羅孝芹，張　強,陳麗影，孟慶鑫，趙　敏

(成都理工大學/地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

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基于單因子指數法的貴陽市南明河上游區(qū)綜合水質評價

羅孝芹，張強,陳麗影，孟慶鑫，趙敏

(成都理工大學/地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059)

[摘要]貴陽市由于其特殊的地質環(huán)境-巖溶地貌，地下水埋深較淺，巖溶地下水為開放的含水系統(tǒng)，地下水極易受到污染。運用單因子評價指數法結合內梅羅指數評價法對貴陽市核心區(qū)域——南明河上游區(qū)地下水水質進行分析評價。評價項目包括PH值、總硬度、氨氮、揮發(fā)性酚類、氟化物和大腸桿菌數目六項，經評價得出：研究區(qū)除大腸桿菌數目嚴重超標，及個別地區(qū)水硬度偏高外，其余幾項指標全部合格，即研究區(qū)基本屬于清潔區(qū)，整體水質良好，整體可歸結為III類水質?？蓪σ院髱r溶開放系統(tǒng)地下水地區(qū)水質評價提供參考與建議。

[關鍵詞]巖溶開放系統(tǒng)；單因子指數法；內梅羅指數評價法；地下水水質

貴陽市作為典型的喀斯特地貌城市，其地下水以巖溶水為主，占90%(C級儲量)。2005年4月貴州大學對貴陽市及周邊約2 400 km2范圍內的地下水資源普查表明，地下水天然資源量為1.897×106m3/d[1]。隨著其城市化的發(fā)展，地下水已成為人們生活生產的必不可少的供給源，但是城市化、工業(yè)化產生的工業(yè)廢水和生活污水等，污染城市地下水環(huán)境，使生活生產遭受影響。

根據水資源開發(fā)利用和長遠規(guī)劃的協調性的原則 ，綜合考慮河流水系的完整性 ，水文氣象特征一致 ，地形地貌和水文地質條件相似，有利于三水轉換的研究和水資源總量匯總計算，區(qū)域經濟發(fā)展相關聯的原則 ，將全市劃分為六個水資源區(qū) 。分別為：魚梁河區(qū)、百花湖區(qū)、南明河下游區(qū)、南明河上游區(qū) 、蒙江區(qū)[2]。南明河上游區(qū)，位于貴陽市的中心地帶，涉及貴陽市六大行政區(qū)劃中的白云區(qū)、云巖區(qū)、小河區(qū)、花溪區(qū)及南明區(qū)五大區(qū)域，市中心就位于該區(qū)域。其間還囊括了貴陽市兩大供水水源地：花溪水庫和阿哈水庫。所以對該區(qū)域進行地下水水質評價有著重大的意義，一來可以對該區(qū)域的水質治理與保護提供真實可靠的數據，二來可以對貴陽市其他地區(qū)的地下水治理與保護提供寶貴的參考意見。

本文基于單因子指數法避免了確定權重的主觀隨意性，較為簡單、直觀的優(yōu)點，結合《地下水質量標準》(GB/T14848-93)采用的內梅羅指數法，對南明河上游區(qū)地下水的水質進行評價。

1區(qū)域水文地質條件分析

南明河上游區(qū)地處長江水系和珠江水系的分水嶺地帶，內有南明河及花溪河兩大河流，同時還有黔靈湖、游魚河等主要水文要素。南明河是區(qū)內最大的河流，由西南向東北縱貫全區(qū)，中上游段河谷開闊，支流有小車河、市西河及貫城河。在流經城區(qū)前，水質均良好。如今河流上游已建成六座水庫，其中阿哈水庫、花溪水庫、松柏水庫為評價區(qū)主要供水源。

區(qū)內主要分布二疊系和三疊系地層，僅東北部出露少量志留系、泥盆系及石炭系地層，中南部出露少量侏羅系地層，因而區(qū)內以碳酸鹽巖層分布面積最廣，其次是碎屑巖，松散巖層分布面積為甚微，地下水資源的構成主要為巖溶水，次為碎屑巖裂隙水，孔隙水極為貧乏。區(qū)內地下水較豐富，巖溶泉及地下河眾多，但由于廣泛的碳酸鹽巖巖溶裂隙及管道的發(fā)育，地表水、地下水交替頻繁，使地下水容易受到污染。

2區(qū)域水化學特征

評價區(qū)大部分為半裸露型巖溶區(qū)，遠郊未受污染或輕污染，地下水化學類型比較單一，多為HCO3-Ca.Mg或HCO3·Ca型，其中只關嶺組局部石膏鹽層中的地下水化學類型(主要是鉆孔水)變?yōu)镾O4-Ca或SO3HCO3-Ca·Mg型，城區(qū)及近郊區(qū)，由于受到工業(yè)廢水及生活污水的污染，局部地下水化學類型發(fā)生了變化，由HCO3-Ca·Mg型向SO3HCO3-Ca·Mg型或SO4-Ca型發(fā)展。

地下水中主要以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-為主。在陽離子中，Ca2+和Mg2+離子占了80%以上，其中Ca2+是主要的，占50%以上，而Na+、K+一般低于20%。在陰離子中，HCO3-和SO42-占了80%以上，其中多數樣品的HCO3-為50%以上。冬季和夏季的地下水中Ca2+和Mg2+離子平均含量變化不大，可能與碳酸鹽巖礦物的溶解平衡有關。地下水分為3個主要化學類型：(1)HCO3型地下水，主要位于城市外圍地區(qū)；(2)SO4型地下水，主要來自硫化物的氧化或硫酸鹽礦物的溶解；(3)富Cl-型地下水，該類地下水多分布在貴陽市區(qū)。

