基于熵权水质指数方法的岩溶水质量评价及指标优化——以北京顺平岩溶水系统为例

为优化地下水水质监测方案,确定北京顺平岩溶水系统岩溶水水质的主要控制指标,快速掌握地下水水质变化,基于2022年顺平岩溶水系统49件岩溶水样品,综合运用统计分析、Piper三线图和熵权水质指数(entropy weight water quality index,EWQI)分析研究区水化学和水质特征,并耦合逐步多元线性回归分析,探讨能代表研究区岩溶水水质的关键指标。结果显示:①顺平岩溶水系统岩溶水具有微碱性、低盐度的特征,水化学类型主要为HCO_(3)^(-)—Ca^(2+)·Mg^(2+)型(73.47%)。超标指标为N_(an)(NH_(3)或NH_(4)^(+)中的N,即氨氮以氮计)、pH值、Fe、Mn和F^(-),超标率分别为10.20%、4.08%、4.08%、4.08%和2.04%。②研究区EWQI平均值为26.33,水质“极好”,其中极好和良好所占比例分别为91.84%和8.16%。③基于地下水水质数据构建的EWQI_(min)模型筛选的关键指标为N_(an)、Fe、Mn、N_(ntr)(硝氮以氮计,硝酸盐中N)和F^(-),其决定系数(R^(2))和百分比误差(PE)分别为0.986和3.88%。表明,EWQI_(min)模型优选指标可以代表顺平岩溶水系统的水质状况,对优化水质监测网等水资源管理提供了参考价值。

鲁西北平原区浅层地下水质量评价及指标优化

【目的】为优化地下水水质监测方案,确定鲁西北平原地下水水质的主要控制因素,快速掌握地下水水质变化,【方法】基于2020年鲁西北平原地区浅层地下水水质数据,利用统计学软件、GIS软件对研究区水质情况进行描述性统计与空间信息差异化分析;基于熵权水质指数(EWQI)利用多元线性回归模型探讨能代表研究区地下水水质的化学指标。【结果】结果显示:鲁西北平原地下水水质趋于一个较为中等的状态,冲积海积平原咸水水文地质亚区与冲积平原咸淡水水文地质亚区水质较差,冲积洪积平原淡水水文地质亚区水质相对较好;EWQI模型指标优化后代表整个研究区地下水水质的水化学指标为TDS、Mn^(2+)、I^(-)、F^(-)和Al^(3+),指标优化后EWQI_(min)模型R~2和RMSE值分别为0.996和5.094,百分比误差PE为3.615%。【结论】结果表明:EWQI_(min)模型优选指标具有较好的代表性,可用作水质监测主要监控对象,为水质监测网优化调整及相关管理措施提供了参考。

江苏盐城地区地下水质量评估与成因分析

随着人口集聚和社会经济快速发展,我国东部沿海平原区水资源相对匮乏程度逐渐增强,但因地势低洼且临海的自然环境和人类活动强度大,水质问题成为困扰地下水资源开发利用的重要因素之一。2016年夏季对淮河下游盐城地区浅层地下水进行空间取样,通过熵权重水质指数和综合灌溉水质指数评估地下水的适宜性,借助Chadda图和离子之间关系,分析区域水质的成因机制。结果表明:(1)盐城地区浅层地下水整体呈中性至弱碱性,阴、阳离子浓度顺序分别遵循HCO_(3)^(-)>Cl^(-)>SO_(4)^(2-)>NO_(3)^(-)和Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。硬度较淮河上游显著偏低,但TDS超标严重。(2)饮用目的水质极差(不宜饮用)的样品占采样总量的6.09%,不连续分散于射阳河和东台河附近;灌溉目的水质非常差(不适宜灌溉)的样品占比达15.65%,不连续分布于黄沙港河附近和东台河河口附近,这些水体用于灌溉或回流至土壤层,存在降低土壤透水性与透气性的潜力,并可能促使土壤向碱性发展,影响农作物的质与量。(3)浅层地下水的离子主要源于黏土和亚黏土中硅酸盐岩风化,并存在显著的碱基离子交换现象,促使Na^(+)浓度不断升高和Ca^(2+)浓度降低。(4)饮用目的和灌溉目的的不良水体多不连续分布于非临海区域,受海水影响较弱,主要受历史时期海退残积物或制盐业活动残留物淋滤所致。

