段江飛

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 邯鄲 056004）

EXCEL是一款性能很強的電子表格軟件，可以進行很多復雜的數(shù)據(jù)處理和運算。根據(jù)地下水水化學平衡的基本原理，可借助EXCEL公式計算分析功能，對地下水水質(zhì)檢測結(jié)果基本測試數(shù)據(jù)的準確度進行檢驗。

對水質(zhì)測試數(shù)據(jù)的檢驗通過質(zhì)控樣對比分析、平行雙樣測試、加標回收分析、實驗室間比對、人員比對等方式，以上檢驗方法只能針對一個水質(zhì)項目的數(shù)據(jù)進行檢查，根據(jù)水化學平衡的原理，地下水水質(zhì)各主要項目之間存在一些化學平衡[1-4]，根據(jù)這種化學平衡可通過EXCEL來檢驗水質(zhì)測試數(shù)據(jù)的準確度。

1 基本原理

自然條件下，地下水中的各種陰、陽離子處于一種相互聯(lián)系、相互制約的平衡狀態(tài)之中，任何一種平衡因素的變化，都必然會使原有的平衡發(fā)生改變，從而達到一種新的平衡。在對地下水進行水質(zhì)測試的工作中，利用水化學平衡原理可以及時發(fā)現(xiàn)較大的分析誤差和失誤，控制和核對數(shù)據(jù)的正確性，彌補其他檢驗方法檢驗的單一性和檢驗效率低的缺點。

通常情況下，自然條件下的地下水全分析和簡分析均包含以下常見項目：陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+）、陰離子和其他指標（pH值、電導率、溶解性總固體、游離CO2）。上述陰、陽離子基本可以代表天然地下水中主要溶質(zhì)組成，并能通過上述主要離子準確判定地下水的水化學類型，計算地下水的硬度、堿度、酸度等指標，分析地下水的基本特征，因此，一般認為，以上檢測項目可作為天然地下水的基本水質(zhì)指標。

根據(jù)水化學平衡原理，以上地下水基本水質(zhì)指標存在以下化學平衡：

（1）陰陽離子化學平衡

天然地下水中的陰陽離子電荷總數(shù)是相等的，即陰離子當量濃度總和等于陽離子當量濃度總和，但由于分析測定存在一定的誤差，加之地下水中可能存在其他微量離子成分，因此在測試結(jié)果中，陰陽離子當量濃度總和往往不相等，但陰陽離子當量濃度總和的差值應(yīng)在一定的允許范圍內(nèi)，參考相關(guān)標準[5]，其最大允許誤差應(yīng)控制在±10%之內(nèi)，計算公式如下：

（2）溶解性總固體與離子總量化學平衡

溶解性總固體是水溶液中溶解的無機礦物質(zhì)成分的總量，通常在實驗室利用蒸干的方法測定。而溶解性總固體計算值等于陰、陽離子總量之和再加上（60/122）的碳酸氫鹽含量。理論上講，根據(jù)化學平衡關(guān)系，溶解性總固體測定值等于溶解性總固體計算值，但由于分析測定存在一定的誤差，參考相關(guān)標準[5]，其最大允許誤差應(yīng)控制在±10%之內(nèi)，計算公式如下：

（3）溶解性總固體與電導率化學平衡

地下水的電導率是表示地下水溶液傳導電流的能力，地下水可溶性離子越多，電阻就越小，電導率就越大。對于某一特定的水樣，其電導率與溶解性總固體之間存在一定的關(guān)系[6]。參考相關(guān)標準[5]，電導率與溶解性總固體之間最大允許誤差應(yīng)控制在0.55～0.70之內(nèi)，計算公式如下：

（4）電導率與陰離子或陽離子化學平衡

根據(jù)水溶液電化學平衡基本原理，地下水的電導率與陰離子或陽離子存在一種化學平衡關(guān)系，國內(nèi)研究人員證實電導率與陰離子總數(shù)關(guān)聯(lián)性非常好[7]。參考相關(guān)標準[5]，電導率與陰離子或陽離子化學平衡之間最大允許誤差應(yīng)控制在±10%之內(nèi)，計算公式如下：

（5）鈣鎂等金屬與總硬度（CaCO3）化學平衡

地下水的總硬度主要是描述鈣離子和鎂離子的含量，在實驗室測試中，常用乙二胺四乙酸二鈉滴定法進行測定。根據(jù)水化學平衡原理，可用計算的方法計算出地下水總硬度數(shù)值，計算方法為：總硬度計算值（mg/L）=（Ca2+/20＋Mg2+/12＋Fe3+/18.6＋Mn2+/27.5）×50。因此，可以根據(jù)總硬度的計算值和測定值進行對比，參考相關(guān)標準[5]，其最大允許誤差應(yīng)控制在±10%之內(nèi)，計算公式如下：

