陳 俊

(遼寧省撫順?biāo)木?，遼寧 撫順 113015)

遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化研究

陳 俊

(遼寧省撫順?biāo)木郑|寧 撫順 113015)

城市化發(fā)展對(duì)地下水溶質(zhì)成分的變化會(huì)產(chǎn)生重要影響，導(dǎo)致地下水溶質(zhì)的稀釋和運(yùn)移能力大大降低,也會(huì)導(dǎo)致地下水中增加新的溶質(zhì)。文章采用投影尋蹤地下水污染指數(shù)模型，對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水監(jiān)測(cè)井的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用修正的局部多項(xiàng)式插值法，對(duì)當(dāng)?shù)貧v史水源污染指數(shù)進(jìn)行插值分析，最終得到該研究區(qū)的地下水污染時(shí)空演化圖。研究結(jié)果表明，遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染指數(shù)較高，當(dāng)?shù)厮廴驹趨^(qū)域分布上呈現(xiàn)出輕—重—輕的階段性演變特征，由此證實(shí)了遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染情況與人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)密切相關(guān)。

遼陽(yáng)市；城區(qū)；地下水污染；時(shí)空演化；規(guī)律

隨著遼陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城市化迅速推進(jìn)，在一定程度改變了當(dāng)?shù)卦械牡叵滤h(huán)系統(tǒng)。因此，該城區(qū)地下水污染的時(shí)空演變規(guī)律已成為當(dāng)?shù)爻菂^(qū)水資源管理及決策過(guò)程中需要重點(diǎn)注意的問(wèn)題之一。通過(guò)對(duì)相關(guān)學(xué)者的研究資料進(jìn)行總結(jié)梳理發(fā)現(xiàn)，在遼陽(yáng)市城市化過(guò)程中，污染源分布情況及土地利用形態(tài)和污染物的排放等，與地下水實(shí)際類(lèi)型和污染形態(tài)及污染物的排放密度等相關(guān)指標(biāo)之間存在很大的關(guān)聯(lián)性。就國(guó)內(nèi)而言，針對(duì)區(qū)域地下水污染情況進(jìn)行研究的主要方法，一般分為內(nèi)梅羅指數(shù)法以及綜合污染指數(shù)法和層析分析法、模糊綜合指數(shù)法、灰色聚類(lèi)法等幾種[1]。但是，上述不同評(píng)價(jià)方法各自?xún)?yōu)勢(shì)不同，盡管計(jì)算便捷，但未能有效對(duì)地下水污染指標(biāo)的實(shí)際權(quán)重進(jìn)行考慮分析。因此，在結(jié)果評(píng)價(jià)方面具有很強(qiáng)的主觀性?；诖?，文章著重采用投影尋蹤方法，對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。由于這一分析評(píng)價(jià)方法能夠?qū)Σ煌廴驹催M(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)，且可簡(jiǎn)單、直觀對(duì)不同指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算分析，以此更為科學(xué)地展示了地下水污染時(shí)空演化的具體規(guī)律?；诖思夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，這一評(píng)價(jià)方法被越來(lái)越多的學(xué)者應(yīng)用到地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中。

1 遼陽(yáng)市城區(qū)區(qū)域概況

遼陽(yáng)市城區(qū)位于遼寧省東部地區(qū)，是沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)副中心城市，同時(shí)遼陽(yáng)也是東北地區(qū)最早的城市之一。該地區(qū)的地理坐標(biāo)為E122°35′-123°40′、N40°42′-41°36′。研究區(qū)實(shí)際占地面積為4743km2，遼陽(yáng)市處于遼東低山丘陵與遼河平原的過(guò)渡區(qū)域。因此，地貌類(lèi)型較為齊全，且地勢(shì)由高到低層次較為規(guī)整。這一地區(qū)獨(dú)特的氣候條件以及地貌條件、地質(zhì)條件等，決定了遼陽(yáng)地區(qū)屬于東北少有的優(yōu)質(zhì)水富成水地區(qū)。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，遼陽(yáng)市境內(nèi)長(zhǎng)達(dá)10km以上的河流大約有29條，而長(zhǎng)度大約5km以上的河流約有86條。因此，發(fā)達(dá)的水資源系統(tǒng)組成了渾河以及太子河兩大主要的水生態(tài)系統(tǒng)。

