富灣銀礦區地下水環境質量評價

李厚洪，路小強

(1.廣東省地質局七五七地質大隊， 廣東江門市 529040;2.中國冶金地質總局中南局昭金礦業有限公司， 廣西昭平縣 546800)

富灣銀礦區地下水環境質量評價

李厚洪1，路小強2

(1.廣東省地質局七五七地質大隊， 廣東江門市 529040;2.中國冶金地質總局中南局昭金礦業有限公司， 廣西昭平縣 546800)

通過對富灣銀礦區地下水化學成分的分析，選取了適合該礦區的14個指標作為本區地下水環境質量的評價因子，并采用綜合指數評價法、模糊綜合評價法、可拓物元分析法對本區地下水質量分別進行了單方面的評價，最后結合這3種評價方法的結果，綜合評定該礦區地下水環境質量級別，證明該區地下水污染嚴重，并有惡化的趨勢。

富灣銀礦區;綜合指數評價法;模糊綜合評價法;可拓物元分析法

0 前言

富灣銀礦區位于廣州市250°方向直距約45 km處，佛山市高明區329°方向直距約14 km，隸屬富灣鎮與金利鎮管轄，區內屬剝蝕丘陵殘丘臺地地貌，地形總體為西南及中部高，屬亞熱帶季風氣候，溫暖潮濕，四季不甚分明。

區內地表水系主要為西江河，在礦區東部從北西向南東流過，水量充沛，流量大。其次是流經本區中部非常年性的長坑溪流，其水位、流量受降雨和西江水位的控制。區內地下水類型分為松散巖類孔隙水、碳酸鹽類裂隙溶洞水和裂隙水3大類[1]。礦區出露的地層主要有第四系、白堊系、三疊系、石炭系，巖性主要為亞粘土、亞砂土、礫巖、砂巖、粉砂巖、灰巖、硅化灰巖等。

本礦區為一隱伏巖溶類型礦區，位于高明區三洲盆地區域水文地質單元東北部的江根村小水文地質單元中，通過對富灣礦區地下水環境質量現狀進行調查和評價，獲得區內污染物質的含量和分布情況等多項基礎數據，為預測今后該地區環境污染變化趨勢、開展礦區地下水環境監測和保護提供依據，同時對環境規劃和管理，以及深入開展環境生態和地下水科學的研究，均具有十分重要的參考價值。下面根據富灣銀礦區的水質分析結果，選取了適合該礦區的14個指標，結合3種水環境質量評價方法，最后得出該礦區的水環境質量級別[2]。

1 地下水樣水化學分析結果

本次進行地下水水質綜合評價是以生活飲用水為主要用水評價目標，為今后研究地下水污染的來源和污染途徑，也為改造地下水、防止水質惡化和制定水資源政策提供科學依據，所以選取了地下水常見的污染物作為評價因子[3]。為了查明礦區不同含水層的水化學性質和彼此之間的水力聯系，本次研究采集了多件不同類型的地下水樣進行水化學分析，以SH2水樣多件為例，結果見表1。

表1 不同含水層組地下水微量元素含量及其他指標

2 綜合指數評價法

綜合指數評價法是利用水體水質的物理、化學參數的污染物濃度值，通過數學處理，得出1個較簡單的相對數值，用以反映水體的污染程度。綜合指數評價法表示多項評價因子對水環境產生的綜合影響的程度，以單指數為基礎，通過各種數學關系式綜合求得的，是對整體水質量做出定量描述，當檢測項目、評價標準、監測結果可靠時，綜合評價基本是可以反映水體污染程度的[4]。

(1)地下水質量評價以地下水水質調查分析資料或水質監測資料為基礎，采用《地下水質量標準》(GB/T14848—93)對地下水質量分類指標進行評價，劃分各單項組分所屬質量類別，見表2。

表2 地下水質量分類指標

(2)對各類別按質量類別表2分別確定單項組分評價分值Fi，見表3。

表3 單項組分評價Fi取值

(3)按下列公式計算綜合評價分值F:

Fmax——單項組分評價分值Fi中的最大值;

F——綜合評價分值;

n——項數。

根據F值，劃分地下水質量級別，見表4。

表4 地下水質量分級

(4)根據綜合指數評價過程表5，最后得出地下水各單項和環境質量指數評價結果，見表6、表7。

表5 水樣SH2－1綜合指數法評價過程

表6 富灣礦區地下水各單項評價指標的評價結果

表7 礦區地下水環境質量綜合指數法評價結果

從表中可知，各類地下水的綜合評價分值F為4.31～7.185，大部分地下水質量為較差。(Fx1+C1z2)裂隙、空洞、溶洞水含水帶中的地下水污染較嚴重;第四系(Q)孔隙水含水層中的地下水總體質量較好。但由于地下水埋藏淺，直接由大氣降水從地表滲入，受人類活動及牲畜影響，已產生輕度生物有機質污染，導致水質變差。

