李厚洪，路小強

(1.廣東省地質(zhì)局七五七地質(zhì)大隊， 廣東江門市 529040;2.中國冶金地質(zhì)總局中南局昭金礦業(yè)有限公司， 廣西昭平縣 546800)

富灣銀礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量評價

李厚洪1，路小強2

(1.廣東省地質(zhì)局七五七地質(zhì)大隊， 廣東江門市 529040;2.中國冶金地質(zhì)總局中南局昭金礦業(yè)有限公司， 廣西昭平縣 546800)

通過對富灣銀礦區(qū)地下水化學成分的分析，選取了適合該礦區(qū)的14個指標作為本區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量的評價因子，并采用綜合指數(shù)評價法、模糊綜合評價法、可拓物元分析法對本區(qū)地下水質(zhì)量分別進行了單方面的評價，最后結合這3種評價方法的結果，綜合評定該礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量級別，證明該區(qū)地下水污染嚴重，并有惡化的趨勢。

富灣銀礦區(qū);綜合指數(shù)評價法;模糊綜合評價法;可拓物元分析法

0 前言

富灣銀礦區(qū)位于廣州市250°方向直距約45 km處，佛山市高明區(qū)329°方向直距約14 km，隸屬富灣鎮(zhèn)與金利鎮(zhèn)管轄，區(qū)內(nèi)屬剝蝕丘陵殘丘臺地地貌，地形總體為西南及中部高，屬亞熱帶季風氣候，溫暖潮濕，四季不甚分明。

區(qū)內(nèi)地表水系主要為西江河，在礦區(qū)東部從北西向南東流過，水量充沛，流量大。其次是流經(jīng)本區(qū)中部非常年性的長坑溪流，其水位、流量受降雨和西江水位的控制。區(qū)內(nèi)地下水類型分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽類裂隙溶洞水和裂隙水3大類[1]。礦區(qū)出露的地層主要有第四系、白堊系、三疊系、石炭系，巖性主要為亞粘土、亞砂土、礫巖、砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、硅化灰?guī)r等。

本礦區(qū)為一隱伏巖溶類型礦區(qū)，位于高明區(qū)三洲盆地區(qū)域水文地質(zhì)單元東北部的江根村小水文地質(zhì)單元中，通過對富灣礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行調(diào)查和評價，獲得區(qū)內(nèi)污染物質(zhì)的含量和分布情況等多項基礎數(shù)據(jù)，為預測今后該地區(qū)環(huán)境污染變化趨勢、開展礦區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測和保護提供依據(jù)，同時對環(huán)境規(guī)劃和管理，以及深入開展環(huán)境生態(tài)和地下水科學的研究，均具有十分重要的參考價值。下面根據(jù)富灣銀礦區(qū)的水質(zhì)分析結果，選取了適合該礦區(qū)的14個指標，結合3種水環(huán)境質(zhì)量評價方法，最后得出該礦區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量級別[2]。

1 地下水樣水化學分析結果

本次進行地下水水質(zhì)綜合評價是以生活飲用水為主要用水評價目標，為今后研究地下水污染的來源和污染途徑，也為改造地下水、防止水質(zhì)惡化和制定水資源政策提供科學依據(jù)，所以選取了地下水常見的污染物作為評價因子[3]。為了查明礦區(qū)不同含水層的水化學性質(zhì)和彼此之間的水力聯(lián)系，本次研究采集了多件不同類型的地下水樣進行水化學分析，以SH2水樣多件為例，結果見表1。

表1 不同含水層組地下水微量元素含量及其他指標

2 綜合指數(shù)評價法

綜合指數(shù)評價法是利用水體水質(zhì)的物理、化學參數(shù)的污染物濃度值，通過數(shù)學處理，得出1個較簡單的相對數(shù)值，用以反映水體的污染程度。綜合指數(shù)評價法表示多項評價因子對水環(huán)境產(chǎn)生的綜合影響的程度，以單指數(shù)為基礎，通過各種數(shù)學關系式綜合求得的，是對整體水質(zhì)量做出定量描述，當檢測項目、評價標準、監(jiān)測結果可靠時，綜合評價基本是可以反映水體污染程度的[4]。

(1)地下水質(zhì)量評價以地下水水質(zhì)調(diào)查分析資料或水質(zhì)監(jiān)測資料為基礎，采用《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848—93)對地下水質(zhì)量分類指標進行評價，劃分各單項組分所屬質(zhì)量類別，見表2。

表2 地下水質(zhì)量分類指標

(2)對各類別按質(zhì)量類別表2分別確定單項組分評價分值Fi，見表3。

表3 單項組分評價Fi取值

(3)按下列公式計算綜合評價分值F:

Fmax——單項組分評價分值Fi中的最大值;

F——綜合評價分值;

n——項數(shù)。

根據(jù)F值，劃分地下水質(zhì)量級別，見表4。

表4 地下水質(zhì)量分級

(4)根據(jù)綜合指數(shù)評價過程表5，最后得出地下水各單項和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評價結果，見表6、表7。

表5 水樣SH2－1綜合指數(shù)法評價過程

表6 富灣礦區(qū)地下水各單項評價指標的評價結果

表7 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)法評價結果

從表中可知，各類地下水的綜合評價分值F為4.31～7.185，大部分地下水質(zhì)量為較差。(Fx1+C1z2)裂隙、空洞、溶洞水含水帶中的地下水污染較嚴重;第四系(Q)孔隙水含水層中的地下水總體質(zhì)量較好。但由于地下水埋藏淺，直接由大氣降水從地表滲入，受人類活動及牲畜影響，已產(chǎn)生輕度生物有機質(zhì)污染，導致水質(zhì)變差。

