【摘要】本文就三種常用的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法：?jiǎn)我蜃又笖?shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法以及模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行了對(duì)比性研究，闡述了三種不同的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)和分析原理以及相關(guān)步驟，對(duì)比其評(píng)價(jià)方法并做出了一系列分析。并且針對(duì)分析結(jié)果，得出各個(gè)不同的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)劣以及適用情況。

【關(guān)鍵詞】地下水水質(zhì)；單因子指數(shù)法；內(nèi)梅羅指數(shù)法；模糊綜合評(píng)價(jià)法

引言

由于當(dāng)前工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及自然環(huán)境的不斷惡化，使得地下水的水位不斷下降，水質(zhì)也受到了相當(dāng)嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重的威脅的了人們的用水安全和生命健康，因此，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡叵滤|(zhì)評(píng)價(jià)方法可以有效的幫助人們認(rèn)識(shí)到地下水的水質(zhì)狀況，并可以根據(jù)水質(zhì)狀況做出相應(yīng)的管理措施。由于地下水水質(zhì)的評(píng)價(jià)方法眾多，大多數(shù)是通過(guò)數(shù)學(xué)方法進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)分析，必須認(rèn)識(shí)到的是，不同的評(píng)價(jià)方法適用于不同的水質(zhì)環(huán)境，本文就三種常用的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析。

1、水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

隨著各國(guó)學(xué)者對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的不斷深入研究，許多不同的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法被提出和應(yīng)用，也得出了許多有價(jià)值的評(píng)價(jià)模型。但是水質(zhì)評(píng)價(jià)是一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)和水質(zhì)等級(jí)之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，加上水質(zhì)惡化時(shí)的復(fù)雜環(huán)境因素，至今仍沒有一個(gè)可以廣泛應(yīng)用，統(tǒng)一實(shí)施的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)模型。結(jié)合水質(zhì)污染的復(fù)雜性和隨機(jī)性，目前應(yīng)用廣泛的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有：?jiǎn)我蜃又笖?shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法以及模糊綜合評(píng)價(jià)法。

2、地下水水質(zhì)三種評(píng)價(jià)方法

2.1 單因子指數(shù)法。單項(xiàng)因子評(píng)價(jià)方法是針對(duì)單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)分析評(píng)價(jià)，進(jìn)而確定水質(zhì)狀況。這種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算程序簡(jiǎn)單，可以利用監(jiān)測(cè)的水質(zhì)狀況數(shù)學(xué)值與國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，確定水質(zhì)等級(jí)。

而單因子指數(shù)法確定水體綜合水質(zhì)類別的方法是抽取水質(zhì)中影響最為明顯的單項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)而通過(guò)比對(duì)各種指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和該項(xiàng)指標(biāo)，確定檢測(cè)單位的水質(zhì)類別；選取所有項(xiàng)目中的水質(zhì)指數(shù)最差的分類作為水質(zhì)的類別指標(biāo)。水質(zhì)指數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：為單因子指標(biāo)水質(zhì)指數(shù)；為第i類污染物實(shí)測(cè)濃度（mg/L）；為第i類污染物的污染起始值或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（mg/L）；當(dāng)≤1時(shí)，表示檢測(cè)水域未受到污染；當(dāng)>1時(shí)，表示檢測(cè)水域污染，具體的數(shù)值直接反映檢測(cè)水質(zhì)的污染物超標(biāo)程度。

單因子的評(píng)價(jià)方法可以較為明顯的表示單項(xiàng)組分的具體超標(biāo)情況，突出表現(xiàn)主要的污染指標(biāo)因素，但是不能全面的反應(yīng)當(dāng)前區(qū)域的地下水水質(zhì)整體狀況，所以此項(xiàng)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法多用于粗略的水質(zhì)評(píng)價(jià)評(píng)估，并且依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848—1993），給出相應(yīng)的水質(zhì)狀況單項(xiàng)因子評(píng)價(jià)。

2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法。內(nèi)梅羅指數(shù)法則是一種加附注的評(píng)價(jià)方法，又稱為F值評(píng)價(jià)法。具體的評(píng)價(jià)方法兼顧了單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值和最大值，能夠較為綜合的反應(yīng)地下水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)狀況以及相應(yīng)的污染程度，因?yàn)檩^為綜合和使用，也是目前為止國(guó)內(nèi)外地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)最為常用的方法之一。參加評(píng)價(jià)的項(xiàng)目數(shù)量必須滿足相關(guān)貴的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，并且需要對(duì)各個(gè)單項(xiàng)進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)，在進(jìn)行質(zhì)量分組，確定各個(gè)類別的評(píng)價(jià)分值，即F值。具體的評(píng)價(jià)步驟如下：

確定污染物的單組評(píng)分值F：

其中上式中：為污染物單組分評(píng)分值，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級(jí)，對(duì)應(yīng)的單組分評(píng)分值分別為0、1、3、6、10；為各組分評(píng)分值的平均值；為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級(jí)，對(duì)應(yīng)的綜合污染指數(shù)區(qū)間分別為：≤0.8、0.8<≤2.5、2.5<≤4.25、4.25<≤7.2、>7.2。

