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        基于非線性檢驗(yàn)方法在細(xì)河地下水水質(zhì)變化趨勢(shì)檢驗(yàn)中的應(yīng)用

        2020-05-21 12:36:34
        黑龍江水利科技 2020年3期
        關(guān)鍵詞:趨勢(shì)

        張 威

        (遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心,沈陽(yáng) 110003)

        1 概 述

        細(xì)河發(fā)源于阜蒙縣扎蘭營(yíng)子鄉(xiāng)駱駝山[1],境內(nèi)河長(zhǎng)86km,境內(nèi)流域面積為2284 km2,于義縣復(fù)興堡入大凌河。細(xì)河流域主要是新生代第四紀(jì)沉積物的巖性砂礫石,該區(qū)域位于丘陵地區(qū),地下水補(bǔ)給、徑流條件較好;在王府、紅帽子一帶的第四紀(jì)沉積含水層厚度為5 - 20m,主要巖性為砂礫石、粗砂,是阜新市重要水源地之一。

        細(xì)河流域地下水資源主要分布在河谷地區(qū)多為小坡河谷,呈樹(shù)枝狀分布,沉積物主要為砂礫石,第四系含水層厚度通常在2-20 m,多為汛期河流,對(duì)地下水的補(bǔ)給是非常有限的。

        從1970到2018的地下水?dāng)?shù)據(jù)分析及地下水過(guò)程線分析來(lái)看,該區(qū)域地下水開(kāi)采量變化不大,在 1094-2917萬(wàn)m3,從2001-2018年,由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,受人為因素影響地下水動(dòng)態(tài)的控制日益明顯,區(qū)域灌溉、礦山機(jī)電的數(shù)量有所增多[1],導(dǎo)致地下水開(kāi)采數(shù)量增加快,在2917-4900萬(wàn)m3。

        細(xì)河流域地下水的區(qū)域和時(shí)空分布不均,山前平原和河谷平原以松散巖類(lèi)孔隙水為主,補(bǔ)給條件和儲(chǔ)水條件較差。細(xì)河流域內(nèi)山丘區(qū)地下水資源量與平原區(qū)地下水資源量之和,扣除山丘區(qū)與平原區(qū)地下水資源量之間的重復(fù)計(jì)算量,為細(xì)河流域地下水資源量[2-3]。

        2 檢驗(yàn)方法

        采用非線性檢驗(yàn)方法對(duì)地下水污染監(jiān)測(cè)中各種污染指標(biāo)的變化趨勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn),此方法將測(cè)試數(shù)據(jù)變量序列(x1,x2,…,xn)設(shè)置為獨(dú)立于同一樣本群體,并且是獨(dú)立的,并將變量統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于測(cè)試,其可變統(tǒng)計(jì)方程為:

        (1)

        (2)

        (3)

        (4)

        在式(1)-(4)中,S是檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量;xi和xj是來(lái)自同一樣本總體的不同樣本數(shù)據(jù)系列;σs是樣本檢驗(yàn)的方差值;sign符號(hào)是計(jì)算符號(hào); n是總體中的樣本數(shù); Z是樣本測(cè)試的級(jí)別; 如果Z> 0,則表示測(cè)試樣品數(shù)據(jù)序列顯示增加的變化,Z <0,表示測(cè)試樣品數(shù)據(jù)序列顯示減少的變化,但檢驗(yàn)級(jí)別的絕對(duì)值≥2.32,1.64和1.28,分別表示它們的檢查水平分別達(dá)到了99%,95%和90%。

        根據(jù)1970年—2018年西河地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水觀測(cè)數(shù)據(jù),分析的4個(gè)主要指標(biāo)為氟化物,氨氮,濁度和硝酸鹽,考慮到污染物時(shí)間分布在各個(gè)指標(biāo)中的影響,從年尺度和季節(jié)尺度分析了地下水污染程度的變化趨勢(shì)[4]。

        3 地下水水質(zhì)變化趨勢(shì)

        3.1 污染物年濃度變化

        根據(jù)細(xì)河地區(qū)地下水主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的污染數(shù)據(jù),檢驗(yàn)了1970年—2018年污染指標(biāo)變化的趨勢(shì),細(xì)河地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染物變化趨勢(shì),見(jiàn)表1,喀什地區(qū)地下水采樣點(diǎn)各污染物濃度的年變化趨勢(shì),見(jiàn)圖1。

        表1 細(xì)河地區(qū)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要污染物變化趨勢(shì)

        圖1 喀什地區(qū)地下水采樣點(diǎn)各污染物濃度的年變化趨勢(shì)

