12-2012-05-基于EXCEL的地下水化学舒卡列夫分类方法

基于EXCEL的地下水化学舒卡列夫分类方法寇文杰（北京市水文地质工程地质大队，100195）摘要：地下水化学类型不仅有助于了解天然水的成因条件，而且水化学类型的递变格局也时常成为圈化地下水系统、地表水系统，以及研究两者间水利联系的重要证据。地下水化学类型分类方式很多，以舒卡列夫分类法在地下水化学分类中应用最为广泛。本文借助计算机office软件中的EXCEL，建立相应的公式模板，从而可以讲水质化验数据直接录入或导入模板，直接得出相应的水化学类型，方法清晰简明，可作为水化学分析的参考模板。关键字：水化学类型舒卡列夫EXCLE1前言地下水水化学类型不仅有助于了解天然水的成因条件，而且水化学类型的递变格局也时常成为圈化地下水系统、地表水系统，以及研究两者间水力联系的重要证据[1]。对于一批水质化验数据，如何直观有效的确定其水化学类型是地下水监测人员应该具备的素质和能力，随着信息社会的不断发展，信息技术在各个领域的应用越来越广泛[2]，MISCORSOFT公司OFFICE系类软件中的EXCEL软件[3]，在数据处理和综合管理方面具有功能强、使用方便等特点[2]，利用EXCE自带的数据分析功能功能，可以完成许多专业软件才有的数据统计、分析功能[4]，本文将就如何应用EXCEL快速准确的[5]确定某一批水质化验数据的地下水化学类型进行探讨。2地下水化学分类地下水化学类型分类方式很多，目前，水化学分类的方案有多种，苏林分类法、阿廖金分类法和舒卡列夫分类法较为常用[1]，其中又以舒卡列夫分类法在地下水化学分类中的应用最为广泛[6]。舒卡列夫分类是前苏联学者舒卡列夫（C.A.Ⅲукапев）提出的，是按照阴阳离子的含量大小及矿化度划分的。含量大于25%毫克当量的阴离子和阳离子进行组合，共分49型水（表1），每型以一个阿拉伯数字作为代号。按矿化度又划分为4组，A组矿化度小于1.5g/L，B组1.5-10g/L,C组10-40g/L,D组大于40g/L。不同水化学成分的水都可以用一个简单的符号代替，并赋以一定的成因特征特征。例如1-A型即矿化度小于1.5g/L的HCO3-Ca型水[7]。表1舒卡列夫分类图表Table.1.MischkaLevclassificationchart超过25%毫克当量的离子HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+CLHCO3+CLSO4SO4+CLCLCa181522293643Ca+Mg291623303744Mg3101724313845Na+Ca4111825323946Na+Ca+Mg5121926334047Na+Mg6132027344148Na71421283542493基于EXCEL的舒卡列夫命名及水型计算利用EXCEL计算地下水化学类型主要分3步：（1）地下水水质数据的录入；并转为当量浓度；（3）确定各指标的摩尔浓度百分含量及参与命名的阴阳离子；（4）命名。3.1数据录入及整理首先，将化验室的水质化验数据录入整理成ECXEL表格格式（图1、图2）,并利用公式将离子的质量浓度转为当量浓度：质量浓度当量浓度=离子价溶质分子量根据各阴离子质量浓度计算出各阴离子的当量浓度，其EXCEL处理公式为：161BiKi;260CiLi;135.5DiMi;296EiNi。并根据当量浓度计算出各阴离子的当量百分比含量，其EXCEL处理公式为：100iiiiiiKSKLMN；100iiiiiiLTKLMN；100iiiiiiMUKLMN；100iiiiiiNVKLMN；同理，根据各阳离子的质量浓度计算出各阳离子的当量浓度，其EXCEL处理公式为：139FiOi;123GiPi;240HiQi;224IiRi。并根据当量浓度计算出各阳离子的当量百分比含量，其EXCEL处理公式为：100iiiiiiOWOPQR;100iiiiiiPXOPQR;100iiiiiiQYOPQR;100iiiiiiRZOPQR;图1阴离子水质化验数据的录入格式及浓度换算Fig.1.Anionicwaterqualitytestingdataentryformandconcentrationconversion图2阳离子水质化验数据的录入格式及及浓度换算Fig.2.Cationwaterqualitytestingdataentryformatandconcentrationconversion3.2基于EXCEL舒卡列夫分类命名根据计算出的各阴、阳离子的当量百分比含量及舒卡列夫分类方式，确定浓度值超过25%毫克当量的各阳、阴离子参与命名并做标记（图3）。确定参与命名的阴离子，其EXCEL处理公式为：(25,)iiAAIFS重碳酸盐,；(25,)iiABIFU氯化物,；(25,)iiACIFV硫酸盐,；确定参与命名的阳离子，其EXCEL处理公式为：(25,)iiADIFX钠,；(25,)iiAEIFY钙,；(25,)iiAFIFZ镁,；按矿化度确定分组，其EXCEL处理公式为：(1500,,10000,,(40000,,))iiiiAGIFJAIFJBIFJCD()根据确定的参与命名的阴、阳离子，将其合并即可得按舒卡列夫分类方式命名的水质的水化学命名。（表4）。确定名称的EXCEL处理公式为：&&&&&&&&iiiiiiiiAHAAABACADAEAFAG水-图3确定参与命名的阴阳离子及命名Fig.3.Identifytheinvolvednamingionsandnaming3.2基于EXCEL舒卡列夫水型计算为了与舒卡列夫分类图表中所对应的水型相对应，我们把表1中的舒卡列夫分类图表表示为阴阳离子数值形式（表2），即当阴离子为HCO3时，值取0，阴离子为HCO3+SO4时，值取7，阴离子为HCO3+SO4+CL时，值取14，阴离子为HCO3+CL时，值取21，阴离子为SO4时，值取28，阴离子为SO4+CL时，值取35，阴离子为CL时，值取42；阳离子为Ca时，值取1，阳离子为Ca+Mg时，值取2，阳离子为Mg时，值取3，阳离子为Na+Ca时，值取4，阳离子为Na+Ca+Mg时，值取5，阳离子为Na+Mg时，值取6，阳离子为Na时，值取7。