改进的AHP方法对鲅鱼圈地下水水质的分析

常秀红

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124100)

近年来，国内学者对区域地下水水质的综合评价已逐步开展，并取得了一些研究成果[1]，但对于不同地区地下水水质的综合评价结果不同，而且不同的方法在不同地区都具有其适用性，地下水是鲅鱼圈地区重要的水资源，对于有效利用鲅鱼圈地区的水资源非常重要，目前，由于人类活动的影响，鲅鱼圈地区的地下水水质受到不同程度的影响[2- 3]，结合地下水采样点分析的水质数据，对地下水质量进行综合评价，提出相应的保护规划措施，因此，本文结合该区域的地下水水质采样和分析数据，采用改进的AHP水质评价方法[4]，分析该方法的适用性，从而对鲅鱼圈地区的地下水水质综合评估，以此来指导鲅鱼圈地下水资源综合利用规划。

1 改进的AHP方法原理

评价方法分别为改进的AHP方法和指标分类综合法两种，本文主要分析改进的AHP方法原理，该方法结合指标进行判定，计算方程为：

(1)

在方程中bij表示不同地下水水质指标的相对重要度。结合权重设定方程对其指标的权重进行判定，判定方程为：

(2)

在方程中Ui表示表示为各指标判定矩阵的n次方根。在权重设定的基础上，对其权重进行检验，检验方程为：

Ic=(λmax-n)/(n-1)

(3)

在方程中λmax表示为各指标判定的最大特征解，其求解方程为：

(4)

在方程中(Bω)i表示为判定矩阵中各指标的向量特征根，n表示为综合评价指标的数目。

在指标判定的基础上，采用优化排序方式对其指标进行评价决策，决策方程为：

(5)

在方程中xij表示为不同指标下的属性值；在决策矩阵计算的基础上，还需对该矩阵进行标准化计算，计算方程为：

(6)

在决策矩阵设定的基础上，对其指标进行排序计算，计算方程为：

(7)

2 研究区概述

鱿鱼圈的地下水水源地位于营口市西南，面积约190.4km2，西面向海，它属于冲积平原，统计结果表明，该地区年平均气温为9.8°C，年平均降水量为632mm，主要集中在6—9月，占全年的73.6%，多年平均水面蒸发量为978mm，最大蒸发量集中在5—6月。流经该地区的主要河流为熊岳河和沙河，熊岳河从东向西流经杨运、陈屯、九龙地及熊岳4个乡镇，最后经熊岳镇豫园子村进入渤海[5]。

3 地下水类型及富水性

3.1 松散岩类孔隙水

3.1.1浅层潜水

水量极为丰富区是分布在二道河至熊岳河口河床阶地的含水层[5]，二道河至陈屯的含水层上游的岩性为砾石、卵石和中等粗砂，正红旗的下游区域为中等粗砂及中细砂，亚黏土和亚砂土的透镜体部分夹在含水层中，在垂直方向上，它具有粗细相间的特性，通常中粗砂包含砾石、卵石和中细砂，分布于北起芦屯南至镶蓝旗归州一带，主要由山前的冲积物组成。

水量中等区的含水层主要分布在归州地区和熊岳平原的北盐厂，归州的含水层约1m深，盐厂区是一个小山前洼地，含水层岩性为粗砂，埋深约3m，水域较差，含水层主要分布在熊岳河支流河谷及其上游中，含水层的埋藏深度小于1m。

3.1.2浅层微承压水

主要分布在陈家屯段和红旗铺段，含水层分布在坡洪积扇裙中，岩性为中粗砂砾，只有1层，顶板埋藏约13m深，裸露的厚度为7m左右，埋深约为6m，红旗堡段为含水层分布在山前坡洪积扇裙中，岩性为粗砂、细砂和次黏土夹层，含水层可以达到5层，顶板深度约为6m，单层厚度为0.5～1.5m，裸露出约4m的总厚度，埋在3m左右。

3.2 基岩裂隙水

该区内基岩以中生代的侵入岩为主，岩性为各类花岗岩，故主要以块状岩类裂隙水为主，由于花岗岩结构紧密，所以其富水性是较差的[6]。区域内出现的泉，其流量大都小于10t/d，只有在断裂或不同岩性接触带处，其流量才可能较大。

3.3 地下水补径排特征

3.3.1地下水的补给作用

(1)大气降水的渗入补给

在研究区域，岩性主要是中粗砂和细粒砂，亚黏土和亚砂土透镜体被部分夹在中间[7]，大气降水和入渗条件良好，降水入渗系数可达0.30～0.35，其他地区的岩性具有粗细相间的结构特性，它由亚黏土、砂和砾石组成，且属熊岳平原，地势较为平坦，地表径流相对缓慢，降水入渗系数为0.25～0.30，并由东向西逐渐减小。

