趙雪瓊，黃茜蕊，潘少紅

(云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217)

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物元可拓法在吳家營水源地地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

趙雪瓊，黃茜蕊，潘少紅

(云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217)

鑒于呈貢吳家營水源地地下水水質(zhì)現(xiàn)狀，為了更好地保護(hù)水源地地下水資源，基于物元可拓法建立了包括總硬度、礦化度等評價(jià)因子的地下水質(zhì)評價(jià)模型，對吳家營水源地5個(gè)采樣點(diǎn)地下水質(zhì)進(jìn)行了評價(jià)。綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果表明：呈貢吳家營水源地地下水水質(zhì)較好，評定等級在Ⅰ-Ⅲ級之間，部分區(qū)域水樣水質(zhì)有從Ⅲ級向Ⅳ級轉(zhuǎn)化的趨勢，與綜合評價(jià)法評價(jià)結(jié)果基本一致，表明物元可拓法評價(jià)結(jié)果可靠。評價(jià)結(jié)果對控制和預(yù)防地下水污染、保護(hù)區(qū)域地下水資源具有重要意義。

吳家營水源地；地下水；水質(zhì)評價(jià)；物元可拓法

呈貢吳家營水源地是昆明市地下水水源地之一，該水源地建設(shè)于上世紀(jì)90年代初，隨著呈貢新城的建設(shè)，水源地剛好位于其建設(shè)核心地段。在呈貢開發(fā)建設(shè)新城的過程中，城市化程度大幅度提高，人口迅速增加，工農(nóng)業(yè)和生活廢水不可避免地對區(qū)內(nèi)地下水環(huán)境造成一定影響。因此科學(xué)地進(jìn)行地下水水質(zhì)評價(jià)，對控制和預(yù)防地下水污染、保護(hù)地下水資源具有重要意義。地下水質(zhì)評價(jià)方法常見的有綜合指數(shù)評價(jià)法、模糊評價(jià)法、灰色評價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法及物元可拓法。由于物元可拓法邏輯性較強(qiáng)，還能揭示出評價(jià)指標(biāo)級別的差異及同一級別轉(zhuǎn)化的方向，因此，本文采用物元可拓法建立了地下水水質(zhì)評價(jià)模型，對吳家營水源地地下水水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。

1 物元可拓法簡介

物元分析原理于上世紀(jì)80年代由蔡文教授創(chuàng)立[1]，是將物元分析理論與可拓集合方法相結(jié)合的綜合評價(jià)方法。由于物元可拓法評價(jià)客觀真實(shí)，能定性區(qū)分出同一等級樣本水體的轉(zhuǎn)化方向，應(yīng)用物元可拓法評價(jià)地下水環(huán)境質(zhì)量越來越廣泛[2-7]。

1.1 矩與關(guān)聯(lián)度函數(shù)

矩是指實(shí)數(shù)軸上任一點(diǎn)Xj與區(qū)Xij=(aij，bij)之間的距離。計(jì)算公式為

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n

(1)

同理，實(shí)數(shù)點(diǎn)Xj與節(jié)域區(qū)間Xρj=(aρj，bρj)之間的矩用如下公式計(jì)算：

(2)

關(guān)聯(lián)函數(shù)k(x)的數(shù)值代表關(guān)聯(lián)度。本次對地下水水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)選用的關(guān)聯(lián)函數(shù)如公式(3)所示。

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n

(3)

其中：|xij|=|aij-bij|。

1.2 綜合關(guān)聯(lián)度Kj(p)及質(zhì)量評價(jià)等級評定

綜合關(guān)聯(lián)度是關(guān)聯(lián)度與權(quán)系數(shù)的乘積。

(4)

本次權(quán)系數(shù)采用評價(jià)因子污染貢獻(xiàn)率方法確定：

(5)

