刘 畅，甘圣斌

(1.广东省环境科学研究院，广东 广州 510045；2.水利部长江水利委员会 长江三峡水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443000)



地下水环境背景值的确定方法探讨

刘 畅1，甘圣斌2

(1.广东省环境科学研究院，广东 广州 510045；2.水利部长江水利委员会 长江三峡水文水资源勘测局，湖北 宜昌 443000)

探讨了地下水环境背景值的概念和特征，指出了环境背景值具有时空差异性，对比了国内常见的地下水环境背景值确定方法的优缺点，列举了数理统计法确定背景值的主要依据，最后提出了地下水环境背景值的确定方法以及在应用中常见的问题处理办法。

地下水污染；地下水背景值；区域差异性；时间差异性；数理统计法

1　地下水环境背景值的概念

我国地下水环境背景值研究起步较晚，自20世纪80年代初在“长江中下游重点地区地下水环境背景值调查”研究中首次提出至今[1]，其概念一直存在分歧，也出现了本底值、对照值等说法，存在同一概念在不同文献中代表不同含义，不同概念在不同出处表达同一内容的现象[2～4]。地下水环境背景值是环境特征的定量反映，反映地下水中各要素随自然环境的存在和发展而演化和发展的内在过程及其特征。其概念的争议主要在于它是否一定代表研究区完全没有受到人类活动影响的天然地下水水质状态，由于当前不受人类活动影响的天然环境已极少存在，因此现阶段对地下水环境背景值的概念，较为认可的阐述为：地下水环境背景值指研究区域内相对清洁区(人类活动影响相对较小的地区)化学元素的含量及能量值，是确定区域地下水是否受到污染的主要参数[5]。

2　地下水环境背景值的时空差异性

由于地下水的形成、运动、演化与大气降水、地表水有密切的联系，是水与周围介质(大气圈、生物圈、岩石圈)在长期历史进程中相互作用的结果，随其所处的环境不同，水化学成分各异，因此地下水环境背景值具有空间差异性和时间差异性。空间差异性主要表现为不同的环境单元具有不同的环境背景值，由于地下水的流动性和含水介质的非均质性，同一单元内部环境各要素也会表现出局部差异和渐变的特点，是一个范围值。同时，受水文、气象等影响，地下水的物理、化学要素随时间有一定的变化，即具有时间差异性。

3　地下水环境背景值的确定方法

目前研究者们采用了不同的方法确定背景值，按初判调查对象地下水污染现状可分为未污染区域确定方法和污染区域确定方法两类。前者可采用平均值法或趋势面分析法，后者多采用比拟法、剖面图法、历时曲线法、数理统计法等，各方法各具优缺点。非污染区域调查计算方法简单，平均值法以样本算术平均值加减标准差作为背景值，操作简易；趋势面分析法根据系列样品计算得到的结果能同时反映背景值时间差异性和空间差异性，但无法避免拟合过程中产生的误差。相对，污染区域调查计算方法则复杂一些，往往根据调查范围、水文地质条件复杂程度、现阶段研究程度、人员经费投入等因素采用不同技术[6]。对比比拟法无法体现空间差异性，剖面法布设剖面耗时，趋势面分析法精度不高，历时曲线法要求样点代表性好的局限性，数理统计法可充分利用以往水质资料，让地下水背景值的空间差异得到充分诠释，在实际应用中得到了众多学者的认可，成为污染区应用最多的方法之一，主要计算方法见表1。当统计数据满足正态分布时，背景值范围以算数平均值为基准；当满足对数正态分布时，背景值范围以几何平均值为基准；当既不属于正态分布，也不属于对数正态分布时，参考偏态分布确定背景值范围。

表1　数理统计法确定背景值的方法

4　探讨和建议

4.1概念的混淆

地下水环境背景值概念的争议主要在于它是否一定代表研究区完全没有受到人类活动影响的天然地下水水质状态。由于广意上的地下水污染是指：在人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象，它是水质的变化趋势。因此，在地下水污染评价中背景值是代表天然状态还是较清洁区水质状态，是以背景值、本底值或者其他方式表述就显得没有那么重要，而关键在于开展研究的目的。当从大时间尺度开展区域地下水污染评价时，应考虑现状水质与研究区无人类影响状态时水质差异；当从小时间尺度评价时，应考虑现状水质与研究区较清洁区水质之间的区别；当研究某污染源对地下水影响时，可直接考虑下游水质现状值与上游水质现状值之间的比较。