3 模糊綜合評價法

地下水質量模糊綜合評價法的基本步驟為:

(1) 建立評價集:V={V1，V2，V3，V4，V5}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，V}，建立參評要素，本文選取14個評價指標，即 U={u1，u2，……，u14}，其中 u1，u2，……，u14代表的分別為鋅 Zn、銅 Cu、砷 As、鎘 Cd、鉛Pb、錳 Mn、NO2－、總硬度、NH4+、Fe 離子、Cl－、SO42－、F－、NO3－。

(2)構造隸屬函數確定隸屬度。本文采用了較為成熟的“降半梯形分布法”，取第k個水樣中某一污染因子i的實測值為xki，其j級標準值為aij。

(3)構造關系矩陣。利用隸屬函數求得各評價因子i對水質量級別j的隸屬度rij，構造模糊關系矩陣。

(4)權重的確立。權重是在多種評價因子綜合時，對每個因子具有權衡輕重作用的一種數值，反映出不同評價因子之間重要性的差異。

(5)模糊計算。對A，R 2個集合進行模糊計算，計算方式采用加權平均型，B=A·R。

(6)類別的判定。在計算出模糊子集之后，按最大隸屬原則確定某樣本的水質類別，即某樣本中模糊子集最大值所在的類為該樣本歸屬的水質類別。

同樣以SH2的水樣號為例，模糊綜合評價，結果見表8。

表8 礦區地下水環境質量模糊綜合評價結果

4 可拓物元分析法

可拓物元分析法是根據各級水質標準建立經典域物元矩陣，根據水質監測值建立節域物元矩陣，然后建立各污染指標對不同水質標準級別的關聯函數，取關聯度最大值對應級別即為所評價水質級別[6]。物元是描述事物的基本元素，用1個有序三元組R=(N，c，v)表示，其中N表示事物的名稱，c表示特征的名稱，v=c(N)表示N關于c所取的量值，這三者稱為物元的三要素，稱為一維物元。可拓物元分析法是建立在可拓集合論基礎上的評價方法。這種評價方法不僅能從數量上反映被評價對象本身存在狀態的所屬程度，更能從數量上刻畫何時為此性態與彼性態的分界，這便是可拓集合的零界。

(1)確定經典域:

其中Nj表示所劃分的j個等級。

(2)確定節域:

其中，P表示等級的全體，Vpi為P關于Ci所取的量值的全體范圍，即 P的節域，并記 Vpi=(api，bpi)，(i=l，2，…n)，Ci的含義同上。

(3)確定待評物元R:

其中，Px表示待評物元(待評區域)的全體，Ci的含義同上，vi為P關于Ci所具有的具體量值，即指標Ci的具體數據。

(4)確定各評價指標關于各類別等級的關聯度。各單項評價指標vi關于各類別等級j的關聯度可由下式計算求得:

(5)計算待評物元關于各類別等級的關聯度。待評物元P關于等級j的關聯度為:

式中:Wi為各評價指標的權系數。

(6)確 定 評 定 等 級。若 Kjmax(p) =max{ Kj(p ) }=Kt0(p)，則評定p屬于等級t0，令:

則稱t*為p的等級變量特征值。

通過上述幾個評價步驟，同樣以SH2為例，最后得出SH2水樣的評定等級，見表9。

表9 礦區地下水環境質量可拓物元分析法評價結果

5 綜合評價結果

綜合3種水環境質量評價方法的優劣，其各有側重點，同樣也各有不足，為了使評價結果更客觀、更合理，本文綜合3種方法的結果來最終確定本區地下水的水質量等級，見表10。

表10 礦區地下水環境質量綜合評價結果

從表10中評價結果可以看出，該地區的地下水質量多為III到IV類，局部達到V類，說明該區的地下水污染較嚴重，并有惡化的趨勢。該區的地下水均不能直接作為生活飲水，為保證本區地下水資源的可持續開發利用，保護地下水環境的工作已迫在眉睫。

[1] 呂勝青，李厚洪.廣東省佛山市富灣銀礦區水、工、環地質勘探報告[R].江門:廣東省地質局七五七地質大隊，2009.

[2] 欒利香.新汶礦區地下水水化學特征及質量評價[D].濟南:山東科技大學，2006.

[3] 李 輝，楊振宏.尾礦區地下水環境質量現狀評價[J].黃金，1998，19(2):47 －49.

[4] 馬成有.地下水環境質量評價方法研究[D].長春:吉林大學，2009.

[5] 薛巧英.水環境質量評價方法的比較分析[J].環境保護科學，2004，30(124):64 －67.

[6] 謝 武，王 旭.物元分析法在水質評價中的應用[J].吉林水利，2006，5(4):1 －3.

2011－01－10)

李厚洪(1984－)，男，湖南人，主要從事水文地質、工程地質、環境地質研究，Email:lihouhong757@163.com。