Kj(p)稱為評價(jià)單元p關(guān)于j質(zhì)量的綜合關(guān)聯(lián)度。將各級關(guān)聯(lián)度Kj(p)進(jìn)行比較，數(shù)值越大的表示越接近標(biāo)準(zhǔn)等級，綜合關(guān)聯(lián)度最大的級別就是評價(jià)最終所屬級別。

2 物元可拓法應(yīng)用實(shí)例

本次用物元可拓法對吳家營水源地地下水水樣進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。選取2015年10月的統(tǒng)測資料作為水質(zhì)評價(jià)樣本，選取SO42-、HCO3-、Ca2+、Fe2+3+、總礦化度(TDS)、總硬度(M)6項(xiàng)指標(biāo)作為水質(zhì)評價(jià)的評價(jià)因子，進(jìn)行綜合質(zhì)量評價(jià)。 實(shí)測各評價(jià)因子濃度數(shù)據(jù)見表 1。

表1 實(shí)測濃度數(shù)據(jù)表 mg/L

評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用國家地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14848- 93。國家地下水水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含五級, 由于國家標(biāo)準(zhǔn)按某評價(jià)因子濃度的上限來劃分等級, 對第V級標(biāo)準(zhǔn)只有下限要求而沒有上限要求, 而水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的劃分一般都用一個(gè)濃度區(qū)間。 考慮到本次水樣從整體上看沒有超標(biāo)嚴(yán)重的因子, 為了符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,只采用前四級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定各評價(jià)因子等級范圍。本次評價(jià)選用的評價(jià)因子的相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 地下水水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

根據(jù)物元分析原理，由表1可得被評價(jià)樣本的物元矩陣：

由表2可得出水質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)物元矩陣：

2.1 水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

由上述樣本物元矩陣、標(biāo)準(zhǔn)物元矩陣及節(jié)域矩陣，通過(1)，(2)，(3)式計(jì)算樣本中各評價(jià)因子相對標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)(5)式計(jì)算各樣本各評價(jià)因子的權(quán)值見表4。由(4)式計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度，按照等級評定方法，綜合關(guān)聯(lián)度最大的級別就是評價(jià)最終所屬級別，評定各水樣的最終質(zhì)量等級見表5。由關(guān)聯(lián)函數(shù)的意義，樣本1中綜合關(guān)聯(lián)度最大值為0.274，與1的差距比較大，說明樣本1雖然被評定為Ⅱ類水質(zhì)，但與Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限較為接近，并且綜合關(guān)聯(lián)度中僅次于最大值的是第Ⅰ級，說明樣本水體轉(zhuǎn)化為Ⅰ類水質(zhì)的可能性較大[8]。同理， 樣本 2， 3， 4，5 中的綜合關(guān)聯(lián)度的最大值都不大，說明水體質(zhì)量更接近于所評定等級標(biāo)準(zhǔn)的下限值，其中樣本2與樣本4為Ⅰ類水質(zhì)，水質(zhì)較好。樣本 3有向Ⅰ類水質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能，樣本5有向Ⅳ類水質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能。雖然樣本 2， 4 同被評為Ⅰ類水質(zhì)，但從表5中可以看出，各自的最大綜合關(guān)聯(lián)度差異較大。其中，樣本4 的值大于樣本2，說明樣本4的水質(zhì)相對于樣本2稍差一些。

表3 關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果表

表4 樣本各因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果表

2.2 綜合評價(jià)法的驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)評價(jià)結(jié)果的可靠性，采用綜合評價(jià)法對吳家營水源地地下水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，并與物可拓法水質(zhì)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比。綜合評價(jià)法第一進(jìn)行各單項(xiàng)組分評價(jià)，確定各組分所屬質(zhì)量類別；第二分別確定單項(xiàng)組分評價(jià)分值Fi；第三計(jì)算綜合評價(jià)分值F；最后根據(jù)綜合分值，劃分地下水水質(zhì)類別。計(jì)算結(jié)果見表6。由表可以看出，兩種評價(jià)結(jié)果基本一致。