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法。所謂模糊綜合評(píng)價(jià)法是通過(guò)對(duì)檢測(cè)地地下水污染因素中介過(guò)渡性的模糊性描述和通過(guò)隸屬度指標(biāo)對(duì)地下水各個(gè)不同等級(jí)水質(zhì)的隸屬關(guān)系表述。這種方法一定程度上避免了上述不同指數(shù)方法評(píng)價(jià)的客觀人為因素影響，所以應(yīng)用較為廣泛。這種數(shù)學(xué)方法最早在1965年由L.A. Zadeh創(chuàng)立，應(yīng)用于地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中有一定的優(yōu)勢(shì)。

模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本思路是：對(duì)多種的因素影響的變化或現(xiàn)象，根據(jù)給出的具體水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的實(shí)測(cè)值，經(jīng)過(guò)模糊變換，對(duì)其做出總評(píng)價(jià)。具體步驟如下：

第一，建立地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)因子集合及對(duì)應(yīng)的水質(zhì)等級(jí)集合，從中選取若干個(gè)評(píng)價(jià)因子，組成水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)因子集，這個(gè)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域地下水水質(zhì)具體狀況進(jìn)行不同的選取和組合。

第二，單因子評(píng)價(jià)，確定地下水水質(zhì)專用評(píng)價(jià)評(píng)語(yǔ)集，在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中可以選擇與《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相符的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，將地下水水質(zhì)分別評(píng)價(jià)為5級(jí)：V={Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ}，其中的五個(gè)分級(jí)從左到右分別代表地下水水質(zhì)的優(yōu)良、良好、較好、較差、極差。

第三，確定隸屬函數(shù)，構(gòu)造相關(guān)的模糊關(guān)系矩陣。即使用函數(shù)分布形態(tài)曲線求得隸屬函數(shù)，通常兩端的等級(jí)隸屬度用降半梯形和升半梯形函數(shù)表示，中間的等級(jí)隸屬度則用對(duì)稱山型函數(shù)表示。然后模糊關(guān)系矩陣通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量分級(jí)和各個(gè)等級(jí)的隸屬度來(lái)確定。具體計(jì)算如下：各級(jí)地下水水質(zhì)的隸屬函數(shù)計(jì)算公式如下：

如果存在n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，m級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，則有n*m階模糊矩陣R：

第四，指標(biāo)權(quán)重計(jì)算。在模糊綜合評(píng)價(jià)中，應(yīng)當(dāng)考慮各項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)高低的差異，對(duì)于環(huán)境的污染和相關(guān)人身影響，不同評(píng)價(jià)指標(biāo)之間是不盡相同的，因此需要在多因子影響的總體污染重，確定各個(gè)因子指標(biāo)之間的相互作用，確定其在總體水質(zhì)污染重的各自的權(quán)重值。指標(biāo)權(quán)重的確定可以使用污染物的濃度超標(biāo)加權(quán)計(jì)算法。計(jì)算公式如下所示：

上式中：為評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值，為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)上限值，為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

第五，建立水質(zhì)評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行模糊綜合運(yùn)算，計(jì)算最終評(píng)價(jià)結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)就是將評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重矩陣與模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬于各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的程度矩陣B，根據(jù)最大隸屬度原則，其中的最大值為相應(yīng)等級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)。具體計(jì)算公式如下：

3、地下水水質(zhì)三種評(píng)價(jià)方法分析

綜上所述，三種地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法各有其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算方法，具體來(lái)說(shuō)，單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)簡(jiǎn)單明了，較為直觀，可以明顯的反應(yīng)出水質(zhì)中單項(xiàng)指標(biāo)的超標(biāo)情況，可以幫助管理部門確定地下水的主要污染源和對(duì)應(yīng)的污染指標(biāo)，但是不能反應(yīng)出整體的水質(zhì)具體情況，不能給出合理的綜合改善建議。內(nèi)梅羅指數(shù)法則可以通過(guò)分級(jí)反映水質(zhì)情況，在地下水水質(zhì)污染因素較多的時(shí)候可以給出較準(zhǔn)確的分析結(jié)果，但是雖然其綜合多種水質(zhì)污染因素，但是在主要表現(xiàn)最大的污染因素的同時(shí)，會(huì)綜合許多因素值非常小的污染源，這會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果較為悲觀。

模糊綜合評(píng)價(jià)法則充分的考慮了上述兩種評(píng)價(jià)方法的不足和優(yōu)點(diǎn)。其考慮到了地下水水質(zhì)各個(gè)分級(jí)之間的過(guò)渡性，并且考慮到了不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)影響權(quán)重，這保證了模糊綜合評(píng)價(jià)法的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)是一個(gè)高精度的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。高精度是優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也是局限，在一個(gè)城市范圍內(nèi)的地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中，各個(gè)數(shù)值的采集計(jì)算將是一個(gè)繁雜的工作流程，應(yīng)用起來(lái)較為困難。當(dāng)前應(yīng)用環(huán)境下，可以借助計(jì)算機(jī)輔助軟件來(lái)應(yīng)用這項(xiàng)評(píng)價(jià)方法。

總的來(lái)說(shuō)，各種評(píng)價(jià)方法都需要水質(zhì)評(píng)測(cè)人員結(jié)合日常研究中的地下水水質(zhì)具體狀況，選取最合適最高效的評(píng)價(jià)方法，進(jìn)而可以取得水質(zhì)評(píng)價(jià)的最優(yōu)解。

4、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于地下水的水質(zhì)評(píng)價(jià)，方法多種多樣，除去本文的三種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，還有包括集對(duì)分析法、主成分分析法等許多不同的模型分析方法，面對(duì)更為復(fù)雜化的水質(zhì)狀況，我們需要在水質(zhì)評(píng)價(jià)方法上加深研究。

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