一种地下水脆弱性评价结果的检验方法与流程

本发明涉及地下水环境科学和地下水污染风险管理领域，特别是指一种地下水脆弱性评价结果的检验方法。

背景技术：

近年来，地下水脆弱性评价是对地下水污染采取预防的主要措施，通过区别不同地区地下水对污染的敏感性来圈定不同脆弱级别的地下水区域，其评价结果对于地下水水源地选取及保护区划分、地下水污染防控方案、区域土地利用开发政策制定、城市垃圾堆放场地选址及地下水水质监测网布设都具有一定的理论指导意义。

地下水脆弱性评价结果的准确程度不仅是衡量评价对象、评价方法准确与否的标尺，也是决策者最为关心的问题。目前，没有直接且可靠的方法来检验地下水脆弱性评价结果的准确性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种地下水脆弱性评价结果的检验方法，以解决现有技术所存在的没有直接且可靠的方法来检验地下水脆弱性评价结果的准确性的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种地下水脆弱性评价结果的检验方法，包括：

a)、针对地下水脆弱性评价结果，确定污染物最高浓度所在的脆弱性分区和最低浓度所在的脆弱性分区；其中，所述地下水脆弱性评价结果包括：地下水脆弱性指数和地下水脆弱性等级划分结果，所述污染物为某类特征污染物；

b)、根据地下水脆弱性等级划分结果，确定地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度；

c)、计算污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度；

d)、通过方差统计的f检验，确定统计量f值，其中，f值越大，表示对应于不同地下水脆弱性等级中的污染物浓度相同的情况越少；

e)、将地下水中污染物浓度和地下水脆弱性评价结果划分为相同数量的等级，计算级别差值的绝对值；

d)、根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析，评估评价结果的可靠性。

进一步地，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度用斯皮尔曼等级相关系数表示，其中，所述斯皮尔曼等级相关系数表示为：

式中，ρ表示斯皮尔曼等级相关系数，n为样本数量；di表示第i个样本中特征污染物排行和脆弱性指数排行名次差。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据a)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到污染物最低浓度出现在地下水脆弱性低区或较低区，且污染物最高浓度出现在地下水脆弱性中等区、较高区或高区，则初步判定所述某地下水脆弱性评价结果合理。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据b)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度随着地下水脆弱性等级的上升呈现上升趋势，则初步判定所述某地下水脆弱性评价结果合理。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据c)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，斯皮尔曼等级相关系数ρ的绝对值越大，表示污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越强；

斯皮尔曼等级相关系数ρ的绝对值越小，表示污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越弱。

进一步地，所述统计量f值表示为：

式中，s回为回归平方和，s残为残余平方和，n为样本含量，k为独立变量的数量。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据e)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别的级别差绝对值小于等于预设的第一阈值时，则判定地下水脆弱性评价结果合理。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据e)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于所述预设的第一阈值，且小于等于预设的第二阈值时，则判定过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

进一步地，所述根据a)、b)、c)、d)、e)，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据e)，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于所述预设的第二阈值，则判定完全过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过从污染物最高浓度所在的脆弱性分区和最低浓度所在的脆弱性分区、地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度、污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度、统计量f值、级别差值的绝对值这5个方面，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析来检验地下水脆弱性评价结果的有效性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的地下水脆弱性评价结果的检验方法的流程示意图一；

图2为本发明实施例提供的drastic模型计算得到的地下水脆弱性分区图；

图3为本发明实施例提供的rsivl模型计算得到的地下水脆弱性分区图；

图4(a)为本发明实施例提供的基于ei分级方法下的地下水脆弱性图；

图4(b)为本发明实施例提供的基于q分级方法下的地下水脆弱性图；

图4(c)为本发明实施例提供的基于nj分级方法下的地下水脆弱性图；

图4(d)为本发明实施例提供的基于gi分级方法下的地下水脆弱性图；

图5(a)为本发明实施例提供的gi分级方法得到的级别差图；

图5(b)为本发明实施例提供的nj分级方法得到的级别差图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的没有直接且可靠的方法来检验地下水脆弱性评价结果的准确性的问题，提供一种地下水脆弱性评价结果的检验方法。

