阜新市地下水水质分析评价

赵雁红

(辽宁省阜新市水文局，辽宁 阜新 123000)

水是人们赖以生存的必要条件，日常生活用水以及农业灌溉用水更是显得尤为重要。地下水在我们的生活用水、工业用水以及农田灌溉用水等方面发挥着至关重要的作用[1]。为了预防水资源的污染、过度开采水资源引起严重缺水并合理化配置水资源，水质的评价分析一直被目前国内外学者认为是水资源可持续利用的重要基础[2]。受多种自然因素和人类活动因素的综合影响，地下水水质状况逐渐呈现出局部区域的不均匀性和不稳定性等特征，据此很难采用单因子指数法对其进行综合的定性评价。对水质进行评价往往具有明显的渐变性和不确定性等特点，仅仅采用某项指标的监测结果很难对水体状况作出准确的判别和分析。通过对研究对象的水质各项污染物质量浓度进行实际监测，并选取合理的水质等级评价标准，然后对实测结果按照模糊评价基本理论进行模糊转化的方法，为目前地下水水质评价常用的方法[3- 5]。

阜新市位于我国辽宁省西部，占地面积约为1.04万km2。作为沈阳市经济快速发展、人口高度密集的区域之一，地区面积和水资源总量相对于辽宁省其他区域均处于较低水平，而该区域的经济总量却处于较高水平，并不丰富的水资源量维持了该区域近30年的经济高速发展。阜新市城市生活及工农业发展的主要地下水水源有凌河、大巴、细河以及王府水源等。本文在详细分析了阜新市地下水监测状况的基础上，结合实测数据资料和GB/T 14848—2017《地下水水质量标准》选取挥发酚、溶解性总固体、总硬度、Cl-、As、Cd、COD、Fe、F-等19项水质指标，然后利用拓广的Weber-Fechner定律进行了科学、合理的评价，并分析了该区域1996—2015年的水质变化趋势，以期为提高该区域地下水的利用效率提供参考。

1 阜新市地下监测现状

阜新市的地貌类型属于低山丘陵区，地势结构表现出东南高、西北低的低的变化趋势，全区海拔高度在48.5～831.4m之间。受河网水系的长期冲刷以及山区基岩的风化剥蚀，该区域第四系沉积物厚度在500m以上。阜新市浅层地下水主要以第Ⅰ含水层主，同时还有一定的浅层承压水、微承压水、潜压水等水力特征。大气降水是阜新市地下潜水层补给的主要来源，而地下的开采和蒸发扩散是其排泄的主要方式，并以农业季节性开采作为地下水排泄的主要途径，同时部分地下水资源被排入水库、河流和水塘等转化为地表水。

本文选取阜新市境内10处地下水水质监测站点，所选取的监测站点基本能够反映阜新市地下水的整体状况。按照每年监测2～3次的频率对该区域2000—2015年水质指标进行提取，各监测站点位置及地下水类型见表1。

表1 阜新市地下水水质监测站点

结合实测数据资料和GB/T 14848—2017分别选取挥发酚、溶解性总固体、总硬度、Cl-、As、Cd、COD、Fe、F-等19项水质指标，通过对各指标的综合计算评价水质状况。

2 拓广Weber-Fechner定律的应用

2.1 归一化处理

韦伯定律也可称为韦伯率，它是指感觉的差别阈限能够按照一定的规律特征随着原刺激变量的改变而变化的特征。结合W-F韦伯-费希纳定律可选取与地下水环境质量相关的参数，作为评价的指标，通过对综合评价分类值UFIk以及韦伯常数α的确定得到研究区域的水质状况[8]。

为尽可能的降低不同指标值之间的差异并按照各指标不超过一个数量级的原则，可根据指标分类标准值以及地下水水质状况设定一个适当的参考值cj0，见表2。利用下述公式对水质初始监测数据做归一化处理。

(1)

式中，cj0—第j项指标的参照值，取值结果见表2。

表2 地下水水质指标参照值cj0

2.2 水质评价指标的计算

阜新市地下水水质利用拓广Weber-Fechner定律进行评价，单项指标UFIj和综合评价指数UFI的计算公式分别如下：

UFIj=αlgxj

(2)

(3)

(4)

式中，UFIj—单项指标j的评价指数；α—对所有归一化指标适用，并且与具体指标j无关的韦伯常数；xj—经归一化处理后的指标值；wj—第j项指标的归一化权值；cj、p—分别第j项指标的监测值和综合评价指标数；Sj5—隶属于V等级的第j项水质指标标准值。