3 方法與結果

在南明河上游區(qū)選取了20個代表性監(jiān)測點及PH值、總大腸菌、氨氮、揮發(fā)性酚類、氟化物、總硬度6個指標作為主要評價指標進行評價。其中pH值反映地下水的酸堿度；大腸菌群數常作為飲水、食物或藥物的衛(wèi)生學標準；氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導致水富營養(yǎng)化現象產生，是水體中的主要耗氧污染物，國家標準Ⅲ類地面水， 非離子氨的濃度≤0.02 mg/L；酚類化合物是一種細胞原漿毒 ，在水中超標，人畜飲用將造成危害，所以揮發(fā)性酚類是《地下水質量標準》中的必測指標；氟化物指含負價氟的有機或無機化合物，人體短時間攝入大劑量可溶性氟化物，能引起急性中毒，過量攝入則會影響健康，生活飲用水中的氟化物濃度有嚴格的規(guī)定，總硬度是單位體積水中鈣、鎂離子的含量總和，可作為反應地下水中水化學成分的指標。由于監(jiān)測點的地下水性質大部分為生活飲用水，所以六項指標基本可全面反應研究區(qū)水質質量，采用《地下水質量標準》(GB/T14848-93)進行了水質分類評價，評價標準見表1。

表1　地下水水質評價指標

單因子污染指數法是將某種污染物實測濃度與該種污染物的評價標準進行比較以確定水質類別的方法。即將每個水質監(jiān)測參數與進行比較 ，確定水質類別 ，最后選擇其中最差的水質單項指標所屬類別來確定所測區(qū)域水體綜合水質類別，而弱化其他因子的作用。通過單因子污染指數評價可確定地下水體中的主要污染因子。水質的單因子污染指數 Fi的計算公式為:

(1)對于評價標準為定值的水質因子，計算公式為：

Fi=Ci/C0

式中：Fi地下水中某項組分i的評價指數，Ci為某項組分i的實測濃度(mg/L)，C0i為地下水中某項組分i的評價標準(mg/L)

(2)對于評價標準為區(qū)間值的水質因子(如PH值)公式為：

式中：PPH為PH的標準指數，無量綱，PH為檢測值；PHsd為標準的下限值；PHsu為標準的上限值；Fi<1表示地下是水未受污染；Fi>1表示地下水已受污染；Fi越大受污染越嚴重。

南明河上游區(qū)各個監(jiān)測點的水質監(jiān)測結果如表1 所示，根據監(jiān)測值計算出各點單因子評價指數，繪制出20個監(jiān)測點各個指標單因子評價指數柱狀圖1(其中點6、7、8、16大腸桿菌由于單因子指數偏大，無法在圖中直接顯示，現給出其具體數值，依次為：10、11、17、54)

圖1　南明河上游區(qū)各監(jiān)測點單因子評價指數圖

由圖1及表2可知，研究區(qū)有一半的監(jiān)測點已被污染(分別是點1、5、6、7、8、10、11、12、15、16十個監(jiān)測點)。而已被污染的監(jiān)測點，大部分是因為大腸桿菌這一檢測項目數目普遍超標(點6、7、8及16)，多達十倍至幾十倍。石板鎮(zhèn)蘆獲村飲用水中大腸桿菌的單因子指數竟達54，而貴陽永新紙塑包裝廠的生活飲用水中大腸桿菌單因子指數為17，遠遠超出生活飲用水的標準。部分因為水硬度超標，如貴龍飯店、省科院、花溪西站等多處地方水硬度偏高。同時高硬度水地區(qū)也存在高F現象，上述高硬度水質監(jiān)測區(qū)F含量雖未超標但普遍高于其他監(jiān)測點檢測值。但是其他幾項檢測指標幾乎全部合格。

基于單因子指數法這一缺點(評價項目中的一項超標，整個評價區(qū)域就超標，定為污染)，現采用內梅羅指數法對該區(qū)域地下水水質進行綜合評價。計算公式如下：

評價結果見表2，評價標準如下表3所示：

表2　地下水綜合指數分區(qū)表

表3　地下水水質綜合評價結果表

4結語

評價區(qū)由于其特殊的地質環(huán)境—巖溶地貌，其地下水類型為巖溶地下水，且地下水埋深較淺，而巖溶地下水為開放的含水系統(tǒng)，地表水與地下水轉換頻率快、循環(huán)交替快，且含水系統(tǒng)封閉性較差，極容易受到污染，所以：(1)容易出現總大腸菌超標的Ⅳ類、V類水的機井(鉆孔)—重度污染區(qū)，同時在采水、取水過程中都極易受到人為污染，所以在采水、取水的過程中應該采取嚴格的保護措施；(2)在評價方法上，諸如灰色聚類法、模糊神經網絡等將下比較流行的方法在南明河上游區(qū)的水質評價中得不到較為理想的效果，而單因子指數法避免了確定權重的主觀隨意性，較為簡單、直觀的優(yōu)點在評價中得到的結論更為實際合理，同時結合綜合指數法最大污染因子明顯化的優(yōu)點對進行污染治理有很大優(yōu)勢。

鑒于對開放巖溶系統(tǒng)的水質評價資料文獻較少，所以本文采用綜合指數法對研究地下水水質評價得出的結論，可對日后貴陽市及其他巖溶地下水地區(qū)地下水水質研究提供參考。

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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

[作者簡介]羅嘵芹(1990-)，女，貴州銅仁人，在讀碩士研究生，主攻方向：地下水研究。

[中圖分類號]P641.12

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)01-0080-03