一种地下水环境本底判定调查方法

摘要

本发明提供了一种地下水环境本底判定调查方法，通过对区域水文地质单元内的污染源、地表水体、地下水进行现状调查和监测，并对地下水水质监测数据及区域历史数据进行分析对比，结合区域含水层水文地质条件(含水层层位、岩性、补、径、排特征等)，分析含水层水质组分是否为含水层环境本底值真实反映，并采用数理统计判定地下水本底值及变幅。上述调查方法精确度高、方便操作，建议推广使用。

说明书

技术领域

本发明涉及地下水调查领域，具体是指一种地下水环境本底判定调查方法。

背景技术

地下水环境本底值是地下水环境特征的定量反映，不同的环境单元存在较大的差异。同一环境单元内部，由于地下水的流动性和地质体的不均一性，不同地区、上下游之间的水岩相互作用的强度和特点仍存在一定的差异，环境中各化学要素会表现出局部差异性和渐变性的特点,即在同一环境单元内，环境本底值为一个范围值。它是属于单元的，而不是属于某一个点的，不同的地下水环境单元也具有不同的环境本底值，这就是地下水环境本底值的区域差异性。

在地下水的形成过程中，一般情况下地质、水文地质等条件相对较为稳定，而水文、气象与人为因素等随机易变，这些因素的影响会使地下水的化学组分含量随时间呈现出一定的变化，即地下水的环境本底值具有时间差异性。目前我国部分地区由于受区域自然地理条件、地质及水文地质条件影响，地下水中矿物质含量偏高，在地下水水质评价中，可能由于其水中矿物质含量影响可能被夸大为人为活动影响造成地下水污染，地下水水质评价结果失真，因此，采用合理的地下会本底值调查评价方法，可以为区域地下水环境质量判定提供合理、可靠的评价依据，同时对于正确评价该地区地下水水质及人类活动对地下水水质的影响具有十分重要的作用。

基于上述原因，一种地下水环境本底判定调查方法成为整个社会亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种地下水环境本底判定调查方法，包括以下步骤：

(1)收集区域地质、水文地质、地形地貌等资料并划分水文地质单元；

(2)查明水文地质单元内环境质量现状，进行水文地质钻探，开展地表水、地下水水质动态监测，并对水质监测数据及历史数据进行分析，并结合区域地下水含水层水文地质条件，分析地下水含水层是否为含水层背景的真实反映，编制污染源分布图和水体地理位置图；

(3)采用数理统计判定地下水本底值及其范围，包括以下处理方法：

1)剔除异常值方法的选择，对于大样本(样本容量>100)的异常值判断，通常采用两倍或三倍标准差准则；对于小样本(n<100)的异常值判断，包括狄克松法、格鲁布斯法和和t检验法；

2)检验分布类型，确定水源地地下水环境本底值的前提是对其化学组分含量值分布类型进行检验，即对其进行正态性检验。正态性检验主要有三种方法：一是计算综合统计量，如夏皮洛-威尔克检验、柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫法、达戈斯提诺检验；二是正态分布的拟合优度检验，如χ2检验、对数似然比检验等；三是图示法，如分位数图、百分位数和稳定化概率图。

3)确定本底值及其范围，地下水环境本底值具有统计性，在剔除异常数据的基础上，要按照统计学要求经频数分布类型检验确定分布类型，包括以下处理方法：

A.对于服从正态分布类型的指标采用统计的算数平均值加减相应标准差的整数倍计算本底值范围，计算公式如下：

式中：X

B.对数正态分布类型的指标采用几何平均值乘除几何标准差的整数倍次方计算本底值范围，计算公式如下：

式中：X

C.对于服从偏态分布的指标用如下方法进行计算：

将中位数(Md)作为统计指标的集中值

S＝X

Cr＝S/Md

式中：X

进一步地，所述步骤(2)中包括以下内容：

1)查明水文地质单元内环境质量现状主要包括查明水文地质单位内现有及历史上不同类型污染源及其分布；

2)在水文地质单元地下水流向的上下游布置水文地质钻孔，查明包气带岩性、结构、厚度其防污性能；

3)利用水文地质钻孔和现有水井开展一个连续水文年的枯、平、丰地下水环境现状监测，详细掌握水文地质单元内环境质量现状和地下水动态信息，进行地下水环境现状评价；

4)收集有历史资料记录以来区域地下水水位、水质和水化学特征资料，对比区域地下水和水文地质单元内水质资料，分析其水质是否基本吻合；

5)依据上述4点工作内容，判断地下水含水层是否为含水层背景的真实反映。

发明与现有技术相比的优点在于：本发明提供了一种区域地下水环境本底值的确定方法，通过对区域水文地质单元内的污染源、地表水体、地下水进行现状调查和监测，并对地下水水质监测数据及区域历史数据进行分析对比，结合区域含水层水文地质条件(含水层层位、岩性、补、径、排特征等)，分析含水层水质组分是否为含水层环境本底值真实反映，并采用数理统计判定地下水本底值及变幅。上述调查方法精确度高、方便操作，建议推广使用。

附图说明

图1是本发明一种地下水环境本底判定调查方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图，对本发明进行详细介绍。

本发明在具体实施时提供了一种地下水环境本底判定调查方法，(1)收集区域地质、水文地质、地形地貌等资料并划分水文地质单元；

(2)查明水文地质单元内环境质量现状，进行水文地质钻探，开展地表水、地下水水质动态监测，并对水质监测数据及历史数据进行分析，并结合区域地下水含水层水文地质条件，分析地下水含水层是否为含水层背景的真实反映；编制污染源分布图和水体地理位置图，具体工作内容如下：

