烏魯木齊地下水污染預警體系探究

王剛 魏繼壯

摘要：在人類進行重要的生產(chǎn)活動時，都會不可避免的排出工業(yè)廢水，而其中有一部分工業(yè)廢水沒有正常流入環(huán)保處理流程，而是被直接排放進入地下水區(qū)域，而且因地下水在開采過程中的管理缺失，出現(xiàn)過度開采的情況導致地下水自潔能力變差，無法消納過量水污染。種種原因?qū)е铝说叵滤廴境潭炔粩嗌仙?，嚴重危害了人民群眾的飲水安全，也給生產(chǎn)制造、生活用水造成了負面影響。地下水的水質(zhì)污染預測警告是當前世界上水文地理學術(shù)界的研究重點與熱點，因地下水資源質(zhì)量直接關(guān)系到人類的健康與生產(chǎn)，所以加強相關(guān)管理保護的重要性不言而喻，地下水資源污染預測警告體系研究勢在必行。

關(guān)鍵詞：烏魯木齊；地下水污染；安全預警；指標構(gòu)建

1.引言

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，烏魯木齊流域地表水徑流總量為4.6364億方/年，地下水天然資源為2.63億方/年，合計為7.2664億方/年。人均水量621方/年，全國人均水量2700方/年，相差四倍多，而我國人均水量僅居世界第五位。自1966年以來地下水位下降了10m左右，年平均下降0.54m。三甬碑一水廠3號井，1966年地下水位7.57m，至1983年地下水位下降到17.29m，礦化度從0.28g/L，增加到0.5g/L。做好地下水污染預警體系對安全使用地下水有著重要的意義，本文對于烏魯木齊的地下水污染預警體系進行了相應的研究和對未來需要注意的問題進行了討論。

2.地下水污染預示警告體系的定義

（1）地下水資源的水質(zhì)質(zhì)量在各種環(huán)境因素的影響下會發(fā)生變化，因此對其使用確定性和確定量的分析方法必不可少。從這個基礎(chǔ)上，可以預測出地下水資源的動態(tài)性變化發(fā)展形勢以及發(fā)展的速度，并確立各個級別的預示警告信息。在進行地下水資源預警應用時，正確選擇預示警告指標因子和確立客觀指標體系都是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于地下水的水質(zhì)安全狀態(tài)進行監(jiān)測，主要利用不間斷的確定量與確定性檢查分析，利用分析結(jié)果來抓住水質(zhì)的變化趨勢[1]。

（2）對于水質(zhì)的污染預警模型體系可以簡單化的定義成多個層次的理論模組，根據(jù)不同地下水資源質(zhì)量檢測的難度和對預示警告檢測參數(shù)是否全面的要求，可以歸納出如圖1所示的烏魯木齊地下水資源質(zhì)量污染預示警告體系。由圖1可了解到，在該預示警告體系的模型結(jié)構(gòu)中，包含了對于單個水源井的水質(zhì)檢查預警，也包括了全部區(qū)域的水資源質(zhì)量污染檢查預警。從線到面的完整水資源質(zhì)量檢測評價結(jié)構(gòu)，組成了全面完整的預示警告系統(tǒng)。

指示標準體系意味對于多個個體所展現(xiàn)的研究對象特性有著相互獨立但又相互影響的指標因子所構(gòu)成的整體有機體系。對于地下水資源的污染預示警告需要在具體污染情況和未來污染風險的基礎(chǔ)上建立，為此地下水的污染預示警告體系實際上是由一系列相互有所聯(lián)系并且能夠互相產(chǎn)生影響效果的有機評價指標所構(gòu)成的統(tǒng)一體系。污染情況與污染潛在風險的分析評價指標體系主要應用于地下水資源質(zhì)量現(xiàn)狀和受污染的可能性，而整個預警指標體系則是在整合污染狀況與風險體系以及其他一些預示警告因素基礎(chǔ)上來對地下水總體污染的程度進行預測分類（如表1）。

縱觀現(xiàn)階段國際和國內(nèi)水資源預測警告指標的構(gòu)建現(xiàn)狀，國際上對此尚在研究之中，還未構(gòu)建一套標準方法。國內(nèi)在2000年就已開展地下水資源污染指標的構(gòu)建研究，發(fā)展至今，地下水資源污染檢測預警體系基本可以完善化應用[2]。

