基于模糊綜合評(píng)判模型的奧陶系灰?guī)r地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

地下水具有從高頭到低頭的連續(xù)運(yùn)動(dòng)特征。在同一環(huán)境中,由于地下水所處的地理位置不同,水質(zhì)的污染也存在從上游到下游漸變的模糊特性。本文為了客觀真實(shí)地反映地下水變化的實(shí)際狀況,運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了綜合分析評(píng)判,對(duì)比以往經(jīng)常使用的《中華人民共和國(guó)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)評(píng)價(jià)方法,該方法需要確定影響地下水水質(zhì)的主要因子,因子集、評(píng)價(jià)集和隸屬函數(shù),計(jì)算各因子的均方差和隸屬度,依據(jù)綜合隸屬度的值來(lái)確定水質(zhì)的級(jí)別。權(quán)重的確定對(duì)評(píng)價(jià)的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生重要的影響。參考相關(guān)文獻(xiàn),本文采用均方差法,客觀賦權(quán),對(duì)該項(xiàng)因子進(jìn)行模糊綜合評(píng)判,并運(yùn)用該模型對(duì)天津石化公司寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水水質(zhì)行了綜合評(píng)價(jià),取得的效果非常好。1地下水水質(zhì)特征研究區(qū)位于天津市寶坻縣、薊縣境內(nèi),向東延伸至河北省玉田、豐潤(rùn)兩縣。面積約450平方公里。地勢(shì)北高南低,地面標(biāo)高3~5m。本區(qū)廣泛發(fā)育以?shī)W陶系石灰?guī)r為主的碳酸鹽地層,奧陶系灰?guī)r在下倉(cāng)—林南倉(cāng)構(gòu)造范圍內(nèi)是個(gè)具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖體,上游補(bǔ)給區(qū)為東部還鄉(xiāng)河、沙流河和彩亭橋沖洪積扇;其下游排泄區(qū)在西南小趙莊一帶,由于自然排泄量不大,地下水的水力坡度極緩。奧陶系灰?guī)r地下水接受第四系地下水天窗補(bǔ)給,水交替迅速。豐水年補(bǔ)給條件好,富水性較強(qiáng),是地下水的主要補(bǔ)給源之一。區(qū)域地貌單元為山前傾斜沖洪積平原與沖積平原,自北向南緩緩傾斜。第四系堆積物主要以砂礫、卵礫,粘土為主,基巖面之上有一層含有卵石的粘土層,隔水性能較好,奧陶系灰?guī)r含水巖體的隔水邊界為中寒武系的徐莊子組頁(yè)巖和其上伏石炭系頁(yè)巖及第三、第四系粘土層,地下水富水特征受構(gòu)造和巖性的影響,構(gòu)成具有一定規(guī)模并有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖體。作為中石化天津分公司供水水源地,地下水水質(zhì)能否滿足供水單位生產(chǎn)、生活的需求顯得尤為重要,依據(jù)各水質(zhì)指標(biāo)值等級(jí)進(jìn)行綜合分析評(píng)判十分必要。選取2012年寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水10個(gè)水樣(上游補(bǔ)給區(qū)、中游徑流區(qū)、下游排泄區(qū)主要分布點(diǎn)選取(見(jiàn)圖1))進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)判。從檢測(cè)報(bào)告檢測(cè)指標(biāo)中選取9項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子,分別為:氯化物(Cl-)、硫酸鹽(SO42-)、氟化物(F-)、總硬度、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH4+)、亞硝酸鹽(NO2-)、硝酸鹽(NO3-)、溶解性總固體。根據(jù)《中華人民共和國(guó)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)5級(jí)為標(biāo)準(zhǔn),以地下水質(zhì)量分類III類水指標(biāo)(以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù),主要適用于集中式生活飲用水水源以及工、農(nóng)業(yè)用水)為基準(zhǔn),將評(píng)價(jià)集分為V={I,II,III,IV,V}5個(gè)級(jí)別。10個(gè)采樣點(diǎn)的9項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)檢測(cè)值見(jiàn)表1。2水的隸屬函數(shù)解析單因子評(píng)價(jià)是通過(guò)隸屬度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,用隸屬函數(shù)來(lái)表達(dá),采用降半梯形分布圖確定隸屬函數(shù),5級(jí)水質(zhì)對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)解析式分別為:式中:x———地下水評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)濃度值;ai、ai+1———相鄰兩個(gè)水質(zhì)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值。3各評(píng)價(jià)因子集均方差采用的是客觀賦值法,是由實(shí)際數(shù)據(jù)形成的,它不借助于人為因素。是客觀的、科學(xué)的。以下使用模糊綜合評(píng)判法來(lái)確定地下水水質(zhì)的權(quán)重。設(shè)Ui(i=1,2,3…9)為指標(biāo)集,即評(píng)價(jià)因子集;Gj(j=1,2,3…10)為方案集。首先計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的歸一化值Pij,計(jì)算公式見(jiàn)(2)(評(píng)價(jià)因子均為越小越優(yōu)型的成本性指標(biāo));其次計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的各評(píng)價(jià)因子Ui的均值E(Ui)和方案集Gj的均方差σ(Ui),見(jiàn)公式(3)和(4),最后根據(jù)σ(Ui)得出各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重Wi,見(jiàn)公式(5)和表2。4奧陶系灰?guī)r地下水水化學(xué)類型模糊綜合評(píng)判綜合隸屬度B計(jì)算公式如下,該區(qū)地下水水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。式中:W為權(quán)重;R為單因子隸屬矩陣。依據(jù)最大隸屬度原則,若bj=max(b1,…,b5),則該評(píng)價(jià)級(jí)別所對(duì)應(yīng)的對(duì)象應(yīng)為第j級(jí)。見(jiàn)表3,寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水的水質(zhì)所屬級(jí)別均為I級(jí),平均隸屬度達(dá)64.4%,可見(jiàn)該區(qū)地下水水質(zhì)較好。滿足天津石油化纖廠的要求,這與該水源地多數(shù)基巖井地下水水質(zhì)達(dá)到《中華人民共和國(guó)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)III級(jí)結(jié)論一致。在這9項(xiàng)主要影響水質(zhì)的評(píng)價(jià)因子中,氟離子對(duì)水質(zhì)的影響程度較大,超標(biāo)率達(dá)100%,這與天津地區(qū)氟離子含量背景值較高有關(guān),地下水主要超標(biāo)指標(biāo)是氟離子,從而也導(dǎo)致下游地區(qū)局部點(diǎn)位IV級(jí)隸屬度達(dá)11.4%,說(shuō)明地下水主要污染物來(lái)自氟離子,從上游至下游逐漸加大,說(shuō)明運(yùn)用模糊綜合評(píng)判模型是一種較實(shí)用的、客觀的、科學(xué)的地下水水質(zhì)評(píng)判方法。5建立了一種新的地下水水質(zhì)評(píng)判方法—結(jié)論模糊綜合評(píng)判法對(duì)評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)的是非常有效的,其權(quán)重的確定是提高該模型評(píng)價(jià)精度的關(guān)鍵。本文首次使用該方法來(lái)計(jì)算評(píng)價(jià)因子的權(quán)重,經(jīng)實(shí)例計(jì)算,結(jié)論正確,客觀、科學(xué),將其方法運(yùn)用到地下水水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)中是一種較實(shí)用的地下水水質(zhì)評(píng)判方法。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定的域值,確定各指標(biāo)屬于各水質(zhì)級(jí)別的隸屬