(2)河流的补给作用

熊岳河补给地下水是研究区重要的补给方法之一[8]，研究区的熊岳河属于该河的中下游，河床比降下降较小，有利于河水补给地下水。河床的底部相对较厚，直接与含水层接触。地下水水位与河流水位密切相关，在大多数情况下，地下水水位高于河流水位，形成比降补给作用，仅在高水期的某些时期，河水水位高于地下水水位，对地下水形成补给作用[9]。

(3)井灌回归补给

研究区有种植很多果树，而葡萄树是主要的果木之一，葡萄藤在一年的生长期需要大量的水，当地的果农使用自己的地下水井进行灌溉，研究区有很多这样的井，在井灌高峰时，井灌回归补给也是该地区地下水回灌的重要组成部分[10]。

3.3.2地下水径流

研究区的径流方向相对简单，主要是从东部山前高水位到西部海岸低水位的径流[11]，水力梯度约为1/1200。

4 研究区地下水评价

4.1 取样分析

结合鲅鱼圈地区地下水采样点水质化验数据，对主要6种指标1990—2018年的指标浓度变化过程进行分析，分析结果如图1所示。

从各项指标的变化趋势可以看出，从1990—2018年，鲅鱼圈地区地下水水质评价指标中硫酸盐、硝酸盐和铁的浓度变化不断增加，砷、氟、总硬度3种指标的浓度呈逐渐变化的趋势，下降幅度增大。这3个指标的浓度变化下降的主要原因是，

图1 1990—2018年鲅鱼圈地区地下水水质主要评价指标变化过程

鲅鱼圈地区自2005年以来加强了对地下水水质的综合保护，并控制了地下水中重金属和氟化物的指标[12]，另外，通过硬水软化的综合措施降低了地下水的总硬度指数，因此这3个指标的浓度呈现出一定的下降趋势，从图1中还可以看出，2005年之后，这3个污染指标的浓度都与2005年进行了比较。硫酸盐、硝酸盐和铁的浓度增加主要是由于工业和家庭用水量的增加，增加了这3个污染指标在地下水中的浓度，但是，从图1中可以看出，这3个指标在2005年以后，增幅有所下降。

4.2 各指标均值及变异度分析

基于每个指标测定的结果，分析了不同分区的浓度平均值和变化系数。分析结果见表1。

按照鲅鱼圈地区水资源分区对其各污染物浓度均值和变异系数进行分析，从分析结果可看出，在水资源分区Ⅱ区内各污染指标浓度最高，这主要是因为这一区域主要位于地下水开采较为集中的区域，受地下水开采的影响程度较大，使得其各项污

表1 鲅鱼圈地区各分区水质浓度均值及其变异系数

染指标的均值和变异系数高于其他几个水资源分区。水资源分区Ⅰ区主要位于鲅鱼圈的南部区域，从分析结果可看出，这一分区各污染指标浓度均值和变异系数均好于其他几个分区，这主要是因为该分区为鲅鱼圈地区只要的饮用水源区，区域地下水质综合保护程度好于其他分区，因此地下水质状况也好于其他分区。水资源分区Ⅰ区、Ⅲ区主要位于鲅鱼圈的东部，从分析结果可看出，鲅鱼圈南部的地下水质状况好于东部。

根据鲅鱼圈地区水资源分区，分析各污染物浓度的平均值和变异系数。从分析结果可以看出，水资源的Ⅱ区中各种污染指标的浓度最高，主要是因为该区域主要位于地下水开采中，浓度较高的区域受地下水开采的影响更大，这意味着每个污染指数的变异系数都高于其他几个水资源带。水资源分区Ⅰ主要位于鲅鱼圈南部。从分析结果可以看出，该分区中各污染指数的平均浓度和变异系数要好于其他分区。这主要是因为该分区仅在鲅鱼圈需要饮用，水源地区的地下水水质综合保护程度优于其他分区，因此地下水水质也优于其他分区。第一和第三水资源区主要位于鲅鱼圈东部。从分析结果可以看出，鲅鱼圈南部地区的地下水水质优于东部地区。

4.3 评价结果

该评级方法对其各分区的水质指标进行综合确定，其中铁、总硬度、硝酸盐、硫酸盐、砷、氟化物的权重设定为16%、23%、11%、25%、12%、13%。见表2。

表2 两种方法地下水水质综合评价结果

注：1表示为模糊数学方法；2表示为改进AHP方法。

从两种方法的评价结果可看出，改进的AHP方法更适用于鲅鱼圈地区的地下水质综合评价，这主要是因为该方法可以对指标的进行综合选优，确定各污染评价指标的最优权重值，使得其评价结果更为合理。

5 结语

从鲅鱼圈地区地下水水质实际评价结果来看，采用改进的AHP方法更加适合该地区，但是由于该地区人类活动较为集中的区域，其地下水评价等级相对较低，应重点加大对鲅鱼圈东部地区地下水质的综合保护措施力度，降低硫酸盐、硝酸盐、铁指标的浓度等，另外在以后的研究中还应对各指标权重进行客观设定，以便提高评价结果的客观性。