%以上，其中Ca2+是主要的，占50%以上，而Na+、K+一般低于20%。在阴离子中，HCO3-和SO42-占了80%以上，其中多数样品的HCO3-为50%以上。冬季和夏季的地下水中Ca2+和Mg2+离子平均含量变化不大，可能与碳酸盐岩矿物的溶解平衡有关。地下水分为3个主要化学类型：(1)HCO3型地下水，主要位于城市外围地区；(2)SO4型地下水，主要来自硫化物的氧化或硫酸盐矿物的溶解；(3)富Cl-型地下水，该类地下水多分布在贵阳市区。

3 方法与结果

在南明河上游区选取了20个代表性监测点及PH值、总大肠菌、氨氮、挥发性酚类、氟化物、总硬度6个指标作为主要评价指标进行评价。其中pH值反映地下水的酸碱度；大肠菌群数常作为饮水、食物或药物的卫生学标准；氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，国家标准Ⅲ类地面水， 非离子氨的浓度≤0.02 mg/L；酚类化合物是一种细胞原浆毒 ，在水中超标，人畜饮用将造成危害，所以挥发性酚类是《地下水质量标准》中的必测指标；氟化物指含负价氟的有机或无机化合物，人体短时间摄入大剂量可溶性氟化物，能引起急性中毒，过量摄入则会影响健康，生活饮用水中的氟化物浓度有严格的规定，总硬度是单位体积水中钙、镁离子的含量总和，可作为反应地下水中水化学成分的指标。由于监测点的地下水性质大部分为生活饮用水，所以六项指标基本可全面反应研究区水质质量，采用《地下水质量标准》(GB/T14848-93)进行了水质分类评价，评价标准见表1。

表1　地下水水质评价指标

单因子污染指数法是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较以确定水质类别的方法。即将每个水质监测参数与进行比较 ，确定水质类别 ，最后选择其中最差的水质单项指标所属类别来确定所测区域水体综合水质类别，而弱化其他因子的作用。通过单因子污染指数评价可确定地下水体中的主要污染因子。水质的单因子污染指数 Fi的计算公式为:

(1)对于评价标准为定值的水质因子，计算公式为：

Fi=Ci/C0

式中：Fi地下水中某项组分i的评价指数，Ci为某项组分i的实测浓度(mg/L)，C0i为地下水中某项组分i的评价标准(mg/L)

(2)对于评价标准为区间值的水质因子(如PH值)公式为：

式中：PPH为PH的标准指数，无量纲，PH为检测值；PHsd为标准的下限值；PHsu为标准的上限值；Fi<1表示地下是水未受污染；Fi>1表示地下水已受污染；Fi越大受污染越严重。

南明河上游区各个监测点的水质监测结果如表1 所示，根据监测值计算出各点单因子评价指数，绘制出20个监测点各个指标单因子评价指数柱状图1(其中点6、7、8、16大肠杆菌由于单因子指数偏大，无法在图中直接显示，现给出其具体数值，依次为：10、11、17、54)

图1　南明河上游区各监测点单因子评价指数图

由图1及表2可知，研究区有一半的监测点已被污染(分别是点1、5、6、7、8、10、11、12、15、16十个监测点)。而已被污染的监测点，大部分是因为大肠杆菌这一检测项目数目普遍超标(点6、7、8及16)，多达十倍至几十倍。石板镇芦获村饮用水中大肠杆菌的单因子指数竟达54，而贵阳永新纸塑包装厂的生活饮用水中大肠杆菌单因子指数为17，远远超出生活饮用水的标准。部分因为水硬度超标，如贵龙饭店、省科院、花溪西站等多处地方水硬度偏高。同时高硬度水地区也存在高F现象，上述高硬度水质监测区F含量虽未超标但普遍高于其他监测点检测值。但是其他几项检测指标几乎全部合格。

基于单因子指数法这一缺点(评价项目中的一项超标，整个评价区域就超标，定为污染)，现采用内梅罗指数法对该区域地下水水质进行综合评价。计算公式如下：

评价结果见表2，评价标准如下表3所示：

表2　地下水综合指数分区表

表3　地下水水质综合评价结果表

4结语

评价区由于其特殊的地质环境—岩溶地貌，其地下水类型为岩溶地下水，且地下水埋深较浅，而岩溶地下水为开放的含水系统，地表水与地下水转换频率快、循环交替快，且含水系统封闭性较差，极容易受到污染，所以：(1)容易出现总大肠菌超标的Ⅳ类、V类水的机井(钻孔)—重度污染区，同时在采水、取水过程中都极易受到人为污染，所以在采水、取水的过程中应该采取严格的保护措施；(2)在评价方法上，诸如灰色聚类法、模糊神经网络等将下比较流行的方法在南明河上游区的水质评价中得不到较为理想的效果，而单因子指数法避免了确定权重的主观随意性，较为简单、直观的优点在评价中得到的结论更为实际合理，同时结合综合指数法最大污染因子明显化的优点对进行污染治理有很大优势。

鉴于对开放岩溶系统的水质评价资料文献较少，所以本文采用综合指数法对研究地下水水质评价得出的结论，可对日后贵阳市及其他岩溶地下水地区地下水水质研究提供参考。

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Nanming River Upstream Region’s Comprehensive Quality Evaluation in Guiyang Based on the Single Factor Index Method

LUO Xiao-qin，ZHANGQiang，CHEN Li-ying，MENG Qing-xin，ZHAOMin

(State Key Laboratory for Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan)

Abstract:Because of its special geological environment - Guiyang karst landform and shallow depth of groundwater, the karst groundwater belongs to the open water system, which is easy to cause groundwater pollution. The article combined the single factor index method with Melo index evaluation method to analyze the Evaluation of Guiyang City, Nanming River upstream region’s comprehensive quality of water.The evaluation include:PH,The number of total hardness, ammonia nitrogen,volatile phenol, fluoride and Escherichia coli.I concluded that except the number of Escherichia coli is far exceed quota,and the hardness of water in some areas is high ,others are qualified ,which means that The study area basically belongs to the clean area, the overall quality is good, the whole can be considered as the III type water. And the evaluation of Naming River can provide some reference and suggestion in groundwater water quality of the open karst system.

Key words:Karst open system；the single factor index method；the Melo index evaluation method and quality of groundwater

[收稿日期]2015-07-31

[作者简介]罗哓芹(1990-)，女，贵州铜仁人，在读硕士研究生，主攻方向：地下水研究。

[中图分类号]P641.12

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)01-0080-03