4.2取值范围

地下水环境背景值具有空间差异性和时间差异性，反映了地下水中各要素随自然环境的存在和发展而演化和发展的内在过程及其特征，因此地下水环境背景值是一个区间范围值，求解的过程应当充分考虑这一特性。例如，平均值法获得的背景值是平均值加减一个标准差，剖面图法获得的背景值是取两条外包线所表示的组分含量范围[7]；而仅采用平均值、众数值等单独的值代表背景值等类似方法是不准确的。此外，环境背景值还与研究区测试水平等因素有关，例如由于测试方法与仪器检出限不同，同一地区同一要素地下水环境背景值可能存在偏差。

4.3样品点布设

采样点布设的合理性与代表性是确保所求背景值是否真实可靠的关键。在布点的过程中，应当充分考虑研究区区域地质水文地质条件、地下水开发利用现状、污染源分布变迁历史等综合因素，以确保趋势面分析法选取的代表性系列样品值能充分体现背景值的时空差异特性；变差曲线法取得的样品点属于同一环境地质单元；历时曲线样品点充分反应地下水中某物理化学要素随时间的阶跃性变化；另外，数理统计法获得背景值，除样品点数量要满足数理统计要求外，还需体现地下水环境单元内区域差异性，布点方法可采用环境单元法与网格法相结合的方法。

4.4采样过程的规范

在地下水环境背景值的确定过程中往往偏重于方法的确定、采样点的布设，忽略了采样、实验室分析环节质量控制的重要性，存在研究初期获得数据本身出现误差的现象。因此，要求严格规范采样方案，选则有资质的人员完成相关工作，已有井采样，应排除井管材质对地下水水质的干扰，规范洗井，根据不同测试项目确定取样器，如潜水泵不适合采集地下水中挥发性有机物指标，应改用闭合定深取样器或气囊泵，此外需按要求制定现场平行样、现场空白样、实验室平行样、实验室空白样等，尽可能地降低采样与分析环节产生的数据错误与误差。

4.5数据的检验

无论用什么方法计算地下水环境背景值，都需要对其原始数据和计算结果进行检验。在原始数据异常点的剔除过程中，除考虑采用散点图法、平均值加标准差法、狄克松法(Dixon)、格鲁布斯法(Grubbs)和t检验法等数理统计方法外，还应充分结合水文地球化学条件进行数据的异常值处理，各组分符合所在水文地球化学场浓度分布规律，保证天然水体物流场化学背景。同时用各种方法获得的背景值应进行时间和空间上的相互检验，每一环境单元应有一至几个代表点进行系列采样或具备系列资料，当相应组分的历史曲线分析与其他方法一致时，背景值才是可靠的。此外，多种数据的融合有助于更加合理地确定背景值。

[1]郭高轩. 我国地下水环境背景值研究综述[J]. 水文地质工程地质, 2010. 37(2): 95～98.

[2]邱汉学,黄巧珍. 地下水环境背景值及其确定方法[J]. 青岛海洋大学学报, 1994(S3): 16～20.

[3]贺秀全. 地下水环境背景值研究中存在的几个问题[J]. 地下水, 1994(2):22～23.

[4]寇文杰. 探讨地下水背景值确定方法及其容易忽视的几个问题[J]. 安徽农业科学, 2013(8): 3603～3605.

[5]陈振民. 环境本底值背景值基线值概念的商榷[J]. 河南地质, 2000(2): 158～160.

[6]张英. 珠江三角洲地区地下水环境背景值初步研究[J]. 中国地质, 2011. 38(1): 190～196.

[7]樊丽芳,陈植华. 地下水环境背景值的确定[J]. 西部探矿工程, 2004. 16(7): 90～92.

[8]宇庆华,曹玉和. 地下水化学背景值研究中的异常值判定与处理[J]. 吉林地质, 1991(2):75～79.

2016-06-26

刘畅(1986—)，女，助理工程师，硕士，主要从事地下水环境保护方向的研究工作。

X523

A

1674-9944(2016)16-0132-02