一種地下水脆弱性評價結果的檢驗方法與流程

本發明涉及地下水環境科學和地下水污染風險管理領域，特別是指一種地下水脆弱性評價結果的檢驗方法。

背景技術：

近年來，地下水脆弱性評價是對地下水污染采取預防的主要措施，通過區別不同地區地下水對污染的敏感性來圈定不同脆弱級別的地下水區域，其評價結果對于地下水水源地選取及保護區劃分、地下水污染防控方案、區域土地利用開發政策制定、城市垃圾堆放場地選址及地下水水質監測網布設都具有一定的理論指導意義。

地下水脆弱性評價結果的準確程度不僅是衡量評價對象、評價方法準確與否的標尺，也是決策者最為關心的問題。目前，沒有直接且可靠的方法來檢驗地下水脆弱性評價結果的準確性。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，以解決現有技術所存在的沒有直接且可靠的方法來檢驗地下水脆弱性評價結果的準確性的問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，包括：

a)、針對地下水脆弱性評價結果，確定污染物最高濃度所在的脆弱性分區和最低濃度所在的脆弱性分區；其中，所述地下水脆弱性評價結果包括：地下水脆弱性指數和地下水脆弱性等級劃分結果，所述污染物為某類特征污染物；

b)、根據地下水脆弱性等級劃分結果，確定地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度；

c)、計算污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度；

d)、通過方差統計的f檢驗，確定統計量f值，其中，f值越大，表示對應于不同地下水脆弱性等級中的污染物濃度相同的情況越少；

e)、將地下水中污染物濃度和地下水脆弱性評價結果劃分為相同數量的等級，計算級別差值的絕對值；

d)、根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析，評估評價結果的可靠性。

進一步地，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度用斯皮爾曼等級相關系數表示，其中，所述斯皮爾曼等級相關系數表示為：

式中，ρ表示斯皮爾曼等級相關系數，n為樣本數量；di表示第i個樣本中特征污染物排行和脆弱性指數排行名次差。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據a)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到污染物最低濃度出現在地下水脆弱性低區或較低區，且污染物最高濃度出現在地下水脆弱性中等區、較高區或高區，則初步判定所述某地下水脆弱性評價結果合理。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據b)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度隨著地下水脆弱性等級的上升呈現上升趨勢，則初步判定所述某地下水脆弱性評價結果合理。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據c)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，斯皮爾曼等級相關系數ρ的絕對值越大，表示污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越強；

斯皮爾曼等級相關系數ρ的絕對值越小，表示污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越弱。

進一步地，所述統計量f值表示為：

式中，s回為回歸平方和，s殘為殘余平方和，n為樣本含量，k為獨立變量的數量。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據e)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別的級別差絕對值小于等于預設的第一閾值時，則判定地下水脆弱性評價結果合理。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據e)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于所述預設的第一閾值，且小于等于預設的第二閾值時，則判定過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

進一步地，所述根據a)、b)、c)、d)、e)，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據e)，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于所述預設的第二閾值，則判定完全過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，通過從污染物最高濃度所在的脆弱性分區和最低濃度所在的脆弱性分區、地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度、污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度、統計量f值、級別差值的絕對值這5個方面，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析來檢驗地下水脆弱性評價結果的有效性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的流程示意圖一；

圖2為本發明實施例提供的drastic模型計算得到的地下水脆弱性分區圖；

圖3為本發明實施例提供的rsivl模型計算得到的地下水脆弱性分區圖；

圖4(a)為本發明實施例提供的基于ei分級方法下的地下水脆弱性圖；

圖4(b)為本發明實施例提供的基于q分級方法下的地下水脆弱性圖；

圖4(c)為本發明實施例提供的基于nj分級方法下的地下水脆弱性圖；

圖4(d)為本發明實施例提供的基于gi分級方法下的地下水脆弱性圖；

圖5(a)為本發明實施例提供的gi分級方法得到的級別差圖；

圖5(b)為本發明實施例提供的nj分級方法得到的級別差圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明針對現有的沒有直接且可靠的方法來檢驗地下水脆弱性評價結果的準確性的問題，提供一種地下水脆弱性評價結果的檢驗方法。