实施例一

参看图1所示，本发明实施例提供的地下水脆弱性评价结果的检验方法，包括：

s11、针对地下水脆弱性评价方法得到的地下水脆弱性评价结果，确定污染物最高浓度所在的脆弱性分区和最低浓度所在的脆弱性分区；其中，所述地下水脆弱性评价结果包括：地下水脆弱性指数和地下水脆弱性等级划分结果，所述污染物为某类特征污染物；

s12、根据地下水脆弱性等级划分结果，确定地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度；

s13、计算污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度；

s14、通过方差统计的f检验，确定统计量f值，其中，f值越大，表示对应于不同地下水脆弱性等级中的污染物浓度相同的情况越少；

s15、将地下水中污染物浓度和地下水脆弱性评价结果划分为相同数量的等级，计算级别差值的绝对值；

s16、根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析，评估评价结果可靠性。

本发明实施例所述的地下水脆弱性评价结果的检验方法，通过从污染物最高浓度所在的脆弱性分区和最低浓度所在的脆弱性分区、地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度、污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度、统计量f值、级别差值的绝对值这5个方面，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析来检验地下水脆弱性评价结果的有效性和可靠性。

本实施例中，需注意的是，单独使用上述5个方面的某一个或某几个并不足以说明地下水脆弱性评价结果的准确和有效程度，需要从上述5个方面进行综合分析对比后，才能确定地下水脆弱性评价结果的准确和有效程度。

本实施例中，由于斯皮尔曼等级相关系数不论两个变量的总体分布形态、样本容量的大小如何，都可以用来进行相关关系研究。作为一可选实施例，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度用斯皮尔曼等级相关系数表示，其中，所述斯皮尔曼等级相关系数表示为：

式中，ρ表示斯皮尔曼等级相关系数，n为样本数量；di表示第i个样本中特征污染物排行和脆弱性指数排行名次差。

本实施例中，斯皮尔曼等级相关系数ρ的绝对值越大，相关性越强，相关系数越接近于1或-1，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越强；相关系数的绝对值越接近于0，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越弱。

本实施例中，例如，可以假设，斯皮尔曼等级相关系数绝对值在0.8-1.0时，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数为极强相关；斯皮尔曼等级相关系数绝对值在0.6-0.8时，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数为强相关；斯皮尔曼等级相关系数绝对值在0.4-0.6时，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数为中等程度相关；斯皮尔曼等级相关系数绝对值在0.2-0.4时，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数为弱相关；斯皮尔曼等级相关系数绝对值在0.0-0.2为，所述污染物浓度和地下水脆弱性指数为极弱相关或无相关。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s11，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到污染物最低浓度出现在地下水脆弱性低区或较低区，且污染物最高浓度出现在地下水脆弱性中等区、较高区或高区，则初步判定所述某地下水脆弱性评价结果合理。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s12，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度随着地下水脆弱性等级的上升呈现上升趋势，则初步判定所述某地下水脆弱性评价结果合理。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s13，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，斯皮尔曼等级相关系数ρ的绝对值越大，表示污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越强；

斯皮尔曼等级相关系数ρ的绝对值越小，表示污染物浓度和地下水脆弱性指数的相关程度越弱。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述统计量f值表示为：

式中，s回为回归平方和，s残为残余平方和，n为样本含量，k为独立变量的数量。

本实施例中，对于给定的样本数据(xi1，xi2，...，xik)(i＝1，2，…，n；n>k+1)，计算出s回、s残，进而得到f值，再由给定的显著性水平α查f分布临界值表得到临界值fα(k,n-k-1)。当f>fα(k,n-k-1)，则认为在显著性水平α下，回归方程是显著的。

本实施例中，将地下水中污染物浓度和地下水脆弱性评价结果划分为相同数量的等级，计算级别差值的绝对值的具体步骤可以包括：

特征污染物以no3-n为例，将no3-n浓度分为5个等级，分别为<6mg/l，6mg/l-10mg/l，10mg/l-20mg/l，20mg/l-60mg/l，>60mg/l，级别值分别为1，2，3，4，5；将地下水脆弱性评价结果也分为5等级，分别为低、较低、中、较高、高，级别值分别为1，2，3，4，5。然后对研究区内每个单元分别进行级别值求差并取绝对值；其中，等级的数量可以根据实际研究区情况确定。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s15，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别的级别差绝对值小于等于预设的第一阈值时，则判定地下水脆弱性评价结果合理。

