朱茂森，李嘉琳

（1.遼寧省水文局，遼寧沈陽110003；2.沈陽市第三十一中學(xué)，遼寧沈陽110021）

遼寧省地下水水質(zhì)綜合評價及方法研究

朱茂森1，李嘉琳2

（1.遼寧省水文局，遼寧沈陽110003；2.沈陽市第三十一中學(xué)，遼寧沈陽110021）

文中分別采用單因子評價法、F值評價法和基于Excel VBA的模糊綜合評價法對2015年遼寧省126處地下水水質(zhì)監(jiān)測點21項水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行評價，對評價結(jié)果進(jìn)行對比分析。不同的評價方法得出的評價結(jié)果不完全相同，模糊綜合評價法的評價結(jié)果能更客觀、科學(xué)地反映實際水質(zhì)情況。

單因子評價；F值法；VBA；模糊綜合評價；地下水；水質(zhì)綜合評價；遼寧省

地下水是水資源的重要組成部分，是我國許多城市的重要供水水源。特別是在北方地區(qū)，地下水在城市總供水量中占有較大的比重，平均可達(dá)到49%，而用于居民供水的比重高達(dá)76%[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水環(huán)境質(zhì)量日益惡化，《2015年中國環(huán)境狀況公報》顯示全國5 118個地下水水質(zhì)監(jiān)測點中，較差級的監(jiān)測點占42.5%，極差級占18.8%[2]。

地下水水質(zhì)評價是地下水資源保護(hù)的重要內(nèi)容，通過對地下水水化學(xué)資料的分析，可以科學(xué)地評價區(qū)域地下水體的質(zhì)量狀況[3]。而地下水水質(zhì)評價的客觀與否，很大程度上取決于評價方法是否科學(xué)合理。下面分別采用單因子評價法、F值評價法和基于Excel VBA的模糊綜合評價法對2015年遼寧省126處地下水水質(zhì)監(jiān)測點21項水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行評價，并對評價結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 監(jiān)測點分布及監(jiān)測項目

2015年遼寧省地下水水質(zhì)監(jiān)測點共126處，主要分布在遼寧省中部平原區(qū)。水質(zhì)監(jiān)測項目包括總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、揮發(fā)酚、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、鎘、六價鉻、鉛、銅、硒，共21項影響地下水水質(zhì)類別的主要因子。

2 評價方法

2.1 單因子評價法

單因子評價法是將評價對象的實測結(jié)果與其相對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，得出水質(zhì)類別的方法[4]。地下水水質(zhì)評價時將地下水中各監(jiān)測項目的實測值分別與GB/T14848-93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中各項目的分類級別標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，確定水質(zhì)類別，再從中選擇最差級別作為該監(jiān)測點的水質(zhì)狀況類別。

2.2 F值評價法

F值評價法是GB/T14848-93中推薦使用的綜合評價法。該方法首先對水質(zhì)進(jìn)行單因子評價，由公式（1）和（2）計算各監(jiān)測點的綜合評價F值。

表1 地下水水質(zhì)級別判定及賦分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 模糊評價法

模糊評價法是根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)建立各因子對各級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度集，形成隸屬矩陣，再把因子權(quán)重集與隸屬度矩陣相乘，獲得一個綜合評價集，表明評價水體水質(zhì)對各級標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的隸屬程度，反映綜合水質(zhì)級別的模糊性[5]。該方法首先將評價因子模糊化，應(yīng)用降半梯形分布法建立隸屬度函數(shù)[6]，計算公式如下：

1）當(dāng)Ci屬于第Ⅰ等級的隸屬程度

2）當(dāng)Ci屬于第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級的隸屬程度

3）當(dāng)Ci屬于第Ⅴ等級的隸屬程度

式中：Ci為評價因子實際監(jiān)測值；Sij為相鄰兩個水質(zhì)等級的標(biāo)準(zhǔn)值。

表2 評價因子實際監(jiān)測值（部分）

表3 評價因子權(quán)重值（部分）

然后采取常用的超標(biāo)污染貢獻(xiàn)率法計算各評價因子的權(quán)重系數(shù)，計算公式見式（6）

式中：Si為第i種因子的標(biāo)準(zhǔn)值；Wi為第i種因子的權(quán)重。

采用加權(quán)算術(shù)平均合成法對上述隸屬度矩陣R和權(quán)重矩陣W進(jìn)行模糊復(fù)合運算，即普通的“乘與加算子”。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)貼近原理及最大隸屬度原則判定水質(zhì)等級[7]。

根據(jù)上述計算步驟，通過Excel VBA編寫計算程序，各評價因子實際監(jiān)測值（部分）見表2，各評價因子的權(quán)重值（部分）見表3，各監(jiān)測站點水質(zhì)等級判斷矩陣及評價結(jié)果（部分）見表4。

