唐海平，丁堅(jiān)平，張 強(qiáng)

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059;2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng)550025)

在進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，模糊綜合評(píng)判成為很多專家學(xué)者傾向選擇的方法。模糊綜合評(píng)判首先對(duì)各單項(xiàng)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后考慮各項(xiàng)因子的總體地位配以適當(dāng)權(quán)重，在此基礎(chǔ)上用模糊概念進(jìn)行推理，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出評(píng)價(jià)結(jié)果［1］。與一般評(píng)價(jià)方法相比，模糊綜合評(píng)判契合了水質(zhì)等級(jí)劃分的模糊性，更具合理性，評(píng)價(jià)結(jié)果更接近實(shí)際。

蔡沖煤礦位于貴陽(yáng)市金竹鎮(zhèn)，已于2008年停產(chǎn)關(guān)閉，但是，其采空區(qū)由于水系的運(yùn)移和淋濾作用，依然對(duì)周邊的水環(huán)境造成污染和破壞。蔡沖煤礦礦坑排污口的水匯入游魚(yú)河，作為貴陽(yáng)市飲用水源阿哈水庫(kù)的支流，游魚(yú)河及其流域內(nèi)的地下水不可避免地遭受了一定程度的污染。本文通過(guò)對(duì)礦坑排污口的污水及其附近上下游水體進(jìn)行取樣檢測(cè)，分別采用綜合指數(shù)法和模糊綜合評(píng)判法評(píng)價(jià)其水質(zhì)，試通過(guò)對(duì)比顯示模糊綜合評(píng)判的優(yōu)勢(shì)。

1 水質(zhì)取樣

為了對(duì)蔡沖煤礦礦坑涌水中污染物進(jìn)行定量分析，在阿哈水庫(kù)游魚(yú)河入庫(kù)段三個(gè)不同斷面分別取水樣為水樣一(Y01)，水樣二(Y02)，水樣三(Y03)。

Y01:位于擦耳巖處游魚(yú)河右岸岸坡，是蔡沖煤礦礦坑排水口出口，水呈褐黃色，無(wú)明顯異味，水面上飄有泡狀紅褐色懸浮物，流量約15 L/s，根據(jù)坑邊水流印記估計(jì)水量動(dòng)態(tài)變化為3倍左右。

Y02:Y01上游約100 m處。

Y03:Y01下游約200 m處，靠近阿哈水庫(kù)。

以上Y01是主要研究對(duì)象，后兩者是為了比較污染物濃度變化。

2 水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果及分析

采取水樣后對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè):Y01有六項(xiàng)因子進(jìn)行檢測(cè);Y02和Y03有四項(xiàng)因子進(jìn)行檢測(cè)。水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告表(pH無(wú)量綱，其他參數(shù)的單位為mg/L)

水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表明，Y01，即污水排出口處最明顯的污染物是鐵，在其上游的Y02處鐵的濃度最低，在其下游的Y03處鐵的濃度居中，這是因?yàn)槭苊旱V影響，游魚(yú)河水質(zhì)總體上鐵的濃度偏高。比較 Y02、Y03與 Y01，可以發(fā)現(xiàn)，氨氮的濃度在Y01處最低，在Y02處最高，與鐵相反，這是因?yàn)?，氨氮主要?lái)源于生活污水，因此在上游反而濃度更高，靠近入庫(kù)段因?yàn)檠赝旧锏淖饔脻舛扔兴档?。三處水樣的pH值雖然都在一級(jí)水質(zhì)的范圍內(nèi)，但是Y01的pH最小，這是因?yàn)槊旱V流出的是酸性礦井水，黃鐵礦經(jīng)過(guò)化學(xué)作用形成游離鐵(Fe2+)，同時(shí)形成硫酸根()，這是一種強(qiáng)酸，使得 Y01的 pH偏低。然而硫化物又沒(méi)有超標(biāo)，這是因?yàn)閲鷰r棲霞茅口組的巖溶水中富含鈣離子(Ca2+)，通過(guò)化學(xué)吸附，形成了難溶的硫酸鈣(CaSO4)。

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

本論文所取的3個(gè)水樣所檢測(cè)的6個(gè)指標(biāo)分別為:鐵(Fe)、錳(Mn)、氨氮、pH、硫化物和懸浮物。因?yàn)榈叵滤|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［2］中沒(méi)有對(duì)懸浮物的評(píng)價(jià)，因此懸浮物參照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB 8978-1996》，其中采煤業(yè)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)控制在70 mg/L［3］，水樣一處的懸浮物已經(jīng)超標(biāo)。對(duì)于其余的五項(xiàng)因子，采用綜合指數(shù)法和模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。

3.1 綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)法是地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中提供的方法，亦被稱為F 值法［4］、內(nèi)梅羅指數(shù)法［5］。

表2 地下水質(zhì)量分級(jí)表(pH無(wú)量綱，其他參數(shù)的單位為mg/L)

按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848—1993》，地下水質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表2。

對(duì)于Y01，首先進(jìn)行各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)，劃分組分所屬質(zhì)量級(jí)別，再按確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi(表3)。

表3 單項(xiàng)組分級(jí)別及值表

再按照:

按式1、2，Y01計(jì)算結(jié)果如下:

對(duì)照表4，可以確定Y01的水質(zhì)較差。這是前五項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)結(jié)果，前面已述懸浮物也是超過(guò)一級(jí)排放標(biāo)的，綜合評(píng)述Y01水質(zhì)較差。

表4 評(píng)分結(jié)果對(duì)照表

3.2 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型［6］

即通過(guò)各因素在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的權(quán)值W，將單因素相對(duì)于水質(zhì)級(jí)別的模糊關(guān)系矩陣R，變換為樣本相對(duì)于水質(zhì)的模糊關(guān)系向量B。

