尹 源

(邵陽市環(huán)境研究與信息中心，湖南 邵陽 422000)

1 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，水質(zhì)惡化狀況加劇。最嚴(yán)峻的威脅來自于城市生存命脈的地下水污染。因此，要掌握地下水的污染程度，監(jiān)測與評價(jià)水質(zhì)是最基本的手段，通過監(jiān)測指標(biāo)制定地下水資源利用和保護(hù)的措施。劉婧采用模糊綜合評價(jià)法和單因子評價(jià)法對甘肅省平?jīng)鍪泻蛻c陽市兩地2018年21處地下水水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)11項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行評價(jià)，郭麗莉針對國內(nèi)外的水質(zhì)評價(jià)方式進(jìn)行對比分析，李蘇等用傳統(tǒng)、改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法在水庫水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)[1～3]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，分別利用4種評價(jià)方式對地下水質(zhì)實(shí)施全面評價(jià)，評價(jià)方式包括加附注評分法、主成分分析法、改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法，針對這4種評價(jià)方式的差異性進(jìn)行對比，對各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，以探索出一套符合某市的地下水質(zhì)評價(jià)體系，以確保評價(jià)的高效性、科學(xué)性、合理性。

2 評價(jià)原理

2.1 主成分分析法

該分析方法的功能是降維處理原始數(shù)據(jù)，按照方差貢獻(xiàn)率超過85%的原則，同時(shí)，綜合主成分得分的計(jì)算是按照方差貢獻(xiàn)率的權(quán)數(shù)進(jìn)行，利用計(jì)算獲取的分?jǐn)?shù)對水質(zhì)結(jié)果實(shí)施定量化評價(jià)。計(jì)算具體步驟為：對指標(biāo)存在的相關(guān)性的判定：設(shè)定m個(gè)采樣點(diǎn)，設(shè)定n個(gè)評價(jià)指標(biāo)，按照標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建矩陣Xm×n，以矩陣Xm×n為基礎(chǔ)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣R的計(jì)算；特征值的計(jì)算及相應(yīng)的正交化單位特征向量的計(jì)算；利用主成分：針對累計(jì)貢獻(xiàn)率和主成分方差貢獻(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算，提取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，獲取的條件為特征值大于1、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率高于85%，獲取的主成分綜合原始信息設(shè)定為q個(gè)；提取q個(gè)相對應(yīng)的特征向量，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；主成分荷載的計(jì)算；進(jìn)行q個(gè)主成分樣品的得分計(jì)算。

2.2 傳統(tǒng)、改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法

2.2.1 傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法

通常使用的地下水水質(zhì)的評價(jià)方法就是傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法，主要是對水質(zhì)的綜質(zhì)指數(shù)進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算方式如下：

(1)

2.2.2 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法

針對不同污染因子，改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法對其賦予權(quán)重，考慮了高危險(xiǎn)的污染因子影響水質(zhì)的情況，最大值影響計(jì)算的程度降低。在內(nèi)梅羅指數(shù)法基礎(chǔ)上該公式增加了權(quán)重分配計(jì)算環(huán)節(jié)，如式(2)所示：

(2)

2.3 加附注評分法

地下水質(zhì)量綜合評價(jià)采用加附注評分法，步驟如下：

首先對各單項(xiàng)組分進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)行質(zhì)量類別劃分(分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5類，其對應(yīng)的單組分水質(zhì)評價(jià)值分別為0、1、3、6、10)。

計(jì)算綜合評價(jià)分值F。

(3)

(4)

最終獲得F值區(qū)間為：F<0.80、0.807.20，地下水質(zhì)量對應(yīng)的級別為五級：1級優(yōu)良→2級良好→3級較好→4級較差→五級極差。

3 實(shí)例分析

本文案例水質(zhì)資料評價(jià)基礎(chǔ)為2018年某地區(qū)地下水枯水期采集的，選取A1～A10隨機(jī)均勻布置的共10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，選取6個(gè)污染指標(biāo)作為評價(jià)因子，具體包括硫酸鹽、氯化物、氟化物、高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽(以N計(jì))、氨氮(NH4)，根據(jù)GB14848—93，按照五個(gè)等級劃分水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

3.1 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)理化指標(biāo)測定結(jié)果見表1。

表1 水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果 mg/L

從表1不難看出，某市地下水水質(zhì)指標(biāo)均在地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類限度內(nèi)，總體水質(zhì)比較好，只有個(gè)別監(jiān)測點(diǎn)的水樣硫酸鹽和氟化物稍高狀態(tài)。

3.2 評價(jià)結(jié)果

通過內(nèi)梅羅指數(shù)法原理計(jì)算表明：針對地下水質(zhì)的所有監(jiān)測點(diǎn)都達(dá)到了Ⅲ類水質(zhì)等級之上，其中有7處為Ⅰ類水質(zhì)，占整體的70.0%，有2處為Ⅱ類水質(zhì)，占整體的20.0%，1處為Ⅲ類水質(zhì)，占整體的10.0%，總體的水質(zhì)為優(yōu)良。改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)參照Ⅲ類水質(zhì)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的污染因子與監(jiān)測點(diǎn)的水體污染因子相同，經(jīng)過計(jì)算顯示，在10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中共6處為水質(zhì)評價(jià)等級的Ⅲ類水，占整體的60.0%，3處為Ⅱ類水質(zhì)，占整體的30.0%，1處為Ⅰ類水質(zhì)，占整體的10.0%，呈現(xiàn)較好的水質(zhì)。其中，A6監(jiān)測點(diǎn)為最高的水質(zhì)評價(jià)指數(shù)(0.95)，評價(jià)為最差水質(zhì)；A8監(jiān)測點(diǎn)為最低評價(jià)指數(shù)(0.40)，為最好的水質(zhì)，其他的監(jiān)測點(diǎn)水樣水質(zhì)為中級水平，為Ⅱ級和Ⅲ之間。在10個(gè)監(jiān)測的水樣中，利用傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法與改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法評定結(jié)果水質(zhì)類型相同的點(diǎn)占30%，不相同的監(jiān)測點(diǎn)占70%。對比兩種評定方法顯示：其影響大小與單項(xiàng)組分含量大小成正比例，但水體的綜合利用價(jià)值不能通過最大值體現(xiàn)，改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法讓最大值的影響力嚴(yán)重降低，在引入評價(jià)因子權(quán)重的情況下，評價(jià)結(jié)果比傳統(tǒng)的梅羅指數(shù)法更客觀、更準(zhǔn)確。

