模糊綜合評價法與綜合評價法在礦區水質評價中的對比研究

胡偉偉,李 婷,馬致遠 ,豆惠萍

(長安大學環境科學與工程學院,陜西 西安 710054)

水資源問題已成為 21世紀社會發展的瓶頸問題,我國礦區水資源浪費嚴重,利用途徑少,利用率低的問題一直是我們想要克服的難題。沒有對礦區水資源進行合理的水質評價,對其水質進行分類,是導致水資源利用途徑單一和不合理,利用率低的原因。選擇合理、準確、快捷的方法確定地下水水質是提高水資源利用率的先決條件。目前對地下水水質進行評價的常用方法很多,主要是對物理化學參數進行評價的單一參數評價法、指數法、綜合法以及模糊數學綜合評價法,后兩者應用更為廣泛[1～5]。然而對于模糊綜合評價法和綜合評價法同時應用,進行對比研究,對比分析,找出優劣的研究卻很少見。本文以評價老虎臺礦區水質為例,對比分析模糊綜合分析法和綜合分析法的優劣。

1 評價方法介紹

1.1 模糊綜合評價法

如果地下水受到污染,應該是各個污染因子共同作用的結果,它是一個連續、漸變、模糊的復雜過程。針對其模糊性,利用模糊數學的方法去刻畫地下水水質。模糊綜合評價法常可以分為以下幾 5個主要步驟:

(1)假設地下有 n相指標要參與地下水水質評價,我們首先可以確定評價的因子集 U={u1,u2,u3,…,un};

(2)地下水水質有 m個等級,便可以確定水質評價的標準集 V={v1,v2,v3,…,vm};

(3)各項評價指標對比各項評價標準確定其隸屬度,隸屬度由隸屬函數來計算。隸屬函數常用下面“降半梯形”函數確定:

式中:r(x)為某評價因子的隸屬度;x為樣品中評價因子實測值;a1、a2為相鄰兩等級的標準值;由隸屬度可以確定模糊矩陣 R。

可以得到水樣中每個評價因子的隸屬度rij。

(4)確定每一種評價因子的權重。考慮到污染物對水質的影響程度不同,以及多因子間的相互協同,對它們賦予不同的權重,做出權數分配構成的一個 n維向量,即:A=[W1,W2,…Wn] ,其中利用污染物超標計算各污染因子的權重:

式中:Ci為某因子的實測值;Coi為某因子平均允許濃度值;Wi≥0,i=1,2,…,n;

(5)計算模糊綜合評價矩陣 B。在建立了隸屬度矩陣 R和權重矩陣之后,就可以根據關系矩陣復合運算計算模糊綜合評價矩陣 B=R?A。

1.2 綜合評價法

綜合評價法是我國地下水水質評價中推薦的方法[6]。其評價過程可分為以下 4個步驟:

(1)對各單項組分評價,劃分各組分所屬質量類別。

(2)對各類別按照表 1確定單項組分評價分值 Gi。

(3)計算綜合評價結果 G

式中:n為評價相數;Gmax為單項組分評價結果 Gi中的最大值;G為各個單項組分評價值 Gi的平均值;

表1 單項組分評價表

(4)根據 G值,按照表 2劃分地下水水質。

表2 地下水質量劃分

2 計算實例

本文采用撫順市老虎臺礦區白堊系礫巖含水層不同深度水質檢測結果(表 3),選取礦化度、硬度、氯離子、硝酸根、氟離子、鐵六個指標為評價因子進行評價計算,評價標準選用《地下水環境質量標準》[6]。

表3 研究區 2009年水質檢測結果 mg/L

分別利用模糊綜合評價法和綜合評價法對表 3中不同深度水質進行評價,評價結果見表 4。

3 結果分析與討論

由表 4可以看出,應用不同的評價方法,評價結果存在差異性。

表4 評價結果

綜合評價法 225水樣的水質為Ⅳ類,而應用模糊綜合評價法 225水樣的水質為Ⅲ類。Ⅲ類水以人體健康基準值為依據,主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業用水。Ⅳ類水以農業和工業用水要求為依據,除適用于農業和部分工業用水外,適當處理后可作生活飲用水[6]。不難看出不同評價結果給出的不同水質類別其利用途徑差別較大。綜合評價法中由于個別值的原因而導致整體水質類別較低,從而導致不能合理的利用水資源的屬性,因此有一定的不足。模糊綜合評價法能夠綜合考慮到各個因子,以及它們之間的聯系。由水質檢測結果可以看到 225處水樣,只有鐵為Ⅳ類,其余礦化度Ⅱ類,硬度Ⅲ類,氯離子Ⅰ類,硝酸根Ⅰ類,氟離子Ⅰ類。綜合每個因子及其對水質的影響程度將其定位Ⅲ類較為合理。

4 結論

對比綜合評價法通過對老虎臺礦區水質評價結果表明:模糊綜合評價法與綜合評價法都可以滿足一定精度要求的水質評價,但前者能更加客觀、準確的反映地下水水質情況,從而能夠根據地下水水質拓寬地下水利用途徑,提高水資源利用率,可供其它地區地下水水質評價借鑒。

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[6]國家技術監督局.GB/T 14848-1993,地下水環境質量標準[S].北京:中國標準出版社,1994.