3.對水質(zhì)資源污染程度預警的標準與方法

（1）經(jīng)過歸納與總結(jié)當前國內(nèi)外學者關(guān)于構(gòu)建地下水資源污染預測警告的種種體系、方法、及思路，總體可整理為四類大方法，分別是定義分析、過程檢查、多層分析以及綜合定義分析。

定義分析法即為對整塊地下水資源的某一個具體技術(shù)特征或是屬性進行深層解釋分析，針對這個重要的技術(shù)特征屬性來確定地下水資源環(huán)境的生態(tài)健康狀況和具體污染情況，以便做出是否進行預警的判斷。過程檢查法即為在已研究完備的地下水資源污染化學結(jié)構(gòu)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，從一些特定理論模塊出發(fā)，分析污染預測警告的主要現(xiàn)象，并根據(jù)相應的檢測結(jié)果構(gòu)建出的預測警告體系。

多層分析法即為將龐大且難以處理的復雜數(shù)據(jù)進行分解化，從多個層次階段和因素去完成分解，最終達成確定量與確定性的結(jié)果，屬于一種系統(tǒng)性方法。國際上很多學者將多層分析法結(jié)合到了地下水資源污染預測警告當中，比較常見的應用區(qū)域是將表層預測警告體系中的某個關(guān)鍵信息作為目標層面，能夠引起結(jié)果修改的關(guān)鍵因素作為評價準則層次，通過這些層次來構(gòu)造出相應的指標層。結(jié)合所有層次來組成以指標層為主要體系的地下水資源污染警告標準體系。

綜合定義分析法即為在一些水文地理位置的狀況較為特殊或是具有研究意義的區(qū)域來講以上三種方案合并使用來構(gòu)成對地下水資源污染情況的預測警告體系，可以通過結(jié)合分析來得到較為系統(tǒng)以及全面的預測結(jié)果。通過對各種分析的策略進行結(jié)合，得出的地下水污染數(shù)據(jù)可以分析出污染的情況、污染發(fā)生的具體過程、以及污染將來會產(chǎn)生演化的趨勢。

（2）為了結(jié)合方法來對地下水資源質(zhì)量的污染級別和水資源質(zhì)量變化的態(tài)勢進行準確描述，最終導向各個預測警告的等級。對水資源質(zhì)量的標準進行評級且設(shè)置數(shù)值是最優(yōu)先的工作，對烏魯木齊監(jiān)測區(qū)域的水資源質(zhì)量評價建立綜合等級時，應使用中國國家基本水質(zhì)等級標準作為出發(fā)點，利用綜合污染指標數(shù)據(jù)來檢測目標區(qū)域的水資源污染情況，可使用P=1n∑ni=1CiCoi公式來進行。其中：P即為水資源質(zhì)量綜合指標數(shù)據(jù)；n即為實際測量得到的水資源質(zhì)量因子數(shù)額；Ci為各個水資源質(zhì)量因子在其中的含量；Coi為各個水資源質(zhì)量因子所允許的最高極限標準。各個水質(zhì)有著不相同的指標，每個指標所對應的預測警告級別和等級數(shù)據(jù)（如表2）。

從單獨檢測區(qū)域的水資源質(zhì)量分析的基礎(chǔ)出發(fā)，把所有檢測區(qū)域的檢測結(jié)果進行聯(lián)合網(wǎng)格化操作，并使用范克里格法進行空間中的系統(tǒng)評估，再使用檢測區(qū)域內(nèi)的某一個網(wǎng)格水資源質(zhì)量狀況來確定該檢測區(qū)域內(nèi)的水資源質(zhì)量污染等級，使用數(shù)學公式可以表達為：P[E（t）≤EP]≥α。在此工事中E（t）表達為某一時間點的水質(zhì)量污染檢查情況，Ep表達為各個檢查點的水資源質(zhì)量等級號碼；a表達為檢查區(qū)域內(nèi)的水資源質(zhì)量保證幾率。