        從表1可以看出,細(xì)河地區(qū)的污染物指標(biāo)從1970—2018年呈明顯下降趨勢(shì),氟化物和渾濁度指標(biāo)的顯著性下降值超過(guò)-1.28,達(dá)到90%的顯著性檢驗(yàn)水平,而其他2個(gè)指標(biāo)的非線性檢驗(yàn)值低于-1.28,未通過(guò)90%顯著性檢驗(yàn)。這主要是因?yàn)榻陙?lái),細(xì)河地區(qū)加大了對(duì)地下水資源的保護(hù),對(duì)地下水采取了雙重控制措施,使地下水水質(zhì)改善效果更加明顯,從圖1可以看出,2010年以后,該地區(qū)各種地下水污染物指標(biāo)的濃度呈現(xiàn)出更明顯的下降趨勢(shì),通過(guò)地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,細(xì)河地區(qū)的地下水水質(zhì)在2000年后通常可以達(dá)到在III類(lèi)水。

        3.2 污染物濃度季節(jié)變化

        結(jié)合每個(gè)季節(jié)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物的分析數(shù)據(jù),檢驗(yàn)了不同季節(jié)污染物的變化趨勢(shì),各季節(jié)硝酸鹽濃度化趨勢(shì),見(jiàn)表2。分析了不同季節(jié)不同污染物的變化趨勢(shì),各季節(jié)氟化物濃度變化趨勢(shì),見(jiàn)圖2。

        春季

        夏季

        秋季

        冬季

        春季

        夏季

        秋季

        冬季

        春季

        夏季

        秋季

        冬季

        春季

        夏季

        秋季

        冬季

        表2 不同季節(jié)細(xì)河地區(qū)地下水污染物變化趨勢(shì)檢驗(yàn)

        從表2中可以看出,細(xì)河地區(qū)夏季各種地下水污染物的濃度呈上升趨勢(shì),這主要是由于夏季降水量大,明顯高于其他季節(jié),以及降雨產(chǎn)生的徑流,降水是表面污染物的主要載體, 降水增加隨著徑流進(jìn)入地下水的污染物增加是夏季增加污染物濃度的主要因素[5-6]。根據(jù)其非線性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),是否是通過(guò)了90%的顯著性檢驗(yàn),細(xì)河地區(qū)秋冬季地下水污染物濃度呈明顯下降趨勢(shì),但其非線性檢驗(yàn)值未通過(guò)90%顯著性檢驗(yàn),受春季區(qū)域性面源污染的影響,其濃度有所提高。從每個(gè)季節(jié)的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的污染物濃度分析,可以知道,除了春季渾濁以外,其他指標(biāo)中污染物濃度的變化總體上是穩(wěn)定的,進(jìn)入夏季后,監(jiān)測(cè)點(diǎn)的污染物濃度變化明顯,其中氨氮,硝酸鹽的增加趨勢(shì)最為明顯,這是夏季地下水環(huán)境影響的兩個(gè)重要指標(biāo)。

        而進(jìn)入秋季和冬季后,各污染指標(biāo)都呈現(xiàn)遞減變化趨勢(shì),且趨勢(shì)度有所增加,其中氨氮和硝酸鹽的遞減趨勢(shì)最為明顯,這主要是因?yàn)檫M(jìn)入秋季和冬季后,降水減少,使得徑流有所減少,而隨著徑流進(jìn)入地下水的污染物濃度降低,使得其出現(xiàn)不同程度的環(huán)境改善[7-8]。進(jìn)入秋冬季節(jié)后,所有污染指標(biāo)均呈下降趨勢(shì),趨勢(shì)程度有所提高,其中,氨氮和硝酸鹽的下降趨勢(shì)最為明顯,這主要是因?yàn)檫M(jìn)入秋冬季節(jié)后降水減少,導(dǎo)致徑流增加,進(jìn)入地下水的污染物濃度隨著徑流而減少,這使其在不同程度上改善了環(huán)境。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        隨著細(xì)河地區(qū)地下水環(huán)境控制措施的加強(qiáng),繼2010年之后,該地區(qū)各種地下水污染物指標(biāo)的濃度都出現(xiàn)了較大幅度的下降,通過(guò)對(duì)地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求,細(xì)河地區(qū)的地下水水質(zhì)在2000年后可以穩(wěn)定為III類(lèi)水。夏季每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)污染物濃度的增加趨勢(shì)明顯高于其他季節(jié),其中氨氮和硝酸鹽的增加趨勢(shì)最為明顯,這是夏季地下水環(huán)境影響的兩個(gè)重要指標(biāo),進(jìn)入秋冬季節(jié)后,所有污染指標(biāo)均呈下降趨勢(shì),趨勢(shì)程度有所提高,其中,氨氮和硝酸鹽的下降趨勢(shì)最為明顯。文章主要分析4種污染物指標(biāo)的變化特征,在未來(lái)的研究中,應(yīng)該分析更多的指標(biāo),例如重金屬的變化特征。

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