王 魁

(鐵嶺市清河區(qū)自然資源事務服務中心，遼寧 鐵嶺 112003)

1 概 述

地下水是水資源的重要組成部分，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展的重要自然資源[1]，是重要的供水水源和應急抗旱水源，也是維系良好生態(tài)環(huán)境的主要因素[2]。因此，加強地下水監(jiān)測工作，掌握時時地下水動態(tài)，對保障用水安全以及生態(tài)安全具有十分重要的意義[3-4]。

營口地下水監(jiān)測站多為2005—2010年建設，主要采用浮子式和壓力式水位計觀測，監(jiān)測項目主要有水位(埋深)、水溫等要素。截至目前，大多數(shù)設備運行已超過10a，出現(xiàn)設備老化、傳輸信號不及時或中斷等現(xiàn)象，造成監(jiān)測資料不連續(xù)、代表性差，可靠性及連續(xù)性不能保證。根據(jù)《國家地下水監(jiān)測工程(水利部分)遼寧省初步設計報告》中建井原則，在營口市現(xiàn)有地下水自動監(jiān)測站中選取15處作為改建井，并新建監(jiān)測井23處。新建井中大石橋市新建9處、蓋州市新建10處、鲅魚圈區(qū)新建4處。2017年3月下旬—6月中旬，相繼完成土建工程及設備安裝調(diào)試工程，現(xiàn)在已具備運行條件。

2 地下水補給、排泄及水位動態(tài)

營口地區(qū)地下水以垂向補給為主，側向補給為輔，垂向補給主要有大氣降水入滲補給及稻田水入滲補給潛水，然后通過潛水含水層之下的弱透水層垂向越流補給下部承壓水[5]。

側向補給來源為海城河、八里河沖洪積扇后緣，直接接受河水及大氣降水的入滲補給之后，以地下徑流的方式側向補給本區(qū)地下水[6]。項目所在區(qū)域東部上游地段，上部潛水與下部承壓水具有不同的水位，但水位相差不大，一般為0.5-1.0m。西部下游地段水位相差較大，一般為1.0-1.4m，而開采區(qū)附近水位相差約為1.0-14m。它們具有統(tǒng)一的特征，那就是潛水水位普遍高于承壓水位。在開采區(qū)附近，潛水水位始終高于承壓水水位，但卻低于非開采區(qū)的潛水水位[7]。這說明由于現(xiàn)有水源受長期大量開采的影響，使其附近的潛水及微承壓水水位隨之下降，但它們之間仍有一定的水位差[8]。

深層承壓水水位，由于人工開采及補給的滯后效應，水位低峰出現(xiàn)在每年的4-5月，其中水源開采區(qū)影響范圍內(nèi)一般為3月末—4月初。水位高峰出現(xiàn)在每年的8月末—9月初，滯后于高峰雨季約一個月，水位多年平均變幅約為4.32m。開采區(qū)內(nèi)受人為控制變化較大。

3 評價方法

文章選擇4種水質(zhì)綜合評價方法對營口地區(qū)地下水水質(zhì)進行綜合評價，4種評價方法分別為改進的層次分析法、模糊數(shù)學綜合評價[9]、指標分類綜合法、F值評價法[10]，考慮文章篇幅，文章重點介紹層次分析法原理，該方法結合指標進行判定，計算公式為：

(1)

在方程中bij表示不同地下水水質(zhì)指標的相對重要度。結合權重設定方程對其指標的權重進行判定，判定方程為：

(2)

在方程中Ui表示表示為各指標判定矩陣的n次方根。在權重設定的基礎上，對其權重進行檢驗，檢驗方程為：

Ic=(λmax-n)/(n-1)

(3)

在方程中λmax表示為各指標判定的最大特征解，其求解方程為：

(4)

在方程中(Bω)i表示為判定矩陣中各指標的向量特征根，n表示為綜合評價指標的數(shù)目。

在指標判定的基礎上，采用優(yōu)化排序方式對其指標進行評價決策，決策方程為：

(5)

在方程中xij表示為不同指標下的屬性值；在決策矩陣計算的基礎上，還需對該矩陣進行標準化計算，計算方程為：

(6)

在決策矩陣設定的基礎上，對其指標進行排序計算，計算方程為：

(7)

4 評價結果

4.1 各指標采樣分析結果

結合遼寧營口地區(qū)地下水采樣點水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)，對主要6種指標1990-2018年的指標濃度變化過程進行分析，分析結果見圖1-6。硫酸鹽濃度歷年變化過程，見圖1；鐵濃度歷年變化過程，見圖2；氟化物濃度歷年變化過程，見圖3；總硬度濃度歷年變化過程，見圖4；硝酸鹽濃度歷年變化過程，見圖5；砷濃度歷年變化過程，見圖6。

