常秀紅
(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 盤錦 124100)
近年來,國內(nèi)學(xué)者對區(qū)域地下水水質(zhì)的綜合評價已逐步開展,并取得了一些研究成果[1],但對于不同地區(qū)地下水水質(zhì)的綜合評價結(jié)果不同,而且不同的方法在不同地區(qū)都具有其適用性,地下水是鲅魚圈地區(qū)重要的水資源,對于有效利用鲅魚圈地區(qū)的水資源非常重要,目前,由于人類活動的影響,鲅魚圈地區(qū)的地下水水質(zhì)受到不同程度的影響[2- 3],結(jié)合地下水采樣點分析的水質(zhì)數(shù)據(jù),對地下水質(zhì)量進行綜合評價,提出相應(yīng)的保護規(guī)劃措施,因此,本文結(jié)合該區(qū)域的地下水水質(zhì)采樣和分析數(shù)據(jù),采用改進的AHP水質(zhì)評價方法[4],分析該方法的適用性,從而對鲅魚圈地區(qū)的地下水水質(zhì)綜合評估,以此來指導(dǎo)鲅魚圈地下水資源綜合利用規(guī)劃。
評價方法分別為改進的AHP方法和指標分類綜合法兩種,本文主要分析改進的AHP方法原理,該方法結(jié)合指標進行判定,計算方程為:
(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(jié)合權(quán)重設(shè)定方程對其指標的權(quán)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(quán)重設(shè)定的基礎(chǔ)上,對其權(quán)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(chǔ)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(chǔ)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(shè)定的基礎(chǔ)上,對其指標進行排序計算,計算方程為:
(7)
魷魚圈的地下水水源地位于營口市西南,面積約190.4km2,西面向海,它屬于沖積平原,統(tǒng)計結(jié)果表明,該地區(qū)年平均氣溫為9.8°C,年平均降水量為632mm,主要集中在6—9月,占全年的73.6%,多年平均水面蒸發(fā)量為978mm,最大蒸發(fā)量集中在5—6月。流經(jīng)該地區(qū)的主要河流為熊岳河和沙河,熊岳河從東向西流經(jīng)楊運、陳屯、九龍地及熊岳4個鄉(xiāng)鎮(zhèn),最后經(jīng)熊岳鎮(zhèn)豫園子村進入渤海[5]。
3.1.1淺層潛水
水量極為豐富區(qū)是分布在二道河至熊岳河口河床階地的含水層[5],二道河至陳屯的含水層上游的巖性為礫石、卵石和中等粗砂,正紅旗的下游區(qū)域為中等粗砂及中細砂,亞黏土和亞砂土的透鏡體部分夾在含水層中,在垂直方向上,它具有粗細相間的特性,通常中粗砂包含礫石、卵石和中細砂,分布于北起蘆屯南至鑲藍旗歸州一帶,主要由山前的沖積物組成。
水量中等區(qū)的含水層主要分布在歸州地區(qū)和熊岳平原的北鹽廠,歸州的含水層約1m深,鹽廠區(qū)是一個小山前洼地,含水層巖性為粗砂,埋深約3m,水域較差,含水層主要分布在熊岳河支流河谷及其上游中,含水層的埋藏深度小于1m。
3.1.2淺層微承壓水
主要分布在陳家屯段和紅旗鋪段,含水層分布在坡洪積扇裙中,巖性為中粗砂礫,只有1層,頂板埋藏約13m深,裸露的厚度為7m左右,埋深約為6m,紅旗堡段為含水層分布在山前坡洪積扇裙中,巖性為粗砂、細砂和次黏土夾層,含水層可以達到5層,頂板深度約為6m,單層厚度為0.5~1.5m,裸露出約4m的總厚度,埋在3m左右。
該區(qū)內(nèi)基巖以中生代的侵入巖為主,巖性為各類花崗巖,故主要以塊狀巖類裂隙水為主,由于花崗巖結(jié)構(gòu)緊密,所以其富水性是較差的[6]。區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的泉,其流量大都小于10t/d,只有在斷裂或不同巖性接觸帶處,其流量才可能較大。
3.3.1地下水的補給作用
(1)大氣降水的滲入補給
在研究區(qū)域,巖性主要是中粗砂和細粒砂,亞黏土和亞砂土透鏡體被部分夾在中間[7],大氣降水和入滲條件良好,降水入滲系數(shù)可達0.30~0.35,其他地區(qū)的巖性具有粗細相間的結(jié)構(gòu)特性,它由亞黏土、砂和礫石組成,且屬熊岳平原,地勢較為平坦,地表徑流相對緩慢,降水入滲系數(shù)為0.25~0.30,并由東向西逐漸減小。
(2)河流的補給作用
熊岳河補給地下水是研究區(qū)重要的補給方法之一[8],研究區(qū)的熊岳河屬于該河的中下游,河床比降下降較小,有利于河水補給地下水。河床的底部相對較厚,直接與含水層接觸。地下水水位與河流水位密切相關(guān),在大多數(shù)情況下,地下水水位高于河流水位,形成比降補給作用,僅在高水期的某些時期,河水水位高于地下水水位,對地下水形成補給作用[9]。
(3)井灌回歸補給
