田 沖，張 戈，趙世涌

(遼寧師范大學 城市與環(huán)境學院，遼寧 大連116029)

近年來，對水環(huán)境質量評價方法的研究相當廣泛，各種方法的研究都是為了更客觀、更準確地反映水體水質的實際情況。目前運用較多、評價結果較準確的3種方法，即B—P人工神經網絡法、灰色關聯分析法、模糊綜合評價法[1]。地下水質評價問題具有以下特征:評判客體在概念上具有模糊性，沒有明確的外延;評判主體的思維方法上具有多樣性因此，對于這種界限不分明的事物，需要有一種能對事物漸變過程中的不分明性加以描述的數學形式，模糊數學中的模糊綜合評判法是處理這類外延邊界“模糊不清”問題的最好方法[2]。本文即用這種方法對盤錦曙光地下水環(huán)境質量進行評價。研究區(qū)域內主要地下水環(huán)境污染問題，以期為地下水環(huán)境管理和東北老工業(yè)基地的可持續(xù)發(fā)展提供科學支撐。由于污染程度的模糊性，水質評價過程實際是一個模糊的過程，因此運用模糊數學理論對地下水水質進行評價可以得到客觀、符合實際的結果。

1 模糊綜合評判方法的應用

1.1 因數集的確定

選擇具有代表性的污染因子的實際測定濃度作為模糊子集因素集U=(u1，u2，… ，un)，其中 u為參加評價的污染因子，n為參加評價的污染因子的個數。

1.2 評價集的確定

確定評判集，對于地下水，本文選擇地下水質量標準(GB/T 14848－93)為本評價的標準[3]，將地下水水質分為5級，即水質標準分級的集合，V=(v1，v2，v3，v4，v5)。

1.3 評價因數的模糊權向量的確定

因子的權重系數用來衡量參評因子對水體環(huán)境質量影響的大小，權重值的計算公式為

其中ci為參評因子的實測濃度，si是為第i種因子所對應的各個水質級別標準值之和的平均值，單位mg/L。為了突出各參評因子對地下水水質貢獻的程度，對評價因子ui進行歸一化處理。加權越大，說明這種污染因子對水質的影響更加明顯，所以采用污染貢獻率計算方法求單因子權重系數[4]，計算公式為

所得的n種污染因子的權重，就可以組成一個1×n模糊權重集 A=(a1，a2，…，ai)[5]。且 ai≥0。

1.4 單因素隸屬度的確定

在給定評價標準的分級后，每個被評價的污染因子都有其對應的評價標準分級的隸屬程度，樣本對于各級水質的隸屬程度用隸屬度表示，隸屬度用隸函數rij表示，其范圍是0≤rij≤1，對于每一種評價因子而言，都有其對評價集的隸屬度。

rij為污染因子ui對j級水質的隸屬度，sij為污染因子ui第j級水質標準。通過對以上單因數隸屬度的計算，計算出對第i種評價因子u的評價因子可以組成單因子模糊評價集Ri=(ri1，ri2，…，rim)

將其表示成對五級的隸屬函數，可以得到模糊關系矩陣R:

綜合評價通過A與R復合運算，得到綜合評價結果B，即B=A×R，實際上是對各評價因子進行加權的過程[6]。

2 曙光地區(qū)水質評價

盤錦地處渤海之濱，遼河三角洲中心地帶(地理坐標東經 121°34'～122°29'，北緯 40°41'～41°27')，是遼寧省重要工業(yè)生產基地之一，自然資源豐富，地下儲藏著豐富的油氣資源。轄區(qū)地表水水系發(fā)達，遼河、雙臺子河水系貫穿全區(qū)，兩河水系分支較多，流域面積廣，流量大，大凌河水系在本區(qū)西部發(fā)育，區(qū)內地下水主要賦存于第四系松散巖類孔隙及第三系碎屑巖類裂隙－孔隙中。隨著遼河油田的持續(xù)開發(fā)，對地下水資源的過分開采、區(qū)內農田灌溉的普及，使得本地區(qū)的地下水資源受到一定程度的污染[7]。為了滿足城市的供水需求，協調各單位之間的供水關系，急需對該地區(qū)進行水資源評價。

2.1 評價因子的選擇

以盤錦曙光地區(qū)2011年實地監(jiān)測的地下水質數據為依據，根據采樣地區(qū)實際情況，本次共選擇8個采樣地點，應用模糊綜合評判法進行評價。根據本次地下水監(jiān)測分析，本次地下水分析選擇總硬度，總固體，鐵離子，錳離子，氯離子，氨氮離子，硫酸根離子，即U=(總硬度，總固體，鐵離子，錳離子，氯離子，氨氮離子，硫酸根離子)