最后由所有檢查點的水資源質(zhì)量數(shù)據(jù)狀態(tài)來計算出檢查區(qū)域的水資源質(zhì)量等級（如表3）。

4.烏魯木齊地下水污染預警體系的探究

經(jīng)濟和人口數(shù)量飛速增長的背景下，作為新疆維吾爾自治區(qū)的首府，現(xiàn)階段烏魯木齊水污染方面的危機也開始出現(xiàn)，因烏魯木齊占據(jù)著關(guān)鍵的區(qū)域位置，在我國的經(jīng)濟建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，因而有必要盡快化解地下水污染危機，構(gòu)建完善的預警體系。

4.1地下水污染現(xiàn)狀

當前，烏魯木齊地下水污染情況主要體現(xiàn)在兩個方面，首先是河流污染，因區(qū)域流經(jīng)河流均存在或輕或重的污染現(xiàn)象，致使水質(zhì)不佳、水體富營養(yǎng)化，影響河流自凈能力。另外是地下水污染，近年來城市建設(shè)中地面污水不斷滲于地下，加重地下水污染程度。

4.2地下水污染原因

通常來說，可將烏魯木齊地下水污染原因歸結(jié)于三個方面，即：工業(yè)廢水的排放、不合理的污水處理設(shè)施和大氣污染。第一，相對密集的工業(yè)區(qū)域在發(fā)展中會產(chǎn)生種類繁多、元素復雜的有害水體，嚴重破壞地下水水質(zhì)。第二，烏魯木齊污水處理設(shè)施尚不完善。第三，工業(yè)廢氣排放量的增加和私家車的尾氣排放，加重大氣污染，空氣中有害物質(zhì)深入地表后，使地下水硬度增加。

4.3地下水污染預警體系的探究

為了有效改善烏魯木齊的地下水污染情況，在加快水體處理凈化進程的基礎(chǔ)上，還要構(gòu)建地下水污染預警體系，以期在烏魯木齊區(qū)域地下水出現(xiàn)異狀的第一時間，就能夠采取相應的措施，將問題扼殺于搖籃之中。

4.4地下水污染預警體系的應用效果

通過對構(gòu)建的烏魯木齊地下水污染體系的應用效果進行分析可知，一方面，該地下水污染預警體系能夠?qū)蝹€監(jiān)測點水質(zhì)污染情況進行評價、預警，對水域內(nèi)水質(zhì)狀態(tài)進行動態(tài)化分析。另一方面，該地下水污染預警體系可靠性高、適應性強，帶有一定的綜合性，能夠有效提升烏魯木齊地下水水質(zhì)狀態(tài)監(jiān)測效率和準確性。

5.結(jié)語與展望

作為新時期一帶一路的途經(jīng)重要區(qū)域，烏魯木齊推動著新時期我國經(jīng)濟的發(fā)展，因而有必要構(gòu)建完善的地下水污染預警體系，保證區(qū)域內(nèi)地下水的清潔性，進而為社會的正常發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

烏魯木齊作為新疆自治區(qū)的經(jīng)濟文化中心，城市用水70%左右還是依靠地下水，地下水資源當前的預測警告體系雖然尚未構(gòu)建出一套標準的模式化體系，但這個領(lǐng)域的研究在不斷的進行和創(chuàng)新。預測警告體系構(gòu)建是地下水污染檢測的前提，相關(guān)的構(gòu)建方法也在更新與深入。今后在探索相應方法時應注意學科與學科間的交叉濃縮，提高方法體系的完整性，對預警指標的篩選應規(guī)定統(tǒng)一的標準，將無法確定的方面盡可能量化，提高整個體系的邏輯性和說服力。

參考文獻：

[1]高峰，藺歡歡，鄧紅衛(wèi).基于博弈論-模糊物元的地下水環(huán)境健康評價模型構(gòu)建及應用[J].安全與環(huán)境學報， 2017， 17（04）： 1543-1547.

[2]白利平，王業(yè)耀，郭永麗，等.基于風險管理的區(qū)域（流域）地下水污染預警方法研究[J].環(huán)境科學， 2014， 35（08）： 2903-2910.

[3]李宏卿，吳瓊，張福林，等. Visual Modflo在建立長春市地下水開采預警系統(tǒng)中的應用[J].吉林大學學報（地球科學版）， 2003， 33（03）： 319-322.