表4 水質(zhì)評價結(jié)果（部分）

3 評價結(jié)果分析

分別用單因子評價法、F值評價法和基于Excel VBA的模糊綜合評價法對2015年遼寧省地下水水質(zhì)進(jìn)行評價，單因子評價結(jié)果為：126處監(jiān)測點中，水質(zhì)類別為Ⅲ類的有11處，占8.73%；水質(zhì)類別為Ⅳ類的有36處，占28.57%；水質(zhì)類別為Ⅴ類的有79處，占62.7%；沒有水質(zhì)類別為Ⅰ類和Ⅱ類的監(jiān)測點。F值評價結(jié)果為：水質(zhì)類別為Ⅱ類的有11處，占8.73%；水質(zhì)類別為Ⅳ類有75處，占59.52%；水質(zhì)類別為Ⅴ類的有40處，占31.75%；沒有水質(zhì)類別為Ⅰ類和Ⅲ類的監(jiān)測點。模糊綜合評價結(jié)果為：水質(zhì)類別為Ⅰ類的有8處，占6.35%；水質(zhì)類別為Ⅱ類的有12處，占9.52%；水質(zhì)類別為Ⅲ類的有34處，占26.98%；水質(zhì)類別為Ⅳ類的有6處，占4.76%；水質(zhì)類別為Ⅴ類的有66處，占52.38%。主要超標(biāo)物質(zhì)為鐵、錳、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮，見圖1。

圖1 評價結(jié)果對比分析圖

單因子評價和F值評價結(jié)果顯示遼寧省126處地下水監(jiān)測點中，僅有11處水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類及以上，占比8.73%，其余115處地下水水質(zhì)為Ⅳ類或Ⅴ類，占比91.27%。而模糊綜合評價結(jié)果顯示，遼寧省126處地下水監(jiān)測點中，有54處水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類及以上，占比42.86%，其余72處為Ⅳ類或Ⅴ類，占比57.14%。模糊綜合評價結(jié)果與單因子、F值評價結(jié)果有明顯差異。分析其原因，主要是由于單因子評價是對單個水質(zhì)指標(biāo)獨立進(jìn)行評價，因此其評價結(jié)果無法全面反映水質(zhì)的整體狀況，可能會導(dǎo)致較大的偏差[8]。F值評價在計算過程中人為劃定各評價因子的等級，賦予的分值Fi在一定程度上不能準(zhǔn)確地反映水質(zhì)的真實狀況和對標(biāo)準(zhǔn)限值的接近程度，同時F值評價會突出最大污染因子的影響，還會存在F=0.72Fmax的線性關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)致F值法的評價結(jié)果缺失Ⅲ類水[9]。

4 結(jié)語

單因子評價法能直觀地反映超標(biāo)項目，但無法綜合判定整體水質(zhì)類別，評價出的水質(zhì)類別偏劣；F值法可以反映整體水質(zhì)狀況，但會造成評價結(jié)果不連續(xù)，缺失Ⅲ類水；模糊綜合評價與傳統(tǒng)的評價方法相比更適應(yīng)于水質(zhì)污染級別劃分的模糊性，數(shù)據(jù)更加連續(xù)，計算了每個評價因子對各級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度，在計算過程中充分考慮了水質(zhì)分級界線的模糊性，并且考慮了不同評價因子對地下水水質(zhì)的影響權(quán)重，評價結(jié)果能更客觀、科學(xué)地反映水質(zhì)的實際情況，評價結(jié)果更加科學(xué)準(zhǔn)確。

［1］籍傳茂，王兆馨.地下水資源的可持續(xù)利用［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999.

［2］王爾德.2015年環(huán)境“體檢報告”：5118個地下水水質(zhì)監(jiān)測點差級占六成［N］.每日經(jīng)濟(jì)新聞,2016-6-3（002）.

［3］蘇耀明，蘇小四.地下水水質(zhì)評價的現(xiàn)狀與展望［J］.水資源保護(hù)，2007，23（2）：4—9.

［4］白云鵬，陳永健.常用水環(huán)境質(zhì)量評價方法分析［J］.河北水利，2007（06）：11—12.

［5］單玉芳.模糊綜合評價在水環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用研究［D］.南京：河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，2006.

［6］寇文杰.修正的模糊綜合評判法在地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.南水北調(diào)與水利科技，2013，11（2）：71—75.

［7］王鴻杰，尤賓,上官宗光.模糊數(shù)學(xué)分析方法在水環(huán)境評價中的應(yīng)用［J］.水文，2005，25（6）：30—32.

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