本实施例中，假设预设的第一阈值为1，当地下水脆弱性级别与污染物浓度级别的级别差绝对值小于等于1时，则判定地下水脆弱性评价结果合理。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s15，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于所述预设的第一阈值，且小于等于预设的第二阈值时，则判定过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

本实施例中，假设预设的第二阈值为3，当地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于1，且小于等于3时，则判定过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

在前述地下水脆弱性评价结果的检验方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据s11、s12、s13、s14、s15，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析包括：

根据s15，对地下水脆弱性评价结果进行对比分析时，若根据某地下水脆弱性评价结果，得到的地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于所述预设的第二阈值，则判定完全过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

本实施例中，当地下水脆弱性级别与污染物浓度级别之间的差值大于3时，例如为4，则判定完全过高估计了所述某地下水脆弱性评价结果。

为了更好地理解本发明实施例提供的地下水脆弱性评价结果的检验方法，以研究区浅层地下水硝酸盐脆弱性评价为例，分别采用目前评价地下水脆弱性最常用的drastic模型和针对研究区建立的rsivl模型，评价研究区的地下水硝酸盐脆弱性。利用本发明实施例提供的地下水脆弱性评价结果的检验方法检验drastic模型、rsivl模型的评价结果，以验证本实施例提供的检验方法的适用性。

先利用drastic模型对地下水脆弱性进行评价：

drastic模型假设□污染物随地表入渗水体由地表经包气带(包括土壤和包气带土层)进入含水层；□污染物随水流动；□评价区面积不小于0.405km²。

drastic模型由地下水埋深d、净补给量r、含水层介质a、土壤带介质s、地形t、包气带介质i以及水力传导系统c等7个水文地质参数组成。模型中每个指标的评分标准见表1。然后根据每个指标对脆弱性影响大小赋予相应权重(5，4，3，2，1，5和3)，最后通过加权求和式(1)得到地下水脆弱性指数，记为di。根据di将脆弱性划分为低、较低、中、较高、高5个等级。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，下标r表示指标值，w表示指标的权重。

表1drastic模型的各指标等级划分及赋值表

本实施例中，根据收集到的地形地貌图、地质图、水文地质图，钻孔柱状图、气象水文资料以及野外采样室内试验的分析结果等数据，借助arcgis软件分别获取地下水埋深、含水层介质、土壤介质、地形坡度、水力传导系数和包气带影响各指标评分图层。根据aller(1987)制定的7个指标等级划分、赋值，将di按照等间距方法划分为5个级别，得到研究区地下水脆弱性评价分级结果，如图2所示。

接着，利用rsivl模型对地下水脆弱性进行评价：

结合研究区具体的地形地貌、地质构造和水文地质条件等特征，筛选对地下水脆弱性的主控因素，选择净补给量r、土壤介质s、包气带介质i、地下水水流速度v、土地利用类型l5个指标用于评价研究区的地下水脆弱性，利用地统计分析方法确定各指标权重分别为3、5、3、4和5，将评价模型记为rsivl。该模型在原drastic模型基础上去掉了地下水埋深、地形坡度、水力传导系数和含水层岩性四个指标，增加了地下水水流速度和土地利用类型两个指标。rsivl模型中每个指标的评分标准见表2。利用式(2)对各指标进行加权求和，得到新的地下水脆弱性指数，记为ri，将ri按照等间距方法划分为5个级别，得到研究区地下水脆弱性评价分级结果，如图3所示。

ri＝rwrr+swsr+iwir+vwvr+lwlr式(2)

表2rsivl模型中各指标等级划分及赋值表

最后，利用本发明实施例提供的地下水脆弱性评价结果的检验方法检验drastic模型、rsivl模型的评价结果，以验证本实施例提供的检验方法的适用性：

为了探讨分级方式对地下水脆弱性成图的影响，本文选取等间距(简称ei)、几何间距(简称ng)、自然间断法(简称gi)、分位数法(简称q)四种分级方式进行地下水脆弱性分级，结果如图4(a)-图4(d)所示。