表1 地下水取樣水質實測值

2.2 評價標準的確定

根據我國地下水環(huán)境質量標準(GB/T 14848－93)和盤錦地區(qū)地下污染程度的特點評價等級，依據我國地下水水質現狀、人體健康基準值及地下水質量保護目標，并參照了生活飲用水、工業(yè)、農業(yè)用水水質最高要求，將地下水質量劃分為五類。Ⅰ類主要反映地下水化學組分的天然低背景含量。適用于各種用途。Ⅱ類主要反映地下水化學組分的天然背景含量。適用于各種用途。Ⅲ類以人體健康基準值為依據。主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業(yè)用水。Ⅳ類以農業(yè)和工業(yè)用水要求為依據。除適用于農業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當處理后可作生活飲用水。Ⅴ類不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。表二把曙光地區(qū)地下水分為5個等級[3]

表2 地下水環(huán)境質量標準值

下面以取樣點1的總硬度為例，其實測濃度為203 mg/L，，介于I級和Ⅱ級之間，根據公式(3)可得總硬度對各級水質的隸屬度

有以上計算可得，對于監(jiān)測地點1的隸屬度 =R總硬度=(0.65，0.35，0，0，0)

按照同種方法可得監(jiān)測地點1其它六項指標5個級別的隸屬度，建立模糊關系矩陣R。

又以取樣點1總硬度為例，計算出每一級總硬度評價標準的平均數，可得

所以參評因子總硬度的權重值由計算公式可得

依據同樣的方法可以對其他參評因子數據進行處理，以取樣點1為例，計算模糊矩陣R與權重值模糊矩陣，計算過程省略。

下面以取樣地點1的總硬度為例，其實測濃度為203 mg/L，介于I級和Ⅱ級之間，根據公式(2)得

表3 地下水水質評價權重結果

A=(0.2000.0290.5910.0700.0270.0750.008)

計算出A和R后，運用公式B=A×R，得到水質評價綜合結果

B=A×R=(0.1580.0970.5420.150)

由結果可以看出，B的最大值為0.542，取樣點1號地區(qū)的地下水水質為3類水。根據相同的計算方法與公式，計算出其他實測地點的模糊關系矩陣R與權重分配矩陣A，通過公式B=A×R，得出其他地點的水質綜合評價結果。這樣即得到盤錦市曙光地區(qū)地下水水質綜合評價結果，見表4。

表4 地下水水質綜合評價結果

3 結果及分析

由以上評價結果可以看出，曙光地區(qū)地下水水質總體為3類水標準，只有個別地下水檢測地點為Ⅳ－Ⅴ其中3號監(jiān)測地點為5類水質，8號監(jiān)測地點為4類監(jiān)測水質，符合當地的水質監(jiān)測結果，與該地區(qū)生產生活發(fā)展情況有密切關系。由權重模糊向量計算過程可知，對地下水影響較大的有總固體和硫酸鹽類。與以前的水質監(jiān)測結果相比較可以看出，曙光地區(qū)地下水污染得到一定程度的緩解。

4 結語

目前，多種評價方法已經應用到地下水水質評價中來，一種評價體系的優(yōu)劣，取決于地下水評價是否真實客觀的表達污染因子對水體的污染狀況。在地下水水環(huán)境水質評價中，單因子評價法具有結構、運算簡單，靈敏度高等優(yōu)點，但其反應的往往是地下水污染中個別污染因子對水體的影響，缺乏總體性，不能真實有效的反應水體污染特征。運用模糊數學原理對水質進行評價，避免了以往水質評價的不連續(xù)性，用隸屬函數來描述水質分界更符合水質評價的特點，評價結果與實際符合程度高。

[1]王麗娟，潘俊，楊鑫，韓春陽.三種水環(huán)境質量評價方法比較分析[J].地下水.2011(5):103－104.

[2]宮冰.基于模糊數學的水環(huán)境質量綜合評價研究[J].科技創(chuàng)新導報.2012(18):118－119.

[3](GB/T 14848－93)地下水質量標準[S].

[4]楊繼松，陳紅亮，吳昊，等.遼河口濕地水質模糊綜合評判研究[J].沈陽大學學報.2012(3):5－8.

[5]賈陳忠，秦巧燕，張竹清，黃麗華.模糊數學在地表水環(huán)境質量評價中的應用[J].北方環(huán)境.2004(6):73－77.

[6]段春香，王全榮.模糊綜合評價在地下水水質評價中的應用及特點分析[J].懷化學院學報.2008(8):26－29.

[7]張海濤，雷曉東，張芳，趙濤.灰色關聯度法在盤錦市曙光地區(qū)地下水水質評價中的應用[J].世界地質.2005(24):69－71.