新疆巴里坤湖流域平原区地下水水化学特征及健康风险评价

【目的】了解巴里坤湖流域平原区地下水水化学特征及地下水污染指标对人体健康造成的危害。【方法】依据2022年8月地下水水质资料,采用离子比值法和饱和指数法对地下水控制因素进行分析,并综合运用熵权水质指数法和健康风险评估模型进行地下水水质及人体健康评价。【结果】研究区地下水整体属于低矿化度、硬度中等的弱碱性水,水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Na型为主;地下水水化学特征主要受岩石风化作用和阳离子交换作用的影响;巴里坤湖流域平原区75.0%的地下水可以直接饮用,8.3%的地下水为中等质量,16.7%的地下水不适合直接饮用;超标离子的非致癌健康风险指数均小于1,为人体可接受的风险水平,Na^(+)的非致癌健康风险指数最高,且儿童的潜在非致癌风险高于成人。【结论】研究区地下水水质状况良好,但博尔羌吉镇以北区域存在一定的潜在风险。地下水是工农业用水的重要来源之一,通过对地下水水化学特征及健康风险进行分析,为饮用水安全、预防地方性疾病、生态环境保护、农业灌溉和工业用水选择等方面提供科学依据和支撑。

西部矿区地下水系统水化学过程及其采动激发效应

煤炭资源开采会破坏含水层结构,扰动地下水系统,产生新的水循环模式。作为煤炭保供生产重心的西部矿区,高强度、规模化的开采加剧了这一扰动,使水岩作用等水化学过程更加剧烈。其背后所蕴含的地下水系统水化学的煤矿开采激发效应,是关系到煤矿安全开采预测预报精度,以及绿色开采地下水环境保护的关键科学问题。鉴于此,以西部榆神矿区曹家滩煤矿为研究实例,利用水文地球化学的原理和方法,从“是什么”、“为什么”和“怎么变”的角度,开展激发效应结果、激发效应过程以及水化学演化趋势3个方面系统性的研究。结果发现:研究区的地下水可以被分为5个聚类,聚类1代表煤矿开采后井田西翼第四系与风化基岩含水层为主的浅层地下水,聚类2代表开采前后地下水的混合,聚类3代表开采前的地下水,聚类4和聚类5主要代表开采后的延安组地下水;煤矿开采后,直罗组、延安组第4段和第5段含水层水样中HCO_(3)–Ca和HCO_(3)–Mg占比上升,井田西翼开采后的浅层地下水水质整体最优,各含水层水质有向好演变的趋势且对煤矿开采的响应不敏感;研究区地下水整体受控于阳离子交替吸附作用,煤矿开采前延安组第4段及以上含水层地下水受控于碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解作用;煤矿开采后的井田西翼浅层地下水受控于碳酸盐岩的溶解作用,直罗组、延安组第4段和第5段含水层地下水主要受控于硅酸盐岩的溶解和FeS2的氧化作用,延安组第1~3段含水层地下水主要受控于蒸发盐的溶解作用;煤矿开采加速了地下水的循环速度、加强了含水层间的水力联系,由此产生的稀释作用与矿井水处理后综合利用的措施是延安组第4段及以上各含水层水化学特征和水质演化的原因;未来应当继续做好矿井水处理后综合利用的工作,并注意直罗组和延安组第5段地下水特征有向浅层地下水演变的趋势,避免今后的涌水水源结果产生误判。

鄱阳湖流域赣江下游水化学特征及人类健康风险评价

人类活动对鄱阳湖赣江流域水质的影响受到广泛关注,厘清流域内污染水体对人类的健康风险状况有利于更好地保护和利用水资源。本研究于赣江下游采集39个地下水和16个地表水样,在分析其水化学特征和影响因素的基础上,对地下水水化学成分演变进行反向模拟,并对地下水水质以及潜在非致癌风险进行评价。结果表明,研究区地下水呈弱酸性-中性(pH=5.47~7.60),以HCO_(3)-Ca-Mg型水为主,部分为Cl-Ca-Mg型水,硅酸岩风化和矿物溶解-沉淀作用是水化学类型形成的主要控制因素;地表水呈中性-弱碱性(pH=6.94~8.19),主要为HCO_(3)-Cl-Ca-Na型水,其形成与硅酸岩风化、大气降水和人类活动有关。PHREEQC模拟计算结果表明,地下水中大部分矿物饱和指数(SI)为负数,其中岩盐的SI为-7.80~-9.53,指示该矿物溶解剧烈;白云石、石膏和方解石的SI分别为-1.72~-6.39、-1.65~-3.96、-0.51~-3.09,表明三种矿物呈溶解趋势。反向模拟结果显示,赣江干流地下水化学特征演变过程经历了Ca-蒙脱石、岩盐、白云石溶解和方解石沉淀,同时消耗CO_(2);支流中命名为NCGW-3的路径表现为高岭石、方解石、玉髓和白云石溶解,石膏、Ca-蒙脱石、黑云母和斜长石沉淀,同时产生CO_(2),可能与人为作用的干扰有关。其余支流地下水反向模拟结果与干流结果相似。熵权水质指数(EWQI)计算结果表明,干流地下水水质优于支流地下水,沿赣江受Mn、NO;影响水质降低;地下水非致癌潜在风险主要为对婴儿存在严重风险,其次是儿童,对成年男性和成年女性风险相对较小,支流水质存在的潜在风险相较于干流更为显著。