結(jié)合上述相關(guān)地質(zhì)資料情況及水域資源情況，文章在研究過(guò)程中，設(shè)置的監(jiān)測(cè)井井深為5.0-25.0m，單井涌水量為100-3000m3/d。該地區(qū)地下水主要補(bǔ)給水源為大氣降水及灌溉入滲補(bǔ)給水源和周邊基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給，另外該地區(qū)地下水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行受當(dāng)?shù)靥鞖饧暗刭|(zhì)情況和人類(lèi)活動(dòng)等諸多因素影響[2]。

2 遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化研究資料來(lái)源與方法

文章在研究過(guò)程中，重點(diǎn)選取了遼陽(yáng)市從1980-2009年水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)歷年來(lái)的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)為了保證篩選的數(shù)據(jù)具有科學(xué)性，文章在數(shù)據(jù)分析前對(duì)相關(guān)采樣水質(zhì)進(jìn)行了陰陽(yáng)離子平衡性分析，結(jié)合水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)，文章主要針對(duì)不同采樣水質(zhì)展開(kāi)CaCO3(總硬度)測(cè)試以及PH值測(cè)試和NH4+測(cè)試及SO42-測(cè)試、N02-測(cè)試、NO3-測(cè)試、F-測(cè)試、COD測(cè)試等九大影響遼陽(yáng)市城區(qū)地下水水質(zhì)的不同指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。因此，采樣數(shù)據(jù)時(shí)間跨度長(zhǎng)，能夠較為真實(shí)、客觀反映遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化的具體規(guī)律。

在實(shí)際分析研究過(guò)程中，文章主要采用投影尋蹤地下水污染指數(shù)分析法，構(gòu)建遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染指數(shù)模型。這一分析模型又稱(chēng)PP模型，這一方法的主要研究思路，是采用某種組合投影將采集的相關(guān)高緯數(shù)據(jù)投影到低維空間中，然后在此基礎(chǔ)上，通過(guò)投影指標(biāo)函數(shù)，衡量投影暴露遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空變化的可能性[3]。與此同時(shí)，找尋出使該投影指標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)的投影方向向量，再結(jié)合該投影向量對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化情況進(jìn)行分析，這一方法分析結(jié)果較為可靠[4]。因此，當(dāng)前已在我國(guó)其它地區(qū)地下水污染分析過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。

3 遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化規(guī)律分析

文章在分析過(guò)程中，在上述篩選的九大不同指標(biāo)中將按照5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)閥值，將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理生成50個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)水樣，然后按照以下方法流程，對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化特征情況進(jìn)行分析：

1)首先通過(guò)計(jì)算分析得到50個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)水樣的單因子污染指數(shù)；

2)經(jīng)過(guò)線性投影，得到唯一的投影值；

3)構(gòu)建科學(xué)的投影指標(biāo)函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行求解運(yùn)算。具體而言，可將遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化情況轉(zhuǎn)化為以下函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題：

(1)

在上述函數(shù)關(guān)系式中：投影值z(mì)(i)的標(biāo)準(zhǔn)差為為Sz；投影值z(mì)(i)的局部密度為Dz；且在該函數(shù)優(yōu)化過(guò)程中，若t≥0,則其函數(shù)值為1；若t<0,則該函數(shù)值為0。