圖1 硫酸鹽濃度歷年變化過程

圖2 鐵濃度歷年變化過程

圖3 氟化物濃度歷年變化過程

圖4 總硬度濃度歷年變化過程

圖5 硝酸鹽濃度歷年變化過程

圖6 砷濃度歷年變化過程

從各指標變化趨勢可看出，從1990-2018年，在營口地區(qū)地下水質(zhì)評價指標中，硫酸鹽、硝酸鹽、鐵的濃度呈現(xiàn)遞增變化，砷、氟化物、總硬度這3種污染指標的濃度總體呈現(xiàn)遞減變化[11]，且遞減幅度有所增加，這3種指標濃度遞減變化的主因在于營口地區(qū)地區(qū)從2005年后加大對地下水質(zhì)量的綜合保護，控制地下水中的重金屬以及氟化物的指標，此外通過硬水軟化的綜合措施降低地下水的總硬度指標，從而使得這3種指標濃度呈現(xiàn)一定的遞減變化，從圖1-6中還可看出，從2005年以后，這3種污染指標濃度相比于2005年以前，遞減幅度有所增加。而對于硫酸鹽、硝酸鹽、鐵濃度增加，主要是因為工業(yè)和生活用水量的增加，使得進入地下水的3種污染指標濃度有所增加，但從圖中可看出，3種指標在2005年以后，遞增的幅度有所減少。

4.2 各指標均值及變異度分析

結合各指標測定結果對其不同分區(qū)的濃度均值及變異系數(shù)進行分析，各分區(qū)水質(zhì)濃度均值及其變異系數(shù)，見表1。

表1 各分區(qū)水質(zhì)濃度均值及其變異系數(shù)

按照營口地區(qū)水資源分區(qū)對其各污染物濃度均值和變異系數(shù)進行分析，從分析結果可看出，在水資源分區(qū)II區(qū)內(nèi)各污染指標濃度最高，這主要是因為這一區(qū)域主要位于地下水開采較為集中的區(qū)域，受地下水開采的影響程度較大，使得其各項污染指標的均值和變異系數(shù)高于其他幾個水資源分區(qū)。水資源分區(qū)I區(qū)主要位于營口地區(qū)的南部區(qū)域，從分析結果可看出，這一分區(qū)各污染指標濃度均值和變異系數(shù)均好于其他幾個分區(qū)，這主要是因為該分區(qū)為營口地區(qū)只要的飲用水源區(qū)，區(qū)域地下水質(zhì)綜合保護程度好于其他分區(qū)，因此地下水質(zhì)狀況也好于其他分區(qū)。水資源分區(qū)I區(qū)、III區(qū)主要位于營口地區(qū)的東部，從分析結果可看出，營口地區(qū)南部的地下水質(zhì)狀況好于東部。

4.3 各評價方法綜合評價結果

結合4種綜合評級方法對其各分區(qū)的水質(zhì)指標進行綜合確定[12]，其中鐵、總硬度、硝酸鹽 、硫酸鹽、砷、氟化物的權重設定為16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水質(zhì)綜合評價結果，見表2。

*1表示為F值評價法；2表示為指標分類綜合法；3表示為模糊數(shù)學方法；4表示為改進層次分析法。

從各方法的評價結果可看出，營口地區(qū)各水質(zhì)類別下的權重值分別為16%、23%、11%、25%、12%、13%。各方法地下水水質(zhì)綜合評價結果，見表2。從對比結果可看出，改進的層次分析法更適用于營口地區(qū)的地下水質(zhì)綜合評價，這主要是因為該方法可以對指標的進行綜合選優(yōu)，確定各污染評價指標的最優(yōu)權重值，使得其評價結果更為合理[6-7]。其次為模糊綜合數(shù)學方法，該方法主要采用數(shù)學方法對指標進行綜合判定，從營口地區(qū)地下水水質(zhì)實際情況出發(fā)，各方法的適用性優(yōu)先次序為：改進的層次分析法、模糊綜合數(shù)學方法、F值評價法、指標分類綜合法[13-14]。

5 結 語

從營口地區(qū)地下水水質(zhì)的實際情況來看，每種方法的優(yōu)選順序為：改進的層次分析法，模糊綜合數(shù)學法，F(xiàn)值評價法和指標分類綜合法。在營口地區(qū)人為活動集中的地區(qū)，地下水評價水平較低，應加強營口地區(qū)東部地區(qū)地下水水質(zhì)的綜合保護措施，以減少硫酸鹽，硝酸鹽和鐵的含量。文章主要使用主觀方法來設置每個索引的權重，在未來的研究中，應該客觀地設置各個指標的權重，以提高評價結果的客觀性。

表2 各方法地下水水質(zhì)綜合評價結果