實施例一

參看圖1所示，本發明實施例提供的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，包括：

s11、針對地下水脆弱性評價方法得到的地下水脆弱性評價結果，確定污染物最高濃度所在的脆弱性分區和最低濃度所在的脆弱性分區；其中，所述地下水脆弱性評價結果包括：地下水脆弱性指數和地下水脆弱性等級劃分結果，所述污染物為某類特征污染物；

s12、根據地下水脆弱性等級劃分結果，確定地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度；

s13、計算污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度；

s14、通過方差統計的f檢驗，確定統計量f值，其中，f值越大，表示對應于不同地下水脆弱性等級中的污染物濃度相同的情況越少；

s15、將地下水中污染物濃度和地下水脆弱性評價結果劃分為相同數量的等級，計算級別差值的絕對值；

s16、根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析，評估評價結果可靠性。

本發明實施例所述的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，通過從污染物最高濃度所在的脆弱性分區和最低濃度所在的脆弱性分區、地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度、污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度、統計量f值、級別差值的絕對值這5個方面，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析來檢驗地下水脆弱性評價結果的有效性和可靠性。

本實施例中，需注意的是，單獨使用上述5個方面的某一個或某幾個并不足以說明地下水脆弱性評價結果的準確和有效程度，需要從上述5個方面進行綜合分析對比后，才能確定地下水脆弱性評價結果的準確和有效程度。

本實施例中，由于斯皮爾曼等級相關系數不論兩個變量的總體分布形態、樣本容量的大小如何，都可以用來進行相關關系研究。作為一可選實施例，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度用斯皮爾曼等級相關系數表示，其中，所述斯皮爾曼等級相關系數表示為：

式中，ρ表示斯皮爾曼等級相關系數，n為樣本數量；di表示第i個樣本中特征污染物排行和脆弱性指數排行名次差。

本實施例中，斯皮爾曼等級相關系數ρ的絕對值越大，相關性越強，相關系數越接近于1或-1，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越強；相關系數的絕對值越接近于0，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越弱。

本實施例中，例如，可以假設，斯皮爾曼等級相關系數絕對值在0.8-1.0時，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數為極強相關；斯皮爾曼等級相關系數絕對值在0.6-0.8時，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數為強相關；斯皮爾曼等級相關系數絕對值在0.4-0.6時，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數為中等程度相關；斯皮爾曼等級相關系數絕對值在0.2-0.4時，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數為弱相關；斯皮爾曼等級相關系數絕對值在0.0-0.2為，所述污染物濃度和地下水脆弱性指數為極弱相關或無相關。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s11，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到污染物最低濃度出現在地下水脆弱性低區或較低區，且污染物最高濃度出現在地下水脆弱性中等區、較高區或高區，則初步判定所述某地下水脆弱性評價結果合理。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s12，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度隨著地下水脆弱性等級的上升呈現上升趨勢，則初步判定所述某地下水脆弱性評價結果合理。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s13，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，斯皮爾曼等級相關系數ρ的絕對值越大，表示污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越強；

斯皮爾曼等級相關系數ρ的絕對值越小，表示污染物濃度和地下水脆弱性指數的相關程度越弱。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述統計量f值表示為：

式中，s回為回歸平方和，s殘為殘余平方和，n為樣本含量，k為獨立變量的數量。

本實施例中，對于給定的樣本數據(xi1，xi2，...，xik)(i＝1，2，…，n；n>k+1)，計算出s回、s殘，進而得到f值，再由給定的顯著性水平α查f分布臨界值表得到臨界值fα(k,n-k-1)。當f>fα(k,n-k-1)，則認為在顯著性水平α下，回歸方程是顯著的。

本實施例中，將地下水中污染物濃度和地下水脆弱性評價結果劃分為相同數量的等級，計算級別差值的絕對值的具體步驟可以包括：

特征污染物以no3-n為例，將no3-n濃度分為5個等級，分別為<6mg/l，6mg/l-10mg/l，10mg/l-20mg/l，20mg/l-60mg/l，>60mg/l，級別值分別為1，2，3，4，5；將地下水脆弱性評價結果也分為5等級，分別為低、較低、中、較高、高，級別值分別為1，2，3，4，5。然后對研究區內每個單元分別進行級別值求差并取絕對值；其中，等級的數量可以根據實際研究區情況確定。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s15，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別的級別差絕對值小于等于預設的第一閾值時，則判定地下水脆弱性評價結果合理。