在此基礎(chǔ)上，可經(jīng)過(guò)運(yùn)算求得50個(gè)不同水樣指標(biāo)具體的水污染指數(shù)Z(i)，在分析過(guò)程中從現(xiàn)行水樣檢查標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848-93中選定一標(biāo)準(zhǔn)水樣，然后假定該標(biāo)準(zhǔn)水樣值為50個(gè)不同水樣指標(biāo)相對(duì)應(yīng)等級(jí)水質(zhì)的上限閥值，通過(guò)計(jì)算得到該水樣所對(duì)應(yīng)的污染指數(shù)為2.64，然后將其設(shè)為遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)線，然后對(duì)50個(gè)水樣指標(biāo)進(jìn)行一一計(jì)算。

當(dāng)z(i)>2.64時(shí)，表明遼陽(yáng)市城區(qū)地下水已經(jīng)受到嚴(yán)重污染；

當(dāng)z(i)<2.64時(shí)，表明遼陽(yáng)市城區(qū)地下水處于安全線以上。

因此，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，如果z(i)參數(shù)值越大，表明遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染情況越嚴(yán)重，水質(zhì)越差。

在此基礎(chǔ)上，文章為了保證這一假設(shè)分析更具可行性和科學(xué)性，又采用修正局部多項(xiàng)式分區(qū)插值，對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行修正，同時(shí)為了通過(guò)從遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染情況中找到時(shí)空演化具體規(guī)律，文章結(jié)合采樣的水污染指數(shù)值進(jìn)行空間插值分析。文章考慮到不同地區(qū)人類(lèi)社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)不同，因此地下水溶質(zhì)濃度分布也會(huì)呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的變化規(guī)律[5]。另外，遼陽(yáng)市城區(qū)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，因此地下水污染時(shí)空演化會(huì)呈現(xiàn)出一種非連續(xù)性特征。故采用三階多項(xiàng)式作為插值函數(shù)，能夠進(jìn)一步圈定遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空分布區(qū)域，這一插值法具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)分布情況差異較大時(shí)，采用插值法能夠?qū)?shù)據(jù)分布變化情況進(jìn)行更好地描述[6]。因此，針對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化變化規(guī)律較大的特征，如果不對(duì)其進(jìn)行插值修正，會(huì)使局部區(qū)域污染源的時(shí)空變化差異更大。因此，會(huì)導(dǎo)致最終的數(shù)據(jù)分析結(jié)果存在較大的誤差。

對(duì)此，文章按照上述方法的具體分析思路，隨機(jī)選取1980年、1985年以及1988年和1992年、1997年、2002年和2006年及2009年一共8a內(nèi)歷史數(shù)據(jù)的水污染指數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算，并以Z=2.64作為此次分析的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，以此得到遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化圖，具體如圖1所示：

圖1 遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染指數(shù)時(shí)空分布以及時(shí)空演化圖示