研究區(qū)有種植很多果樹,而葡萄樹是主要的果木之一,葡萄藤在一年的生長期需要大量的水,當?shù)氐墓r(nóng)使用自己的地下水井進行灌溉,研究區(qū)有很多這樣的井,在井灌高峰時,井灌回歸補給也是該地區(qū)地下水回灌的重要組成部分[10]。
3.3.2地下水徑流
研究區(qū)的徑流方向相對簡單,主要是從東部山前高水位到西部海岸低水位的徑流[11],水力梯度約為1/1200。
結(jié)合鲅魚圈地區(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(jié)果如圖1所示。
從各項指標的變化趨勢可以看出,從1990—2018年,鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)評價指標中硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度變化不斷增加,砷、氟、總硬度3種指標的濃度呈逐漸變化的趨勢,下降幅度增大。這3個指標的濃度變化下降的主要原因是,
圖1 1990—2018年鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)主要評價指標變化過程
鲅魚圈地區(qū)自2005年以來加強了對地下水水質(zhì)的綜合保護,并控制了地下水中重金屬和氟化物的指標[12],另外,通過硬水軟化的綜合措施降低了地下水的總硬度指數(shù),因此這3個指標的濃度呈現(xiàn)出一定的下降趨勢,從圖1中還可以看出,2005年之后,這3個污染指標的濃度都與2005年進行了比較。硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度增加主要是由于工業(yè)和家庭用水量的增加,增加了這3個污染指標在地下水中的濃度,但是,從圖1中可以看出,這3個指標在2005年以后,增幅有所下降。
基于每個指標測定的結(jié)果,分析了不同分區(qū)的濃度平均值和變化系數(shù)。分析結(jié)果見表1。
按照鲅魚圈地區(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(jié)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
表1 鲅魚圈地區(qū)各分區(qū)水質(zhì)濃度均值及其變異系數(shù)
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)主要位于鲅魚圈的南部區(qū)域,從分析結(jié)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)為鲅魚圈地區(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)主要位于鲅魚圈的東部,從分析結(jié)果可看出,鲅魚圈南部的地下水質(zhì)狀況好于東部。
根據(jù)鲅魚圈地區(qū)水資源分區(qū),分析各污染物濃度的平均值和變異系數(shù)。從分析結(jié)果可以看出,水資源的Ⅱ區(qū)中各種污染指標的濃度最高,主要是因為該區(qū)域主要位于地下水開采中,濃度較高的區(qū)域受地下水開采的影響更大,這意味著每個污染指數(shù)的變異系數(shù)都高于其他幾個水資源帶。水資源分區(qū)Ⅰ主要位于鲅魚圈南部。從分析結(jié)果可以看出,該分區(qū)中各污染指數(shù)的平均濃度和變異系數(shù)要好于其他分區(qū)。這主要是因為該分區(qū)僅在鲅魚圈需要飲用,水源地區(qū)的地下水水質(zhì)綜合保護程度優(yōu)于其他分區(qū),因此地下水水質(zhì)也優(yōu)于其他分區(qū)。第一和第三水資源區(qū)主要位于鲅魚圈東部。從分析結(jié)果可以看出,鲅魚圈南部地區(qū)的地下水水質(zhì)優(yōu)于東部地區(qū)。
該評級方法對其各分區(qū)的水質(zhì)指標進行綜合確定,其中鐵、總硬度、硝酸鹽、硫酸鹽、砷、氟化物的權(quán)重設(shè)定為16%、23%、11%、25%、12%、13%。見表2。
表2 兩種方法地下水水質(zhì)綜合評價結(jié)果
注:1表示為模糊數(shù)學(xué)方法;2表示為改進AHP方法。
從兩種方法的評價結(jié)果可看出,改進的AHP方法更適用于鲅魚圈地區(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(quán)重值,使得其評價結(jié)果更為合理。
從鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)實際評價結(jié)果來看,采用改進的AHP方法更加適合該地區(qū),但是由于該地區(qū)人類活動較為集中的區(qū)域,其地下水評價等級相對較低,應(yīng)重點加大對鲅魚圈東部地區(qū)地下水質(zhì)的綜合保護措施力度,降低硫酸鹽、硝酸鹽、鐵指標的濃度等,另外在以后的研究中還應(yīng)對各指標權(quán)重進行客觀設(shè)定,以便提高評價結(jié)果的客觀性。