金华市区地下水水质预警的研究

摘要：本文从建立地下水预警系统所面临的各项实际问题出发，探讨了地下水预警的含义、特点与原则，确定了地下水水质预警的指标，水质预警的方法。采用单指标指标和综合指数来进行金华市区地下水水质的状态预警研究。

关键词：地下水；水质预警；预警指标；

1 前言

地下水水质预警，是指在一定范围内，对一定时期的地下水水质状况进行分析、评价，对水环境发生的影响变化进行监测、分析，并对其容量进行评价[1]。通过生态环境状况和人为行为的分析，对其发生及其未来发展状况进行预测，确定水质的状况和水质变化的趋势、速度以及达到某一变化限度的时间等，预报不正常状况的时空范围和危害程度，按需要适时地给出变化或恶化的各种警戒信息及相应的综合性对策，即对已出现的问题提出解决措施，对未出现或即将出现的问题给出防范措施及相应级别的警戒信息。

水质预警是一个多目标系统，不仅包含对某一时刻的预警，而且包括对某段时间变化趋势的预警[2]。它具有先觉性、预见性的超前功能，具有对水质演化趋势、方向、速度、后果的警觉作用，同时也具有为水环境治理提供服务的科学功能和基础功能。因此，地下水水质的预警不仅要正确判断地下水污染所带来的一切经济后果和环境后果，更要对可能出现的警情寻找警源，以便采取有效措施控制甚至化解警情的出现。

2 预警框架

地下水水质预警的基本框架包括明确警义、寻找警源、分辨警兆、预报警度、排除警患五个方面。其中明确警义是前提，是预警研究的基础；寻找警源是对预警产生原因的分析，是排除警患的基础；分析警兆是关联因素的分析，是预报警度的基础；预报警度是排除警患的根据，而排除警患是预警目标所在。基本框图如图1：

3 预警指标选择原则

要反映地下水资源水环境的全貌，就需要设立一系列的相互联系的水质预警指标构成体系，这一体系不仅需要在宏观上进行定性、定向的研究，而且需要在不同层次上进行定量、定位和模型化的研究。地下水水质的变化是可测定的，预警指标的选择首先应该是容易实行量化处理的指标，不要选择抽象程度过高或过广的因素；其次具备可靠性与灵敏性，能够及时识别面临的风险；最后要选择那些在显示地下水风险方面具有较强的代表性或难于替代的指标，从而构建出一个能够满足风险监测与预警需要的最小完备指标集。一般来说，地下水预警指标的选择应遵循以下原则：

1.科学性原则，预警指标体系的设置要客观、全面、真实地反映水质的状况，并能比较好地反映出水资源开发与管理的水平和存在的问题。

2.系统性原则，预警指标的选择，首先要考虑地下水系统运行的各个方面、各个层次，考虑各因子之间的关系，从整体上全面考虑各因素的相互影响。

3.客观性原则，是指确定水资源状况的每一个指标，必须与水资源系统的发展密切相关，必须真实地反映它所代表的某一特殊属性。

4.地域性原则，预警指标体系应该突出地域特征，体现经济发展的长远规划对水资源的需求。

5.可比性原则，预警指标的收集和使用，在时间上具有相对长期性。因此指标体系在时间上和空间上都有可比性。

6.可行性原则，预警指标体系所需要的数据应该是比较容易获得的，计算方法也应该是比较容易掌握的，应该尽可能选择那些具有综合性的主要指标，并辅之以一些辅助性指标。

7.实用性原则，指标体系要从简单出发，将需要与可能、理论与实际结合起来，使指标既简单又实用。

8.灵敏性原则，顶警指标必须具有高灵敏度，对对象变化的强弱必须具有高灵敏、高保真的反应能力。

4 水质预警方法

1.相关性与独立性相结合的方法

在较多备选指标的初选及复选中，相关性考察和独立性分析都是进行指标筛选的重要手段。可根据地下水环境数据，计算各指标之间的相关系数，以各指标间的总体平均相关系数为标准，将相关性低的指标作为独立性指标，高的作为相关性指标。再以尽量剔除相关性指标中重叠因素和追求指标的独立性为原则，对相关性指标进行合并，合并中优先保留同其它独立性指标重叠少且要素综合性强的指标。

2.现状与动态配合的方法

地下水环境不仅具有明显的空间差异性，在时间维度上也变化较大，因此不能仅用静态的状态指标测度。尽管用不同时期的现状指标相比较，能够看出指标的变化，但指标变化的程度、加速度和变化特点，以及变化趋势却难以发现，而这些有时更能反映迅速变化的地下水环境进展，如地下水中年矿化度浓度变化等。因此，指标体系的选取应注重选择一些反映变化、趋势的指标，并把静态的状态和动态的进展列为两类功能团。

3.一般量度与质变预警聚合的方法

地下水系统的基本原理表明，系统在某些因子变化超过临界域值时会发生失调和突变，破坏地下水系统的平衡。在经济社会迅速转型、城市快速发展的情况下，下一阶段城市的地下水环境必将经历较大的变化。在作为评价和监控工具的指标体系中急需建立预警机制，因此在研究中对一些关键指标初步设定预警值，如地下水水质等。这些指标如果低于或高于某一临界区间，就有可能给城市地下水环境带来严重的危害。

本文选取黑色预警方法进行预警。即根据警素的时间序列波动规律直接预警。这种预警方法不引入警兆等自变量，只考虑警情指标的时间序列变化规律。水质预警从时空范围来讲，应分为状态预警和趋势预警两个方面，但地下水中的氯化物、氨氮、氟化物、铁等指标的时间序列一般并没有一定的变化趋势，随机性比较大，又由于数据序列不够，根据研究区域的实际情况，主要考虑状态预警。

一、资料收集、警源和预警指标

根据市区如下相关资料：水质监测井的分布及位置情况；“十二五”期间地下水质动态监测情况。根据相关性等分析结果，选择红层水代表性监测井。

警源为居民生活污水和垃圾、农村生活用水垃圾和粪便、化肥农药、工业废水及医疗污水、酸雨等。

预警指标主要包括：PH值、总硬度、溶解性总固体、氯化物、氟化物、硫酸盐、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、挥发性酚、氰化物、砷、汞、六价铬、铜、锌、铅、镉、铁、锰等，共21个单指标（或部分单指标）和1个水质安全综合指数。

二、地下水水质状态预警

（一）状态预警

地下水每一种水质指标均看成一个独立的表征水质的指标，当其中任意一个或多个指标超过国家地下水水质标准时，就认为其发生了警情。据《地下水质量标准》，确定各单指标及综合指数的分类，见表1。

（二）预报警度

根据预警指标预报警度。

（三）排除警患

若警度为中警以上度，立刻通过短信、电话、网络、传真等方式发布警情，同时采取措施排除警患。

参考文献：