1)查明水文地质单元内环境质量现状主要包括查明水文地质单位内现有及历史上不同类型污染源及其分布。对于工业或生活污染源主要调查污染物及其浓度、污染物排放量、排放方式、排放途径和取向、排放达标情况；对排污渠和已被污染的小型河流、水库等，除按地表水监测的有关规定进行流量、水质等调查外，还应选择有代表性的渠(河)段进行渗漏量和影响范围调查。对于农业污染源，重点应调查和了解施用农药、化肥情况。对于污灌区，重点应调查和了解污灌区的土壤类型、污灌面积、污灌水源、水质、污灌量、灌溉制度与方式及施用农药、化肥情况；对工业固体废物堆放(填埋)场，应测定其位置、堆积面积、堆积高度、堆积量等，并了解其底部、侧部渗透性能及防渗情况，同时采取有代表性的样品进行浸溶试验、土柱淋滤试验，了解废物的有害成份、可浸出量、雨后淋滤水中污染物种类、浓度和入渗情况。通过对工业、排污渠(河流)、农业、固体废物堆放(填埋)场的调查，评价是否存在人为活动造成污染物对地下水水质产生影响；

2)在水文地质单元地下水流向的上下游布置水文地质钻孔，查明包气带岩性、结构、厚度其防污性能；含水层的岩性组成、厚度、渗透系数和富水程度；隔水层的岩性组成、厚度、渗透系数及其防污性能；地下水类型、地下水的补给、径流和排泄条件；地下水水位、水质、水量、水文和水化学特征；评价水文地质条件对地下水水质的影响；

3)利用水文地质钻孔和现有水井开展一个连续水文年的枯、平、丰地下水环境现状监测，详细掌握水文地质单元内环境质量现状和地下水动态信息，进行地下水环境现状评价；

4)收集有历史资料记录以来区域地下水水位、水质和水化学特征资料，对比区域地下水和水文地质单元内水质资料，分析其水质是否基本吻合；

5)依据上述4点工作内容，判断地下水含水层是否为含水层背景的真实反映。

(3)采用数理统计判定地下水本底值及其范围，工作内容如下：

1)剔除异常值

A.剔除异常值方法的选择

为了剔除异常值，就要进行元素本底值一致性检验，检验的方法多种多样，对于大样本(样本容量>100)的异常值判断，通常采用两倍或三倍标准差准则；对于小样本(n<100)的异常值判断，一般使用狄克松法(Dixon)、格鲁布斯法(Grubbs)和t检验法，但后三种方法检验的严格程度不同；狄克松法是极差型检验，检验不严格，保留一些异常值的可能性较大；t检验法中的标准差和平均值是在去除可疑值后计算出来的，数值变小，检验的灵敏度提高了，这样就有可能把有些正常值判为异常值，可见此法偏严；格鲁布斯法的标准差和平均值是由包括可疑值在内的全部数据计算得出的，数值较大，严格度适中，检验效果最好。

在此采用Grubbs检验法(取显著水准为：α＝0.01时断为异常值)，对统计单元内数据进行检验，对那些表明异常数据予以剔除。

B.Grubbs检验法的原理

若X1、X2、……、Xn为一组值，它遵从均值为u、方差为σ的正态分布N(μ，σ2).若不存在异常值，用n个值计算的方差

与用n-1个测定数据计算的方差

都可用来估计σ2(式中X为均值)，两者都是σ2一致而有效的估计值。因此，其比值

式中：X

当

表1 Gubbs检验法G

2)检验分布类型

确定沛县水源地地下水环境本底值的前提是对其化学组分含量值分布类型进行检验，即对其进行正态性检验。正态性检验主要有三种方法：一是计算综合统计量，如夏皮洛-威尔克检验(W检验)、柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫法(K-S检验)、达戈斯提诺检验(D检验)等；二是正态分布的拟合优度检验，如χ2检验、对数似然比检验等；三是图示法(正态概率图)，如分位数图(简称Q-Q图)、百分位数(简称P-P图)和稳定化概率图(简称S-P图)等。

3)确定本底值及其范围

地下水环境本底值具有统计性，在剔除异常数据的基础上，要按照统计学要求经频数分布类型检验确定分布类型。地下水环境本底值应该是一个区间范围，而不是一个确定的值。某指标本底值的集中趋势以该指标剔除异常数据后的测定数据的特征值表达，该指标的本底值范围以一定的置信度表达。

A.对于服从正态分布类型的指标采用统计的算数平均值加减相应标准差的整数倍计算本底值范围，计算公式如下：

式中：X

B.对数正态分布类型的指标采用几何平均值乘除几何标准差的整数倍次方计算本底值范围，计算公式如下：

式中：X

C.对于服从偏态分布的指标用如下方法进行计算：

将中位数(Md)作为统计指标的集中值

S＝X

Cr＝S/Md

式中：X

本底值：本底值取值范围为一定样本概率下的百分位数区间。

注：对于组分含量低于检出限的指标用如下方法进行计算：

检出率80％≤E<100％(即低于检出限的频率20％)，其检出下限的0.7倍参加数理统计，计算统计参数；检出率50％≤E<80％(即低于检出限的频率在20％-50％)之间，取样本的中位数作统计特征值；检出率E≤50％(即低于检出限的频率＞50％)，取其检测下限作为统计特征值(实质上是以众数作为统计特征值)。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。