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)。
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。
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)。
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)。
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
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。
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。
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。
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[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].
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