本實施例中，假設預設的第一閾值為1，當地下水脆弱性級別與污染物濃度級別的級別差絕對值小于等于1時，則判定地下水脆弱性評價結果合理。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s15，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于所述預設的第一閾值，且小于等于預設的第二閾值時，則判定過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

本實施例中，假設預設的第二閾值為3，當地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于1，且小于等于3時，則判定過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

在前述地下水脆弱性評價結果的檢驗方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據s11、s12、s13、s14、s15，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析包括：

根據s15，對地下水脆弱性評價結果進行對比分析時，若根據某地下水脆弱性評價結果，得到的地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于所述預設的第二閾值，則判定完全過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

本實施例中，當地下水脆弱性級別與污染物濃度級別之間的差值大于3時，例如為4，則判定完全過高估計了所述某地下水脆弱性評價結果。

為了更好地理解本發明實施例提供的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，以研究區淺層地下水硝酸鹽脆弱性評價為例，分別采用目前評價地下水脆弱性最常用的drastic模型和針對研究區建立的rsivl模型，評價研究區的地下水硝酸鹽脆弱性。利用本發明實施例提供的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法檢驗drastic模型、rsivl模型的評價結果，以驗證本實施例提供的檢驗方法的適用性。

先利用drastic模型對地下水脆弱性進行評價：

drastic模型假設□污染物隨地表入滲水體由地表經包氣帶(包括土壤和包氣帶土層)進入含水層；□污染物隨水流動；□評價區面積不小于0.405km²。

drastic模型由地下水埋深d、凈補給量r、含水層介質a、土壤帶介質s、地形t、包氣帶介質i以及水力傳導系統c等7個水文地質參數組成。模型中每個指標的評分標準見表1。然后根據每個指標對脆弱性影響大小賦予相應權重(5，4，3，2，1，5和3)，最后通過加權求和式(1)得到地下水脆弱性指數，記為di。根據di將脆弱性劃分為低、較低、中、較高、高5個等級。di值越高，地下水脆弱性越高，反之脆弱性越低。

di＝dwdr+rwrr+awar+swsr+twtr+iwir+cwcr式(1)

式(1)中，下標r表示指標值，w表示指標的權重。

表1drastic模型的各指標等級劃分及賦值表

本實施例中，根據收集到的地形地貌圖、地質圖、水文地質圖，鉆孔柱狀圖、氣象水文資料以及野外采樣室內試驗的分析結果等數據，借助arcgis軟件分別獲取地下水埋深、含水層介質、土壤介質、地形坡度、水力傳導系數和包氣帶影響各指標評分圖層。根據aller(1987)制定的7個指標等級劃分、賦值，將di按照等間距方法劃分為5個級別，得到研究區地下水脆弱性評價分級結果，如圖2所示。

接著，利用rsivl模型對地下水脆弱性進行評價：

結合研究區具體的地形地貌、地質構造和水文地質條件等特征，篩選對地下水脆弱性的主控因素，選擇凈補給量r、土壤介質s、包氣帶介質i、地下水水流速度v、土地利用類型l5個指標用于評價研究區的地下水脆弱性，利用地統計分析方法確定各指標權重分別為3、5、3、4和5，將評價模型記為rsivl。該模型在原drastic模型基礎上去掉了地下水埋深、地形坡度、水力傳導系數和含水層巖性四個指標，增加了地下水水流速度和土地利用類型兩個指標。rsivl模型中每個指標的評分標準見表2。利用式(2)對各指標進行加權求和，得到新的地下水脆弱性指數，記為ri，將ri按照等間距方法劃分為5個級別，得到研究區地下水脆弱性評價分級結果，如圖3所示。

ri＝rwrr+swsr+iwir+vwvr+lwlr式(2)

表2rsivl模型中各指標等級劃分及賦值表

最后，利用本發明實施例提供的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法檢驗drastic模型、rsivl模型的評價結果，以驗證本實施例提供的檢驗方法的適用性：

為了探討分級方式對地下水脆弱性成圖的影響，本文選取等間距(簡稱ei)、幾何間距(簡稱ng)、自然間斷法(簡稱gi)、分位數法(簡稱q)四種分級方式進行地下水脆弱性分級，結果如圖4(a)-圖4(d)所示。