通州区集中式饮用水源水质与健康风险评价

地下水作为通州区的主要供水水源,探究地下水水质状况及健康风险对该地区可持续发展至关重要.以通州区地下水为研究对象,筛选了32个集中式饮用水源地,运用熵权水质指数(EWQI)和健康风险评估模型进行水质评价及风险评估,并运用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)进行风险来源解析.结果表明:①样品各水质指标浓度全部符合《地下水质量标准(GB/T14848-2017)》Ⅲ类标准;NO_(3)^(-)、Cu和Zn的变异系数介于1.48~3.56,局部富集程度高;无机盐SO_(4)^(2-)浓度呈南部高北部低的趋势;而As浓度呈北部高南部低的趋势.②研究区EWQI值范围为27.76~49.18,平均值为39.64,整体为Ⅰ级,全部达到优秀.③健康风险评价显示As存在潜在致癌风险,在相同环境下儿童比成人暴露风险更高.④地质环境和水文地球化学演化为As的主要来源,贡献占比高达85.70%.为保障通州区居民地下水饮用安全,As应当作为今后地下水优先控制的物质.

南昌市浅层地下水水质评价及监测指标优化

地下水环境监测过程中保证地下水水质评价代表性的同时尽量优化监测指标数量,对地下水环境管理具有重要的意义.选取南昌市地区2014年和2019年浅层地下水监测数据,运用统计分析、Piper三线图和熵权水质指数(EWQI)分析水化学特征及水质变化,并耦合逐步多元线性回归分析构建基于水质评价的关键指标优化方法,评估此方法应用的可行性.结果表明,南昌市地下水2014年和2019年水化学类型主要为HCO_(3)-Ca型;pH值、NO_(3)^(-)、I^(-)、Fe和Mn等5项超标指标是水质变化的主要影响因子;2019年水质状况总体上高于2014年,基本为“中等”水质,二者EWQI平均值分别为53.72和82.34;基于关键指标优化方法构建的最优模型EWQImin-4能够较好地代表实际的EWQI,关键指标包括Mn、NO_(3)^(-)、TH、Fe、pH值和I^(-),其决定系数(R^(2))和百分比误差(PE)值分别为0.865和10.61%.因此,基于熵权水质指数构建的地下水监测指标优化方法可作为优化指标重要参考,为区域地下水环境管理提供技术方法.

德阳市平原区浅层地下水水化学特征与健康风险评价

地下水是德阳市的重要供水水源,了解其水化学特征及生态风险状况对可持续发展至关重要.以德阳市平原区为研究对象,采集78个地下水样,分析其水化学特征及其影响因素,运用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)进行水化学组分来源解析,并综合运用熵权水质指数(EWQI)和人类健康风险评价模型(HHRA)进行地下水水质及健康风险评价.结果表明,地下水中Ca^(2+)、HCO_(3)^(-)、Mn^(2+)和TFe浓度均值超过国家Ⅲ类水质标准;Na^(+)、K^(+)、Cl^(-)、NO_(3)^(-)、Mn^(2+)和TFe变异系数介于1.11~3.72,含量起伏变化大,局部富集程度高;区内地下水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)-Ca、HCO_(3)-Ca·Mg、HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg和HCO_(3)-Ca型为主,分别占比33.33%、25.64%、19.23%和14.10%.APCS-MLR模型源解析结果表明,地下水水化学组分主要来源为:水岩作用源(32.87%)、农业活动源(12.75%)、生活污水和工业废水排放源(12.40%)、原生地质环境和水岩作用复合源(9.86%)、农业与工业复合源(9.44%)和未识别源(22.69%).熵权水质指数(EWQI)结果显示,地下水质量Ⅰ级和Ⅱ级占比分别为6.41%和74.36%,达到优良和良好程度;地下水质量为Ⅲ级占比11.54%,质量中等;地下水质量为Ⅳ级和Ⅴ级占比分别为6.41%和1.28%,地下水质量差或极差;影响地下水水质等级的主要指标依次为:TFe>Ca^(2+)>Mn^(2+)>HCO_(3)^(-).HHRA模型结果显示区内潜在非致癌风险较低,均未超过1;与皮肤接触相比,直接摄入是这些指标危害人类的主要途径;在相同环境下儿童比成人暴露更容易受到伤害.整体而言,区内地下水水质状况良好,研究区东南部存在一定的潜在风险,在地下水资源利用中应加强对该地区的地下水资源管理和污染防治.