表2舒卡列夫分类图表（阴阳离子相加表示）Table2.MischkaLevclassificationchart(ionadditiverepresentation)超过25%毫克当量的例子HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+CLHCO3+CLSO4SO4+CLCLCa0+17+114+121+128+135+142+1Ca+Mg0+27+214+221+228+235+242+2Mg0+37+314+321+328+335+342+3Na+Ca0+47+414+421+428+435+442+4Na+Ca+Mg0+57+514+521+528+535+542+5Na+Mg0+67+614+621+628+635+642+6Na0+77+714+721+728+735+742+7用EXCEL直接计算阴阳离子数值较为繁琐，因此笔者采用两步计算。第一步：令阴离子含量大于25%毫克当量的HCO3的给定分值100，含量大于25%毫克当量的氯化物的给定分值10，含量大于25%毫克当量的SO4的给定分值1，小于25%毫克当量的各阴离子给定分值为0。第二步，计算阴离子总分值，则当阴离子总分值为100时，对应阴离子HCO3，按表2，取值0，当阴离子总分值为101时，对应HCO3+SO4，按表2，取值7，其他组合分别与表2对应。阳离子计算方法与阴离子相同。然后根据阴阳离子的取值及矿化度分组，计算得出水型（图4）。按照上述方法的EXCEL处理公式为：(25,100,0)iiAIIFS;(25,10,0)iiAJIFU;(25,1,0)iiAKIFV;(25,100,0)iiALIFX;(25,10,0)iiAMIFY;(25,1,0)iiANIFZ;iiiiAOAIAJAK;iiiiAQALAMAN;(100,0,(101,7,(111,14,(110,21,(1,28,(11,35,42))))))iiiiiiiAPIFAOIFAOIFAOIFAOIFAOIFAO(10,1,(11,2,(1,3,(110,4,(111,5,(101,6,7))))))iiiiiiiARIFAQIFAQIFAQIFAQIFAQIFAQ水型的EXCEL计算公式为：&&iiiiASAPARAG图4阴阳离子取值及水型的确定Fig4.Ionselectionanddeterminationofwater4结论1、采用EXCEL进行水化学命名，清晰、简洁、可操作性强。2、由于每一步的操作均采用相应的公式处理不易出错，一旦出错，修改方便。3、对于新的水质化验数据，可按表中对应的B-I列将指标质量浓度拷贝其中，便可直接在AH列得出相应的水化学类型，使用方便，为以后新的水质数据的水化学命名提供了方便，做到了一劳永逸。参考文献1.徐恒力等,水资源开发与保护[M],北京：地质出版社,2001年，P98-100.2.向晓钧,EXCEL在处理环境监测数据中的应用[J]，北方环境，2011年6月,23(6):160-162.3.朱正勋，EXCEL在酸雨统计分析中的应用[J],黄冈职业技术学院学报,2011年，13（6）：96-99.4.武富礼,EXCEL在抵制研究工作中的应用[J]，中国地质教育,2011年，2011（3）：31-35.5.杜海波,李卫琴,EXCEL模板在氟化物含量计算中的应用[J],人民黄河，2011年12月,33（12）：54-55.6.魏振枢,环境水化学[M],北京：化学工业出版社教材出版中心,2001年，P82-84.7.王大纯,张人权，史毅虹等,水文地质学基础[M],北京：地质出版社，1995年6月，p61-62.EXCELbasedgroundwaterchemicalMischkaLevclassificationmethodKOUWen-jie（Beijinghydrologicalgeologyengineeringgeologybattalion，100195）Abstract:groundwaterchemicaltypesnotonlycontributetotheunderstandingofthecausesandconditionsofnaturalwater,hydrochemicaltypeofgradationpatternalsooftenbecomeacircleofgroundwater,surfacewatersystem,andthestudyoftwoimportantevidenceofwatercontact.Groundwaterchemicaltypesinmanyways,toShokaLevclassificationinchemicalclassificationofgroundwaterismostwidelyusedin.WiththehelpofcomputerofficesoftwareEXCEL,establishthecorrespondingformulatemplate,whichcantellwaterqualitytestingdatadirectlyinputorimporttemplates,directdrawthecorrespondingwaterchemistrytype,methodisclearandconcise,canbeusedasthewaterchemicalanalysisreferencetemplate.Keywords:waterchemistrytypeShokaLev;EXCLE;作者简介：