将研究区2005年平水期24个浅层地下水采样点的no3-n浓度作为验证标准，采用drastic模型和rsivl模型得到的地下水脆弱性评价结果的验证指标的计算结果见表3。

表3基于迭置指数法的地下水脆弱性评价结果验证指标统计表

表3中，anova表示方差分析，从表3可知，drastic模型评价地下水脆弱性得到的结果与地下水中no3-n浓度的斯皮尔曼相关系数为0.26，两者呈现弱相关关系。同时地下水中no3-n最低浓度和no3-n最高浓度均出现在地下水脆弱性较低区，且脆弱性各等级中no3-n浓度均在32mg/l-35mg/l，f值也较低，所以drastic模型评价得到的地下水脆弱性结果存在较大偏差。

rsivl模型评价地下水脆弱性得到的结果与地下水中no3-n浓度的相关系数为0.6698，比原drastic模型的相关程度提高了0.4098，两者呈现中等相关关系。同时地下水中no3-n最低浓度出现在地下水脆弱性较低或低区，no3-n最高浓度出现在地下水脆弱性中等、较高或高区，f值也较drastic模型提高了至少一倍，因此认为rsivl模型对于研究区来说，比drastic模型更为合理，可以较好反映研究区地下水脆弱性的实际情况。

采用不同分级方法确定的地下水脆弱性于地下水中no3-n浓度的相关系数均为0.6698，因此通过分析no3-n最高浓度和no3-n最低浓度各出现在脆弱性等级的哪一分区、脆弱性各等级对应的no3-n平均浓度和方差分析f检验结果来判断哪种分级结果最合理。利用rsivl模型q分级方法使得no3-n最低浓度出现在地下水脆弱性低区，no3-n最高浓度出现在地下水脆弱性高区，分布在地下水脆弱性5个等级的no3-n平均浓度范围在7.34mg/l-47.22mg/l，相比于用drastic模型得到的评价结果更为合理，但地下水脆弱性中等区的no3-n浓度仅为9.31mg/l，比较异常。利用rsivl模型gi和nj的等级划分方法得到的地下水脆弱性评价结果精度近似，总体好于q分级方法得到的地下水脆弱性评价结果，其中，no3-n最低浓度出现在地下水脆弱性较低区，no3-n最高浓度出现在地下水脆弱性较高区，且地下水脆弱性各个等级内的no3-n浓度呈现稳步上升趋势，f值是所有评价模型中最高的，因此认为评价结果合理。

为了区别gi和nj哪种等级划分方法更有效，采用级别差来判断。将地下水中no3-n浓度和地下水脆弱性评价结果划分为5个等级，计算级别差值的绝对值。本论文认为当级别差绝对值为0，1时，脆弱性评价结果合理。当脆弱性级别高于浓度级别2-3，认为过高估计了脆弱性评价结果；高于等于4，认为完全过高估计了脆弱性结果。gi和nj两种等级划分方法得到的级别差见图5(a)、图5(b)和表4。

表4gi和nj等级划分方法得到的地下水脆弱性评价结果合理性分析表

从图5(a)、图5(b)和表4中可以看出，gi等级划分方法得到的地下水脆弱性评价结果合理的面积占研究区面积的64.45％，过高估计地下水脆弱性评价面积占研究区面积的35.53％，nj等级划分方法得到的地下水脆弱性评价结果合理的面积占研究区面积的52.08％，过高估计地下水脆弱性评价面积占研究区面积的47.47％，完全过高估计地下水脆弱性结果的面积比例为0.45％。结合之前的定性和统计分析看，认为用gi等级划分方法的rsivl模型得到的地下水脆弱性结果更为准确。对gi等级划分得到的地下水脆弱性结果进行统计分析，结果见表5。

表5研究区浅层地下水脆弱性分区统计表

本发明实施例所述的地下水脆弱性评价结果的检验方法，通过从污染物最高浓度所在的脆弱性分区和最低浓度所在的脆弱性分区、地下水脆弱性各个等级对应的污染物平均浓度、地下水水质评价结果和地下水脆弱性指数的相关程度、统计量f值、级别差值的绝对值这5个方面，对地下水脆弱性评价结果进行综合对比分析来检验地下水脆弱性评价结果的有效性和可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。