同樣的，除懸浮物以外的五項(xiàng)評(píng)價(jià)因子根據(jù)表2構(gòu)造參評(píng)水質(zhì)因子的水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)矩陣Sm×5，根據(jù)表1構(gòu)造各因子實(shí)測(cè)值矩陣 Xm×1。

其中Si，j為所選因子的水質(zhì)級(jí)別值;

X5×1=［X1，X2，X3，X4，X5］T，其中 xi為樣本的第 i個(gè)因子的實(shí)測(cè)值。

設(shè)第i個(gè)因子的單因子評(píng)價(jià)向量為R={ri1，ri2，…，ri5}，(i=1，2，…，5)，其中rij表示第i個(gè)因子對(duì)第j個(gè)等級(jí)的隸屬度。

各個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的五個(gè)水質(zhì)級(jí)別的隸屬函數(shù)為:

對(duì)于第Ⅰ級(jí)水

對(duì)于第Ⅱ-Ⅳ級(jí)水

對(duì)于第Ⅴ級(jí)水

由Y01的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到單因子評(píng)價(jià)矩陣

之后，計(jì)算單項(xiàng)權(quán)重:

權(quán)重歸一化處理:

按照上面3式，得到表5。

表5 Y01因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果表

對(duì)矩陣W1×5與 R5×5進(jìn)行模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算，得出綜合評(píng)價(jià)矩陣 B1×5

最后，計(jì)算出 Y01的綜合評(píng)價(jià)矩陣 B1×5=(0.318，0.012，0.149，0.523，0)

該結(jié)果表明Y01對(duì)ⅠV級(jí)水的隸屬度最大，因此該排污口的水質(zhì)級(jí)別為ⅠV級(jí)，同時(shí)對(duì)Ⅰ級(jí)也有較大的隸屬度。

再用同樣的方法對(duì)Y02和Y03的水質(zhì)分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到:

同時(shí)，Y02和Y03對(duì)Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)也有一定的隸屬度，水質(zhì)受到了一定程度的污染。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)上面兩種方法對(duì)分別水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)后，可以看到，評(píng)價(jià)結(jié)果是有所差異的(表6)。

表6 評(píng)價(jià)結(jié)果一覽表

Y01是蔡沖煤礦的排污口水樣，兩種方法評(píng)價(jià)后水質(zhì)級(jí)別均為ⅠV級(jí)，顯然是符合實(shí)際的。然而對(duì)Y02和Y03的評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)了很大的差異。Y02在游魚(yú)河入庫(kù)段Y01的上游約100 m處取得，Y03在游魚(yú)河入庫(kù)段Y01的下游約200 m處取得，屬于地表水體，用地下水標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)本不合適，本文是為了與Y01排污口作對(duì)比。阿哈水庫(kù)是貴陽(yáng)飲用水源之一，水質(zhì)滿足國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。Y02與Y03均處于游魚(yú)河入庫(kù)段，與阿哈水庫(kù)的水質(zhì)較為接近，綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)為Ⅳ級(jí)，表示水質(zhì)較差，這與實(shí)際偏差;模糊綜合評(píng)判結(jié)果為Ⅰ級(jí)，同時(shí)對(duì)Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)也有一定的隸屬度，表示水質(zhì)受到了一定程度的污染，更符合實(shí)際。

對(duì)比可知，綜合指數(shù)法簡(jiǎn)潔易懂、運(yùn)算方便、概念清晰，但是它忽略了水質(zhì)分級(jí)界線的模糊性，評(píng)價(jià)結(jié)果不能反映出水質(zhì)污染的真實(shí)狀況在，對(duì)不同水體的質(zhì)量?jī)?yōu)劣進(jìn)行區(qū)分時(shí)，很可能會(huì)得到相同的綜合評(píng)價(jià)分值，此時(shí)就無(wú)法判斷它們的優(yōu)劣了［7］。地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的污染程度、水質(zhì)類別都是一些客觀存在的模糊概念和模糊現(xiàn)象，簡(jiǎn)單地根據(jù)某一數(shù)字界限來(lái)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)是不合適的。而模糊綜合評(píng)判法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用與傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法相比更適應(yīng)于水質(zhì)污染級(jí)別劃分的模糊性，對(duì)應(yīng)到各個(gè)級(jí)別的隸屬度，能更客觀地反映水質(zhì)的實(shí)際狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

從上面的對(duì)比中可以得出結(jié)論，在對(duì)煤礦礦坑水進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法比綜合指數(shù)法較其他方法更具優(yōu)勢(shì)，能客觀地反映水質(zhì)污染的真實(shí)狀況。

［1］楊文壽，李希建，張杰.阿哈水庫(kù)模糊綜合評(píng)價(jià)及污染防治措施［J］.南水北調(diào)與水利科技.2007，5(3):61-63.

［2］GB/T14848-1993.中華人民共和國(guó)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］GB 8978-1996.中華人民共和國(guó)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］常明慶，王平，李娟，等.地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法對(duì)比分析［J］.人民黃河.2010，32(4):74-76.

［5］程繼雄，程勝高，張煒.地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法的對(duì)比分析［J］.安全與環(huán)境工程.2008，15(2):23-25.

［6］竹磊磊，吳澤寧.水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)在安陽(yáng)市地下飲用水源保護(hù)中的應(yīng)用［J］.南水北調(diào)與水利科技.2005，3(4):42-44.

［7］蘇耀明，蘇小四.地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀與展望［J］.水資源保護(hù).2007，23(2):4-9.