（6）pH值與游離CO2、HCO3-和CO32-化學平衡

pH值與游離CO2、HCO3-和CO32-化學平衡關(guān)系如下：

① 當含有游離CO2和HCO3-，不含有機酸時：pH=6.37＋lg[水中HCO3-含量（mmol/L）]-lgC[水中游離CO2含量（mmol/L）]；② 當含有HCO3-和CO32-離 子 時：pH=10.25-lg[水 中HCO3-含 量（mmol/L）]＋lg[水中CO32-含 量（mmol/L）]。在實驗室實際測得的pH值與計算結(jié)果的誤差應(yīng)小于±0.2[2]，計算公式如下：

2 基于EXCEL的地下水水質(zhì)檢測結(jié)果檢驗方法

2.1 水質(zhì)檢測結(jié)果表格設(shè)計

以委托給中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局巖土測試中心檢測的武安市礦山鎮(zhèn)北山底村水源井地下水水質(zhì)檢測結(jié)果為例，將水質(zhì)陰、陽離子測試數(shù)據(jù)分兩大列統(tǒng)計于如圖1的EXCEL表格中，陽離子數(shù)據(jù)范圍為A1：D11，陰離子數(shù)據(jù)范圍為E1：H11，數(shù)據(jù)列從左至右分別為：分析項目（B）、離子毫克濃度[ρ（BZ+）]，離子毫克當量濃度和離子毫克當量百分數(shù)以上，B表示化合物離子，Z表示離子的化合價。陰陽離子數(shù)據(jù)下方為合計數(shù)據(jù)，其他指標數(shù)據(jù)（pH值、溶解性總固體、游離CO2等）列在A12：D16位置。

2.2 對水質(zhì)檢測結(jié)果準確度檢驗的公式設(shè)計

根據(jù)前文所述的地下水化學平衡6個基本原理，在EXCEL中表達出來，形成如圖1的A18：G24位置水質(zhì)平衡檢驗表格。根據(jù)公式（1）～公式（6），將六種水化學平衡的檢驗值表達在F19：F24的位置，將檢驗值與G19：G24位置的評價標準值進行對比，如果檢驗值在評價標準范圍之內(nèi)，則該水質(zhì)檢測結(jié)果準確度較高，符合水質(zhì)分析質(zhì)量控制的要求。

對表1的地下水水質(zhì)檢測結(jié)果的準確度檢驗進行公式設(shè)計，根據(jù)陰陽離子化學平衡原理的公式1，在EXCEL中的F19區(qū)域設(shè)計計算公式：=(G11-C11)/(G11+C11)×100%，得出陰陽離子當量濃度總和偏差的檢驗值為1.65%，檢驗值小于評價標準的10%，說明該水質(zhì)檢測結(jié)果的陰陽離子化學平衡基本成立。

圖1 基于EXCEL的檢驗水質(zhì)測試數(shù)據(jù)準確度的示意圖

平衡檢驗2中，溶解性總固體與離子總量平衡誤差在F20區(qū)域設(shè)計計算公式：=[(B11+F11-F6×62/122)-B14]/B14×100%，計算出的誤差檢驗值在±10%之內(nèi)；平衡檢驗3中，溶解性總固體與電導率平衡誤差在F21區(qū)域設(shè)計計算公式：=B14/D15，計算出的誤差檢驗值應(yīng)在0.55～0.70之間；平衡檢驗4中，電導率與陰離子或陽離子化學平衡在F22區(qū)域設(shè)計計算公式： =[(C11×100)/D15-1]×100%或=[(G11×100)/D15-1]×100%，計算出的誤差檢驗值在±10%之內(nèi)；平衡檢驗5中，鈣鎂等金屬與總硬度（CaCO3）平衡誤差在F23區(qū)域設(shè)計計算公式：={[(C6+C7)×100.087/2]/B15-1}×100%，計算出的誤差檢驗值在±10%之內(nèi)；平衡檢驗6中，當含有游離CO2和HCO32-，不含有機酸時的pH值誤差在F24區(qū)域設(shè)計計算公式：={[6.37+LOG10(G6)-LOG10(B16/44.01)]/D14-1}×100%，計算出的誤差檢驗值小于±0.2。

以上，對水質(zhì)測試結(jié)果通過6種水化學平衡關(guān)系進行檢驗，檢驗誤差值均在評價標準之內(nèi)，便可以認為該地下水水質(zhì)測試結(jié)果較為準確和可靠。

3 結(jié)論

基于EXCEL的地下水水質(zhì)檢測結(jié)果準確度檢驗，運用水化學平衡的原理，通過EXCEL便可以簡便的評價出水質(zhì)測試數(shù)據(jù)的準確度和可靠性，對以往水質(zhì)測試數(shù)據(jù)的檢驗的方法進行了有效的補充，且該方法簡便易操作，實用性很強，為實驗室測試人員和相關(guān)工程技術(shù)人員對檢驗地下水水質(zhì)測試數(shù)據(jù)的準確度和可靠性提供了極大的便利。