3 模糊綜合評價法

地下水質(zhì)量模糊綜合評價法的基本步驟為:

(1) 建立評價集:V={V1，V2，V3，V4，V5}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，V}，建立參評要素，本文選取14個評價指標，即 U={u1，u2，……，u14}，其中 u1，u2，……，u14代表的分別為鋅 Zn、銅 Cu、砷 As、鎘 Cd、鉛Pb、錳 Mn、NO2－、總硬度、NH4+、Fe 離子、Cl－、SO42－、F－、NO3－。

(2)構造隸屬函數(shù)確定隸屬度。本文采用了較為成熟的“降半梯形分布法”，取第k個水樣中某一污染因子i的實測值為xki，其j級標準值為aij。

(3)構造關系矩陣。利用隸屬函數(shù)求得各評價因子i對水質(zhì)量級別j的隸屬度rij，構造模糊關系矩陣。

(4)權重的確立。權重是在多種評價因子綜合時，對每個因子具有權衡輕重作用的一種數(shù)值，反映出不同評價因子之間重要性的差異。

(5)模糊計算。對A，R 2個集合進行模糊計算，計算方式采用加權平均型，B=A·R。

(6)類別的判定。在計算出模糊子集之后，按最大隸屬原則確定某樣本的水質(zhì)類別，即某樣本中模糊子集最大值所在的類為該樣本歸屬的水質(zhì)類別。

同樣以SH2的水樣號為例，模糊綜合評價，結果見表8。

表8 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價結果

4 可拓物元分析法

可拓物元分析法是根據(jù)各級水質(zhì)標準建立經(jīng)典域物元矩陣，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測值建立節(jié)域物元矩陣，然后建立各污染指標對不同水質(zhì)標準級別的關聯(lián)函數(shù)，取關聯(lián)度最大值對應級別即為所評價水質(zhì)級別[6]。物元是描述事物的基本元素，用1個有序三元組R=(N，c，v)表示，其中N表示事物的名稱，c表示特征的名稱，v=c(N)表示N關于c所取的量值，這三者稱為物元的三要素，稱為一維物元?？赏匚镌治龇ㄊ墙⒃诳赏丶险摶A上的評價方法。這種評價方法不僅能從數(shù)量上反映被評價對象本身存在狀態(tài)的所屬程度，更能從數(shù)量上刻畫何時為此性態(tài)與彼性態(tài)的分界，這便是可拓集合的零界。

(1)確定經(jīng)典域:

其中Nj表示所劃分的j個等級。

(2)確定節(jié)域:

其中，P表示等級的全體，Vpi為P關于Ci所取的量值的全體范圍，即 P的節(jié)域，并記 Vpi=(api，bpi)，(i=l，2，…n)，Ci的含義同上。

(3)確定待評物元R:

其中，Px表示待評物元(待評區(qū)域)的全體，Ci的含義同上，vi為P關于Ci所具有的具體量值，即指標Ci的具體數(shù)據(jù)。

(4)確定各評價指標關于各類別等級的關聯(lián)度。各單項評價指標vi關于各類別等級j的關聯(lián)度可由下式計算求得:

(5)計算待評物元關于各類別等級的關聯(lián)度。待評物元P關于等級j的關聯(lián)度為:

式中:Wi為各評價指標的權系數(shù)。

(6)確 定 評 定 等 級。若 Kjmax(p) =max{ Kj(p ) }=Kt0(p)，則評定p屬于等級t0，令:

則稱t*為p的等級變量特征值。

通過上述幾個評價步驟，同樣以SH2為例，最后得出SH2水樣的評定等級，見表9。

表9 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量可拓物元分析法評價結果

5 綜合評價結果

綜合3種水環(huán)境質(zhì)量評價方法的優(yōu)劣，其各有側重點，同樣也各有不足，為了使評價結果更客觀、更合理，本文綜合3種方法的結果來最終確定本區(qū)地下水的水質(zhì)量等級，見表10。

表10 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量綜合評價結果

從表10中評價結果可以看出，該地區(qū)的地下水質(zhì)量多為III到IV類，局部達到V類，說明該區(qū)的地下水污染較嚴重，并有惡化的趨勢。該區(qū)的地下水均不能直接作為生活飲水，為保證本區(qū)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，保護地下水環(huán)境的工作已迫在眉睫。

[1] 呂勝青，李厚洪.廣東省佛山市富灣銀礦區(qū)水、工、環(huán)地質(zhì)勘探報告[R].江門:廣東省地質(zhì)局七五七地質(zhì)大隊，2009.

[2] 欒利香.新汶礦區(qū)地下水水化學特征及質(zhì)量評價[D].濟南:山東科技大學，2006.

[3] 李 輝，楊振宏.尾礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價[J].黃金，1998，19(2):47 －49.

[4] 馬成有.地下水環(huán)境質(zhì)量評價方法研究[D].長春:吉林大學，2009.

[5] 薛巧英.水環(huán)境質(zhì)量評價方法的比較分析[J].環(huán)境保護科學，2004，30(124):64 －67.

[6] 謝 武，王 旭.物元分析法在水質(zhì)評價中的應用[J].吉林水利，2006，5(4):1 －3.

2011－01－10)

李厚洪(1984－)，男，湖南人，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究，Email:lihouhong757@163.com。