表5 綜合關(guān)聯(lián)度 K j (p )計(jì)算結(jié)果及評定等級

表6 兩種評價(jià)方法評價(jià)結(jié)果對比

3 結(jié)語

物元可拓法評價(jià)結(jié)果表明，昆明呈貢吳家營水源地地下水質(zhì)較好，評定等級在Ⅰ-Ⅲ級之間。說明深部含水層中的地下水質(zhì)較好，滿足飲用水要求。但5號樣本水質(zhì)與其它樣本水質(zhì)相比，水質(zhì)較差，有向劣質(zhì)轉(zhuǎn)化的趨勢，應(yīng)引起足夠重視。

物元可拓法與綜合評價(jià)法評價(jià)結(jié)果基本一致，說明評價(jià)結(jié)果可靠。5號水樣綜合評價(jià)法評價(jià)結(jié)果是Ⅳ類，與物元可拓法評價(jià)結(jié)果對比分析，說明5號樣本水質(zhì)較差，需采取措施控制水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

物元可拓法水質(zhì)綜合評價(jià)模型相對其它 評價(jià)方法具有邏輯性強(qiáng)，評價(jià)結(jié)果客觀等優(yōu)點(diǎn)。模型不僅可以對地下水水質(zhì)進(jìn)行綜合的評價(jià)，確定樣本所屬的水體等級，而且還可以通過比較最大綜合關(guān)聯(lián)度，定性分析評價(jià)樣本水質(zhì)的變化趨勢，區(qū)分出同一等級樣本水體的水質(zhì)可能的轉(zhuǎn)化方向。

[1]蔡文.物元分析[M].廣州：廣東高等教育出版社.1987.56-90.

[2]李艷梅.遼河油田地下水水質(zhì)模擬與預(yù)測[D].吉林大學(xué).2005.

[3]謝武.物元分析法在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].吉林水利.2006,4:1-3.

[4]馮玉國.用物元分析法綜合評價(jià)環(huán)境質(zhì)量[J].環(huán)境保護(hù).1995,9:30-32.

[5]葉勇，等.物元可拓法在地下水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].水土保持研究.2007,14(2)：52-54.

[6]蘭雙雙，姜紀(jì)沂，等.物元可拓的地下水質(zhì)評價(jià)以梨樹縣平原區(qū)淺層地下水為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)( 地球科學(xué)版).2009,39(4): 722-727.

[7]于福榮，等.物元可拓法在金泉工業(yè)園區(qū)地下水質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué).2012,30(6)：38-40.

[8]俞峰,楊成梧.物元分析方法在地下水質(zhì)量綜合評判中的應(yīng)用[J].環(huán)境與工程學(xué)報(bào).2005, 16( 2) : 35- 38.

The application of the matter-element extension method used in Groundwater quality assessment of Wu JiaYing water source field

ZHAO Xue-qiong，HUANG Qian-rui，PAN Shao-hong

(Yunnan Land and Resources Vocational College , Kunming 650217, China)

In view of the present situation of groundwater quality of Wu JiaYing，In order to protect the groundwater resources，Based on matter element extension method, an evaluation model of groundwater quality including total hardness, total dissolved solids and other factors was established. And it is completed comprehensive evaluation of groundwater quality for 5 water sampling points in water source field. Through the calculation of the integrated degree of association, the results show that groundwater quality of water source is good. The index of most area belongs to level Ⅰ-Ⅲ. In some other areas, the groundwater quality is deteriorating from Ⅲ to Ⅳ rank. The evaluation results are consistent with the comprehensive evaluation method, which shows that the evaluation result of the matter element method is reliable.

Groundwater；quality assessment；Matter-Element Analysis

2016-12-14

云南省國土資源職業(yè)學(xué)院教師科研基金項(xiàng)目：“昆明吳家營水源地地下水水質(zhì)變化調(diào)查分析”(2014YJ12)

趙雪瓊(1985-)，女，云南曲靖人，講師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)02-0011-03