將研究區2005年平水期24個淺層地下水采樣點的no3-n濃度作為驗證標準，采用drastic模型和rsivl模型得到的地下水脆弱性評價結果的驗證指標的計算結果見表3。

表3基于迭置指數法的地下水脆弱性評價結果驗證指標統計表

表3中，anova表示方差分析，從表3可知，drastic模型評價地下水脆弱性得到的結果與地下水中no3-n濃度的斯皮爾曼相關系數為0.26，兩者呈現弱相關關系。同時地下水中no3-n最低濃度和no3-n最高濃度均出現在地下水脆弱性較低區，且脆弱性各等級中no3-n濃度均在32mg/l-35mg/l，f值也較低，所以drastic模型評價得到的地下水脆弱性結果存在較大偏差。

rsivl模型評價地下水脆弱性得到的結果與地下水中no3-n濃度的相關系數為0.6698，比原drastic模型的相關程度提高了0.4098，兩者呈現中等相關關系。同時地下水中no3-n最低濃度出現在地下水脆弱性較低或低區，no3-n最高濃度出現在地下水脆弱性中等、較高或高區，f值也較drastic模型提高了至少一倍，因此認為rsivl模型對于研究區來說，比drastic模型更為合理，可以較好反映研究區地下水脆弱性的實際情況。

采用不同分級方法確定的地下水脆弱性于地下水中no3-n濃度的相關系數均為0.6698，因此通過分析no3-n最高濃度和no3-n最低濃度各出現在脆弱性等級的哪一分區、脆弱性各等級對應的no3-n平均濃度和方差分析f檢驗結果來判斷哪種分級結果最合理。利用rsivl模型q分級方法使得no3-n最低濃度出現在地下水脆弱性低區，no3-n最高濃度出現在地下水脆弱性高區，分布在地下水脆弱性5個等級的no3-n平均濃度范圍在7.34mg/l-47.22mg/l，相比于用drastic模型得到的評價結果更為合理，但地下水脆弱性中等區的no3-n濃度僅為9.31mg/l，比較異常。利用rsivl模型gi和nj的等級劃分方法得到的地下水脆弱性評價結果精度近似，總體好于q分級方法得到的地下水脆弱性評價結果，其中，no3-n最低濃度出現在地下水脆弱性較低區，no3-n最高濃度出現在地下水脆弱性較高區，且地下水脆弱性各個等級內的no3-n濃度呈現穩步上升趨勢，f值是所有評價模型中最高的，因此認為評價結果合理。

為了區別gi和nj哪種等級劃分方法更有效，采用級別差來判斷。將地下水中no3-n濃度和地下水脆弱性評價結果劃分為5個等級，計算級別差值的絕對值。本論文認為當級別差絕對值為0，1時，脆弱性評價結果合理。當脆弱性級別高于濃度級別2-3，認為過高估計了脆弱性評價結果；高于等于4，認為完全過高估計了脆弱性結果。gi和nj兩種等級劃分方法得到的級別差見圖5(a)、圖5(b)和表4。

表4gi和nj等級劃分方法得到的地下水脆弱性評價結果合理性分析表

從圖5(a)、圖5(b)和表4中可以看出，gi等級劃分方法得到的地下水脆弱性評價結果合理的面積占研究區面積的64.45％，過高估計地下水脆弱性評價面積占研究區面積的35.53％，nj等級劃分方法得到的地下水脆弱性評價結果合理的面積占研究區面積的52.08％，過高估計地下水脆弱性評價面積占研究區面積的47.47％，完全過高估計地下水脆弱性結果的面積比例為0.45％。結合之前的定性和統計分析看，認為用gi等級劃分方法的rsivl模型得到的地下水脆弱性結果更為準確。對gi等級劃分得到的地下水脆弱性結果進行統計分析，結果見表5。

表5研究區淺層地下水脆弱性分區統計表

本發明實施例所述的地下水脆弱性評價結果的檢驗方法，通過從污染物最高濃度所在的脆弱性分區和最低濃度所在的脆弱性分區、地下水脆弱性各個等級對應的污染物平均濃度、地下水水質評價結果和地下水脆弱性指數的相關程度、統計量f值、級別差值的絕對值這5個方面，對地下水脆弱性評價結果進行綜合對比分析來檢驗地下水脆弱性評價結果的有效性和可靠性。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。