松嫩平原东部浅层地下水水化学特征及水质评价

摘要：针对松嫩平原东部浅层地下水环境特征及存在的问题，利用该区地下水水质检测数据进行了水化学特征分析，利用1983年、1993年、2003年及2012年四个时段的地下水水质资料进行了对比分析，水质出现了明显的变化，在此基础上采用支持向量机法进行了水质现状评价。结果表明：第四系潜水及承压水中Fe、Mn含量较高，总硬度最大值1321.12mg/L，溶解性总固体最大值2214.45mg/L，水化学类型均为矿化度不大于1.5g/L的HCO3-Ca型水。NO3-、NH4+、Cl-、SO42-的含量呈现逐年增加的趋势，同时也出现了原来没有的酚、Cr6+等有毒物质。潜水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水样点占总样本的12.03%，Ⅳ、Ⅴ类水占总样本的87.97%。承压水Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水占总样本的10.83%，Ⅳ、Ⅴ类水占总样本的89.17%。该方法评价结果与综合指数法结果一致率达95%，因此，评价结果可为该区水资源管理提供科学指导。关键词：松嫩平原东部；浅层地下水；水环境；支持向量机中图分类号：P641.74文献标识码：A文章编号：1000-0852(2014)04-0050-05收稿日期：2013-10-11基金项目：国家自然科学基金项目（41072255）作者简介：高月（1992-），女，吉林长春人，硕士研究生，主要从事地下水资源评价及保护研究。E-mail:282578376@qq.com通讯作者：卞建民（1968-），女，吉林长春人，教授，主要从事水资源评价与管理、水循环变异的环境与生态效应、水土环境评价与模拟的研究。E-mail:bianjianmin@126.com水文JOURNALOFCHINAHYDROLOGY第34卷第4期2014年8月Vol．34No．4Aug．,20140引言近年来，受地质及地球化学环境与人类活动的影响，地下水环境受到不同程度的污染，引发了一系列不良后果。因此，合理保护地下水环境防止其不受污染具有重要意义。松嫩平原是我国大型的商品粮基地，也是重要的工业和畜牧业生产基地，具有巨大的开发和增产潜力，尤其以东部高平原经济相对密集。20世纪80年代以来，在高强度、不太合理的人类活动作用下，加之气候干旱，地下水开发利用程度较高，水环境问题日益突出。客观地描述水质状态，揭示水环境问题，开展地下水水质评价是地下水资源保护的重要内容，可为防止评价区内水质恶化和制定水资源管理决策提供科学依据[1-2]。目前，有关地下水水质评价的方法较多，其中包括基于模糊综合评价的综合指数法，基于灰色系统的灰色聚类法、灰色关联度法[3]、支持向量机法；基于理论的集对分析法、物元可拓法；基于模型的BP神经网络法[4]等，它们各具特色，但同时也有各自的适用范围和局限性[5]。本文所选取的支持向量机法，是目前应用越来越广泛的一种水质评价方法，它具备良好的模式分类、识别和非线性映射能力，已广泛应用于模式分类、回归和预测等各类问题，而且，支持向量机计算速度和收敛速度较快、评价精度较高，所需参数较少，避免了传统水质评价方法的不确定性，具有良好的应用前景[6-7]。本文选择松嫩平原东部地区为研究对象，利用实测水质资料对第四系潜水与第四系承压水水化学特征及水质进行分析，在此基础上采用综合指数法与支持向量机法进行水质评价，为该区未来地下水资源管理提供科学指导。1研究背景及存在的问题研究区地处小兴安岭—松嫩地块、松嫩平原东部，松嫩中断（坳）陷带东南隆起区，属于典型的东亚大陆性季风气候，多年平均气温3.8℃，多年平均降水量在500~600mm，多年平均蒸发量在1150~1500mm。东部高平原是由白垩系粉细砂岩与第四系砂及砂砾石组成的双层地下水含水系统[8]。该区具有良好的潜松嫩平原东部浅层地下水水化学特征及水质评价高月，卞建民，张真真（吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，吉林长春1300269）第4期水和承压水资源，含水层厚度较大，埋藏深度较浅，易开采。区内阶地处孔隙弱承压水分布于松花江阶地，呈带状分布，含水层岩性为中粗砂、砾砂及其砂砾石，含水层厚度25~35m，局部厚度达45m，水位埋深在3~20m；高平原孔隙承压水分布于市区中南部阜岗状高平原区，含水层岩性为中粗砂、砾砂及砂砾石，含水层厚度5~40m，局部达45m，水位埋深1~20m。由于浅层地下水具有埋深浅、易开采、水质良好的特点，该区的浅层地下水已成为居民用水的重要供水水源。在长时期高强度、不合理的人类活动作用下，加之气候干旱，浅层地下水开发利用程度较高，地下水水质出现了明显变化，水环境问题日益突出。由于东部高平原地区地下水交替迅速，水化学作用尤以淋滤作用为主，元素不易富集，同时该区农业发展迅速，农业施肥通过淋滤作用直接渗入到浅层地下水中，导致该区浅层地下水的离子组分发生变化。同时，近30年来，该区经济较为密集，因工