張 晶，趙 斌，王洪亮

(華北有色工程勘察院有限公司/河北省礦山地下水安全技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050021)

目前，國(guó)內(nèi)外水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法大致可分為以下幾類：?jiǎn)我蜃釉u(píng)價(jià)法[1-4]、模糊評(píng)價(jià)法[5-9]、灰色系統(tǒng)理論評(píng)價(jià)法[10-13]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法[14-17]、物元分析法[18-21]等。模糊綜合評(píng)價(jià)是一種行之有效的多因素決策方法，可以對(duì)受多種因素影響的研究對(duì)象做出全面評(píng)價(jià)。該方法的特點(diǎn)是根據(jù)模糊變換原理和最大隸屬度原則，把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果以一個(gè)模糊集合來表示，而不是絕對(duì)地肯定或否定。與其它水質(zhì)評(píng)價(jià)方法相比，該方法可以更加客觀地確定水環(huán)境質(zhì)量的等級(jí)。

1 模糊評(píng)價(jià)的基本方法

模糊評(píng)價(jià)一般包括以下幾個(gè)步驟[5-9]：(1)確定評(píng)價(jià)因素；(2)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)；(3)構(gòu)建隸屬函數(shù)，建立模糊矩陣；(4)確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)重系數(shù)；(5)評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重的合成結(jié)果。結(jié)合本文內(nèi)容，具體闡述如下：

(1)確定評(píng)價(jià)因素集：根據(jù)水樣的實(shí)際檢測(cè)值，選定若干個(gè)地下水環(huán)境因子構(gòu)成質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的因素集合X={x1，x2，…xn}。

(2)確定評(píng)價(jià)集：V ={v1，v2，…vm}，v1，v2，…vm為與xi對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的集合。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取是否適宜，將直接影響綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，因此應(yīng)參考與地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)相關(guān)的行業(yè)資料或者法律法規(guī)。

(3)構(gòu)建隸屬函數(shù)y，建立模糊矩陣。該步驟是模糊評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容。隸屬函數(shù)表示某因子的實(shí)測(cè)濃度對(duì)某一級(jí)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所具有的程度：yij越接近1，表示x越趨近于標(biāo)準(zhǔn)v的要求；yij越接近于0，表示x越不滿足標(biāo)準(zhǔn)v的要求。各因子隸屬函數(shù)建立的方法如下：

當(dāng)j=1時(shí)，對(duì)應(yīng)模糊矩陣第1級(jí)環(huán)境質(zhì)量的隸屬函數(shù)為：

(1)

當(dāng)j=2，3，…(m-1)時(shí)，對(duì)應(yīng)模糊矩陣第2級(jí)至第(m-1)級(jí)環(huán)境質(zhì)量的隸屬函數(shù)為：

(2)

當(dāng)j=m時(shí)，對(duì)應(yīng)模糊矩陣第m級(jí)環(huán)境質(zhì)量的隸屬函數(shù)為：

(3)

式中：xi是第i種環(huán)境因子的實(shí)際檢測(cè)濃度值，Sij是該因子第j級(jí)水的標(biāo)準(zhǔn)值；Si(j-1)、Si(j+1)分別是該因子第i-1、i+1級(jí)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。然后根據(jù)地下水水樣的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，由隸屬函數(shù)求得模糊矩陣R。

(4)

(4)確定因子權(quán)重。由于各個(gè)因子在地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中所起的作用大小不同，因此對(duì)各個(gè)因子分別賦予不同的權(quán)重，并進(jìn)行歸一化處理，得到權(quán)重矩陣。公式如下：

(5)

式中：Ai是歸一化后第i種因子的權(quán)重系數(shù)；Ci是該因子的實(shí)際檢測(cè)濃度值；Si是該因子的的環(huán)境質(zhì)量基點(diǎn)值。

(5)確定綜合評(píng)價(jià)模型D。對(duì)模糊矩陣R和權(quán)重矩陣A進(jìn)行模糊變換，即D=A·R，得到綜合評(píng)價(jià)矩陣。根據(jù)隸屬度最大原則，取dj=max{d1,d2,…dm}為評(píng)價(jià)因子的水質(zhì)級(jí)別。

表1 評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值 mg/L

圖1 地下水采樣點(diǎn)分布圖

2 某礦區(qū)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

研究礦區(qū)位于燕山南麓山前傾斜平原區(qū)、灤河沖洪積扇上部。礦體賦存在第四系之下的太古界變質(zhì)巖中，巖性主要為角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、黑云變粒巖。第四系厚度100～120 m，由4個(gè)隔水層和3個(gè)含水層構(gòu)成，含水層巖性為砂礫卵石、中細(xì)砂，隔水層巖性主要為砂質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘性土。天然狀態(tài)下，地下水依地勢(shì)自北向南徑流，補(bǔ)給來源有大氣降水、灤河滲漏、農(nóng)田灌溉回滲等。

本次評(píng)價(jià)區(qū)為該礦排土場(chǎng)周邊區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量。在排土場(chǎng)周邊地下水流向的上下游共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采樣位置見圖1。

表2 地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) mg/L

2.1 因素集的確定

選取Cr6+、NO3-N、Fe、Mn、Cl-、SO42-、溶解性總固體、總硬度8個(gè)主要指標(biāo)構(gòu)成因素集，即U={Cr6+、NO3-N、Fe、Mn、Cl-、SO42-、溶解性總固體、總硬度}，檢測(cè)結(jié)果見表1。

2.2 評(píng)價(jià)集的建立

參考地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-2017)，將研究區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量分5級(jí)，如表2。因此建立的評(píng)價(jià)集為V={Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ}。

2.3 確定模糊關(guān)系矩陣R

根據(jù)水樣的實(shí)測(cè)值，由隸屬函數(shù)計(jì)算得出隸屬度矩陣。以DX01監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，其隸屬度矩陣的計(jì)算結(jié)果如下所示：

2.4 確定權(quán)重系數(shù)

依據(jù)權(quán)重系數(shù)計(jì)算公式可確定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)表3。

表3 因素權(quán)重歸一化結(jié)果

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

表4 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)語

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：DX01、DX03、DX06監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)屬地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ級(jí)水以上，滿足飲用水要求；DX02、DX04監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)屬Ⅳ級(jí)水質(zhì)，DX05監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)屬Ⅴ級(jí)水質(zhì)，主要污染物為硝酸鹽，反映了排土場(chǎng)附近地區(qū)的地下水環(huán)境質(zhì)量受人類活動(dòng)影響較大，尚未受到排土場(chǎng)淋溶水的影響。