4 遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化特征分析

從上述8a內(nèi)不同歷史數(shù)據(jù)所反映的地下水污染時(shí)空變化規(guī)律特征圖來(lái)看，遼陽(yáng)市城區(qū)總體已經(jīng)受到不同程度的污染[7]。從這一變化過(guò)程中可知，遼陽(yáng)市隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化也在迅速推進(jìn)。因此，大部分區(qū)域的地下水污染指數(shù)都超過(guò)了2.64這一閥值，故地下水污染指數(shù)偏高。究其原因，主要由于遼陽(yáng)市地下水在天然離子富集基礎(chǔ)上，又疊加了生活以及農(nóng)業(yè)及工業(yè)化等相關(guān)污染[8]。因此，最終導(dǎo)致遼陽(yáng)市地下水污染時(shí)空分布變化不均衡。另外，從上述圖示變化中可以看出，遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空變化特征具有“輕—重—輕”的變化規(guī)律，這一時(shí)空演變規(guī)律也在一定程度上反映了遼陽(yáng)市當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展逐漸經(jīng)歷了“由粗放式發(fā)展”到“精細(xì)化發(fā)展”的變化轉(zhuǎn)型過(guò)程。尤其是1980-1997年早先這段時(shí)期內(nèi)，遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2.64。因此，按照標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)劃分，這一地區(qū)屬于重污染區(qū)域，主要由于這段時(shí)期內(nèi)，遼陽(yáng)市一直在大力發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，因此局部地區(qū)分布有多個(gè)大型的化工廠以及熱電廠，大量的粉煤堆積以及污染物排放，使遼陽(yáng)市城區(qū)地下水遭受?chē)?yán)重污染；逐漸發(fā)展到2006年以及2009年，隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷出臺(tái)及區(qū)域間生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度不斷加強(qiáng)，遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空變化分布較為分散。因此，地下水污染程度有所減輕，主要位于東南地區(qū)以及西北部地區(qū)一帶；逐漸到了后期，遼陽(yáng)市工業(yè)城區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，因此拆除了大量的工業(yè)廠房，城區(qū)人們的生活環(huán)境得到大大改善。因此，過(guò)去的滲坑以及滲井等被填埋，生活污染垃圾也得到及時(shí)清理，地下水污染程度逐漸減弱[9]。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，文章重點(diǎn)基于投影尋蹤地下水污染指數(shù)模型，科學(xué)對(duì)遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染實(shí)際情況進(jìn)行了分析。在此過(guò)程中，文章為了提高數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性與完整性，在上述分析評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，采用修正的局部多項(xiàng)式插值法有效解決了遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化模擬過(guò)程中，地下水污染局布變異增大以及地下水污染非連續(xù)性等相關(guān)問(wèn)題。研究結(jié)果表明，遼陽(yáng)市城區(qū)地下水污染時(shí)空演化的具體規(guī)律與當(dāng)?shù)厝藗兩鐣?huì)生實(shí)踐活動(dòng)密切相關(guān)。從整個(gè)研究區(qū)的實(shí)際污染情況來(lái)看，遼陽(yáng)市城區(qū)各個(gè)片區(qū)的地下水都在不同程度上受到了一定的污染，從具體污染情況來(lái)看，該研究區(qū)地下水污染指數(shù)普遍偏高。文章通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)重污染區(qū)主要污染源為生活污染以及工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)污染三種類(lèi)型，在具體的時(shí)空演化過(guò)程中，逐漸呈現(xiàn)出“輕—重—輕”的變化規(guī)律。

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Temporal and Spatial Evolution of Groundwater Pollution in Urban Area of Liaoyang City

CHEN Jun

(Fushun Hydrology Bureau，F(xiàn)ushun 113015，China)

Urban development of groundwater and solute change will not only pose a threat to groundwater circulation system of the original，but also change the original landform in the region，especially in the process of the city，due to a large number of human production and life practice. Therefore，the dilution and migration ability of groundwater solute is greatly reduced. In this process，the development of urbanization will increase new solutes to underground water. Based on this，this paper will use the index of groundwater pollution projection pursuit model，and the historical data of Liaoyang city from 1980 to 2105 groundwater monitoring wells were analyzed. In the process of analysis,the groundwater pollution in the study area is characterized by non continuity. Therefore，this paper uses the modified local polynomial interpolation method to analyze the local historical water pollution index，and finally get the spatial and temporal evolution of groundwater pollution in the study area. The results further show that the groundwater in Liaoyang city has been polluted by different degrees.Therefore，the water pollution index is higher，in addition，by means of groundwater pollution situation evolution analysis，found that the local water pollution distribution in the region showing the evolution characteristics of stage light heavy light，which confirmed the Liaoyang city groundwater pollution and human social practice activities are closely related.

Liaoyang city; urban area; groundwater pollution; temporal and spatial evolution; law

1007-7596(2016)12-0017-03

2016-11-21

陳俊(1981-)，男，江蘇泰縣人，工程師，研究方向?yàn)樗呐c水資源管理與水資源評(píng)價(jià)等。

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