基于模糊綜合評判模型的奧陶系灰?guī)r地下水水質(zhì)綜合評價

基于模糊綜合評判模型的奧陶系灰?guī)r地下水水質(zhì)綜合評價

地下水具有從高頭到低頭的連續(xù)運動特征。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。本文為了客觀真實地反映地下水變化的實際狀況,運用模糊數(shù)學(xué)方法對水質(zhì)進行了綜合分析評判,對比以往經(jīng)常使用的《中華人民共和國地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-93)評價方法,該方法需要確定影響地下水水質(zhì)的主要因子,因子集、評價集和隸屬函數(shù),計算各因子的均方差和隸屬度,依據(jù)綜合隸屬度的值來確定水質(zhì)的級別。權(quán)重的確定對評價的結(jié)果會產(chǎn)生重要的影響。參考相關(guān)文獻,本文采用均方差法,客觀賦權(quán),對該項因子進行模糊綜合評判,并運用該模型對天津石化公司寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水水質(zhì)行了綜合評價,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、豐潤兩縣。面積約450平方公里。地勢北高南低,地面標高3~5m。本區(qū)廣泛發(fā)育以奧陶系石灰?guī)r為主的碳酸鹽地層,奧陶系灰?guī)r在下倉—林南倉構(gòu)造范圍內(nèi)是個具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖體,上游補給區(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給,水交替迅速。豐水年補給條件好,富水性較強,是地下水的主要補給源之一。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巖和其上伏石炭系頁巖及第三、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)指標值等級進行綜合分析評判十分必要。選取2012年寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水10個水樣(上游補給區(qū)、中游徑流區(qū)、下游排泄區(qū)主要分布點選取(見圖1))進行水質(zhì)綜合評判。從檢測報告檢測指標中選取9項關(guān)鍵指標作為評價因子,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)《中華人民共和國地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-93)5級為標準,以地下水質(zhì)量分類III類水指標(以人體健康基準值為依據(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,將評價集分為V={I,II,III,IV,V}5個級別。10個采樣點的9項評價指標檢測值見表1。2水的隸屬函數(shù)解析單因子評價是通過隸屬度來實現(xiàn)的,用隸屬函數(shù)來表達,采用降半梯形分布圖確定隸屬函數(shù),5級水質(zhì)對應(yīng)的隸屬函數(shù)解析式分別為:式中:x———地下水評價因子的實測濃度值;ai、ai+1———相鄰兩個水質(zhì)等級的標準值。3各評價因子集均方差采用的是客觀賦值法,是由實際數(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判法來確定地下水水質(zhì)的權(quán)重。設(shè)Ui(i=1,2,3…9)為指標集,即評價因子集;Gj(j=1,2,3…10)為方案集。首先計算各評價因子的歸一化值Pij,計算公式見(2)(評價因子均為越小越優(yōu)型的成本性指標);其次計算標準化后的各評價因子Ui的均值E(Ui)和方案集Gj的均方差σ(Ui),見公式(3)和(4),最后根據(jù)σ(Ui)得出各評價因子的權(quán)重Wi,見公式(5)和表2。4奧陶系灰?guī)r地下水水化學(xué)類型模糊綜合評判綜合隸屬度B計算公式如下,該區(qū)地下水水質(zhì)模糊綜合評價結(jié)果見表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),則該評價級別所對應(yīng)的對象應(yīng)為第j級。見表3,寶坻水源地奧陶系灰?guī)r地下水的水質(zhì)所屬級別均為I級,平均隸屬度達64.4%,可見該區(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)達到《中華人民共和國地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-93)III級結(jié)論一致。在這9項主要影響水質(zhì)的評價因子中,氟離子對水質(zhì)的影響程度較大,超標率達100%,這與天津地區(qū)氟離子含量背景值較高有關(guān),地下水主要超標指標是氟離子,從而也導(dǎo)致下游地區(qū)局部點位IV級隸屬度達11.4%,說明地下水主要污染物來自氟離子,從上游至下游逐漸加大,說明運用模糊綜合評判模型是一種較實用的、客觀的、科學(xué)的地下水水質(zhì)評判方法。5建立了一種新的地下水水質(zhì)評判方法—結(jié)論模糊綜合評判法對評價地下水水質(zhì)的是非常有效的,其權(quán)重的確定是提高該模型評價精度的關(guān)鍵。本文首次使用該方法來計算評價因子的權(quán)重,經(jīng)實例計算,結(jié)論正確,客觀、科學(xué),將其方法運用到地下水水質(zhì)模糊綜合評價中是一種較實用的地下水水質(zhì)評判方法。按照國家標準確定的域值,確定各指標屬于各水質(zhì)級別的隸屬