利用加附注評分法原理確定評價(jià)結(jié)果顯示，10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)中只有A6的水質(zhì)是較差的Ⅳ類以及A10的水質(zhì)為較好的Ⅲ類，其他的8個(gè)監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)都是良好的Ⅱ類，整體的水質(zhì)評定為良好。主成分分析法分析判斷表現(xiàn)A1、A4、A10三個(gè)點(diǎn)水質(zhì)評價(jià)等級判定為較好的Ⅲ級，占總體的30.0%；A2、A3、A5、A7、A8和A9六個(gè)點(diǎn)水質(zhì)評價(jià)結(jié)果為良好的Ⅱ級，占整體的60.0%；水質(zhì)最差的點(diǎn)為A6，水質(zhì)的評價(jià)等級定為Ⅳ級，占整體的10.0%，呈現(xiàn)良好的水質(zhì)。

4 適應(yīng)性分析

4種評價(jià)方法的各自評價(jià)結(jié)果見表2。

表2 各方法的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

從表2不難看出：Ⅰ類的結(jié)果都是通過傳統(tǒng)內(nèi)梅羅法的評價(jià)的，僅A6為Ⅲ類；Ⅲ類的結(jié)果主要是改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)，只有A8為Ⅰ類；加附注評分法評價(jià)水質(zhì)結(jié)果主要為呈現(xiàn)良好的Ⅱ類主要是通過加附注評分法評價(jià)進(jìn)行的，其中A6水質(zhì)呈現(xiàn)較差的Ⅳ類；良好的Ⅱ類水質(zhì)評價(jià)主要通過主成分分析法評價(jià)進(jìn)行，綜合可得A8水質(zhì)最好，A6水質(zhì)最差。

4.1 四種評價(jià)方法橫向比較

以上進(jìn)行了評價(jià)水質(zhì)的4種方法的比較，某市地下水的水質(zhì)變化情況完全可以通過這4種評價(jià)結(jié)果反映出來，該4種方式中唯有傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法顯現(xiàn)偏高的結(jié)果，其他的評價(jià)方式的結(jié)果都接近實(shí)際狀況，可以對該地區(qū)的地下水水質(zhì)進(jìn)行客觀地反映，這四種方法都符合該區(qū)域的水質(zhì)評價(jià)。

4.2 四種評價(jià)方法縱向比較

由表2可以看出：唯有主成分分析法例外，其余3種分析法的結(jié)果呈現(xiàn)一致的趨勢，其中等級水質(zhì)評價(jià)等級偏高的為內(nèi)梅羅指數(shù)法，另外兩種評價(jià)法呈現(xiàn)較大幅度波動(dòng)等級的評價(jià)，而加附注評分法評價(jià)值基本處于前兩種評價(jià)法之間水平，呈現(xiàn)最小的波動(dòng)幅度，顯而易見，加附注評分法比起其他幾種方式，具備很高的相似度和重合度，會表現(xiàn)平穩(wěn)的評價(jià)結(jié)果。

4.3 4種評價(jià)方法綜合比較

通過上面4種評價(jià)方法的介紹顯示：與實(shí)際情況差距大的為傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)結(jié)果，不能在該區(qū)地下水水質(zhì)評價(jià)中應(yīng)用。而另外的3種評價(jià)方法都能夠相對客觀地反映該地區(qū)的地下水的水質(zhì)狀況，其中表現(xiàn)最佳的為加附注評分法，表現(xiàn)為兩個(gè)方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢：與其他方式相比，評價(jià)結(jié)果更能客觀地反映水質(zhì)情況，可以相對準(zhǔn)確地反映地下水水質(zhì)的等級、評價(jià)因子超標(biāo)、水質(zhì)功能狀態(tài)；容易操作、計(jì)算便捷、原理簡單，具備較強(qiáng)的可推廣性和適用性。通過評價(jià)顯示該地區(qū)水質(zhì)的現(xiàn)狀較好，沒有超過三類水的界限，水質(zhì)最好的為A8監(jiān)測點(diǎn)，水質(zhì)最差的是A6監(jiān)測點(diǎn)，評價(jià)結(jié)果表明研究區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)整體較好，基本控制在Ⅲ類水以內(nèi)，A8監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)最好，A6監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)最差，水質(zhì)由盆地邊緣(A8監(jiān)測點(diǎn))向盆地中心(A6監(jiān)測點(diǎn))表現(xiàn)良好到較差的趨勢。

5 結(jié)語

本文通過以上4種評價(jià)方法的比較，對某市某區(qū)枯水期10種水樣進(jìn)行評價(jià)，該4種方法的優(yōu)缺點(diǎn)在具體應(yīng)用中得以體現(xiàn)。通過本文上述的分析不難看出，在實(shí)際的方式應(yīng)用中不應(yīng)該只突出某種評價(jià)方式的優(yōu)勢，而是要對區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行研究，因地制宜地選擇最佳的評價(jià)方式，把研究區(qū)域的水質(zhì)情況客觀、真實(shí)地反映出來。