为便于计算并使得lg(xj+1)=0，采用xj+1替代xj，并且实践表明对评价结果不产生影响。

2.3 韦伯常数的确定

假定韦伯常数α值为1，则可选取模拟监测值为各水质指标在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级别的上限值，然后采用所述公式可求得对应于各水质等级的W-F综合指数[8]。根据各水质类别综合指数目标值在α为1时计算结果，通过调试α值为38.52可求得分类值UFIk，结果见表3。

表3 综合评价指标目标值与分类值UFIk

3 阜新市地下水质评价

3.1 水质现状评价

检查阜新市地下水水质监测资料的合理性，并采用水质指数法进行评价，最终得到在19项评价指标下的综合指数UFI。然后以上述计算求得的综合评价指数分类值UFIk为依据，评价阜新市2015年的水质状况，结果见表4。

表4 阜新市2015年地下水水质状况评价

由表4可知，阜新市地下水水质状态整体处于Ⅱ类，水质处于良好状态，80%以上的监测点符合地下水Ⅲ类标准，并且适用于工农业用水以及集中式生活用水；仅有苍土和大五家子区域的地下水水质超过Ⅲ类标准，该区域的地下水对人体健康有害，不适合作为生活用水水源。在大五家子的UFI为68.6，略高于Ⅴ类分类指标UFIk值的67.45，其中水质指标溶解性总固体、总硬度、亚硝酸和硝酸盐氮、铅等5项指标处于Ⅴ类等级，并以铅和硝酸盐类为主。苍土地下水监测点的UFI为66.04，略低于Ⅴ类分类值的67.45，该区域主要污染物指标有氯离子、总硬度、硝酸盐和亚硝酸盐、总硬度指标，并以氯离子和硝酸盐类为主。

大五家子区域地形地貌已平原和丘陵为主，其地下水水位常年处于1.7～8.02m范围，并且呈现出一定的下降趋势，主要超标污染物指标有铅和硝酸盐类，由此可认为工农业污染可能是引起该区域污染物超标的主要因素。而在苍土区域其地下水水位相对较浅，在1.52～3.45m范围，多年来地下水位表现出缓慢的下降趋势，主要以氯离子和硝酸盐类为主，据此可推测认为海水入侵时引起其污染的关键因素。

3.2 水质变化趋势

采用上述方法分别对阜新市1996—2015年的地下水水质变化情况评价，结果见表5。

表5 阜新市1996—2015年水质变化UFI区间

由表5计算结果看出，阜新市50%左右的地下水水质监测站UFI在1996—2015年并未表现出显著的变化，并且该区域地下水依旧满足Ⅲ类的等级标准；约10%的监测站多年变化呈现出较大的变化趋势，并存在不满足饮用水条件的现象；其他监测点经常处于大于Ⅲ类水质的标准，并且未发生明显改变。综上所述，阜新市地下水水质在1996—2015年并未出现较大的变化幅度，并整体呈现出好转的变化趋势；除个别年份存在一定的水质下降趋势，整体处于良好状态[9- 10]。

4 结论

为尽可能降低不同指标值之间的差异并按照各指标不超过一个数量级的原则，本文根据指标分类标准值以及地下水水质状况设定一个适当的参考值cj0。然后根据各水质类别综合指数目标值在α为1时计算结果，通过调试α值为38.52可求得分类值UFIk，最终得到在19项评价指标下的综合指数UFI，得出的主要结论如下：

(1)阜新市地下水水质状态整体处于Ⅱ类，水质处于良好状态，80%以上的监测点符合地下水Ⅲ类标准，并且适用于工农业用水以及集中式生活用水；仅有苍土和大五家子区域的地下水水质超过Ⅲ类标准，该区域的地下水对人体健康有害，不适合作为生活用水水源。

(2)大五家子的UFI为68.6，略高于Ⅴ类分类指标UFIk值的67.45，其中水质指标溶解性总固体、总硬度、亚硝酸和硝酸盐氮、铅等5项指标处于Ⅴ类等级，并以铅和硝酸盐类为主。苍土地下水监测点的UFI为66.04，略低于Ⅴ类分类值的67.45，该区域主要污染物指标有氯离子、总硬度、硝酸盐和亚硝酸盐、总硬度指标，并以氯离子和硝酸盐类为主。

(3)阜新市地下水水质在1996—2015年并未出现较大的变化幅度，并整体呈现出好转的变化趋势；除个别年份存在一定的水质下降趋势，整体处于良好状态。