地下巖溶水環境質量評價模型研究

王琳琳 劉志峰

(1.山東省環境監測中心站，濟南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟南 250014)

地下巖溶水環境質量評價模型研究

王琳琳1劉志峰2

(1.山東省環境監測中心站，濟南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟南 250014)

該文利用模糊數學和灰色理論的相關知識，根據地下巖溶水系統水化學動態特征和污染機理以及水文地質條件自身特點建立了地下巖溶水環境質量評價數學模型；并驗證此模型，對西龍河嶧山斷層帶水源地的地下巖溶水環境質量進行了綜合評價。評價結果表明:該巖溶水系統大部分地區地下水的環境質量狀況較好,局部地段較差，且地下水環境質量的分布特征與區域水文地質條件及水源地補給排泄關系具有較好的相關性。此結論與運用加權均值型指數評價法得到的結論相同，這說明此模型的建立是合理的，評價結果是完全可靠的。

水環境質量評價；隸屬度；模糊綜合評價

前言

水環境質量既是個模糊概念也是個灰色的概念，很多學者對水環境質量評價進行了深入的研究，但目前尚未形成統一確定的數學模型［1］；同時又由于地下巖溶水系統水化學動態特征和污染機理以及水文地質條件有其自身的一些特點，情況更加復雜，因此在地下巖溶水環境質量評價方面就有很大的研究必要性。作者根據地下巖溶水的自身特點，把模糊數學和灰色理論的相關知識相結合，取長補短，采用模糊綜合評

判法的相關原理，建立了地下巖溶水環境質量評價模型，并用此模型對山東省鄒城市的西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水系統進行了水環境質量評價，得出與實際情況相符的結論。

1．地下巖溶水環境質量評價數學模型

1.1 地下巖溶水環境質量影響因素

經過對地下巖溶水化學特征形成及影響機理分析，影響地下巖溶水環境質量的主要因素為：含水介質及巖溶地下水的補給來源。

（1）地下巖溶水化學成分主要來自于含水介質中巖石的溶濾作用，含水介質所處的條件發生變化，會引起水動力條件、水壓力條件、溫度條件等變化。從而會導致溶濾作用變化，故地下巖溶水環境質量必然會發生變化。

（2）補給水源對地下巖溶水環境質量的影響，工業污染物同農業及生活污染物隨補給水源一同進入地下巖溶水系統，造成水環境質量的變化。

1.2 模型建立

（1）設影響地下巖溶水環境質量的因子有n個，構成評價因素集U，即U={u1，u2，…，un}。根據巖溶水系統地下水水化學動態特征和污染機理以及水文地質條件的分析資料［2］，經過反復研究，決定選取總硬度、CL-、SO42-、NH4+、NO2-、NO3-、Hg、As、F-9項指標作為地下水環境質量評價因子，其中總硬度CL-、SO42-反映了地下水的化學類型；Hg、As、F-反映了工業污染對地下水的影響；其余指標反映了農業及生活污染對地下水的影響。

給定m種不同的評價等級，組成與U相對應的評價標準集V，即V={v1，v2，…，vm}。在U和V給定后其模糊關系可用模糊矩陣R表示：

模糊矩陣R稱為綜合評判矩陣，代表了每一個地下巖溶水環境質量評價因子對每一級水體質量標準的隸屬程度。

式（1）中：rij表示第i種地下巖溶水環境質量評價因子的數值，可以被評為j類環境質量的可能，即i對j的隸屬度。當評價因子的數值不在標準區間內，取rij=0。n表示水環境質量評價因子數，i=1，2，3，…，n。m表示水體質量級別數，j=1，2，3， …，m。rij按式（2）計算：

式中s(j)表示各水質級別劃分的臨界值。

經過具體分析和計算，作者認為利用層次分析法計算權重，是比較符合地下巖溶水環境實際情況的。方法為：

ⅰ 將判斷矩陣R每一列歸一化

1.3 模型驗證

利用西龍河嶧山斷層帶水源地W1～W77眼井所

取水樣資料［3］，用該模型對西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水環境質量進行綜合評價。

參照《地下水質量標準》（GB/T 14848—93）將地下水質標準分為五級，分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V表示，各級標準如表2所示。

將表1所列評價因子實測濃度監測數據代入式（2）中，計算各項評價因子隸屬度，結果如表3所示。

權重計算結果如表4所示。

根據上文建立的地下巖溶水環境質量模糊綜合評價模型和最大隸屬原則，從而得到地下巖溶水環境質

量模糊綜合評價結果，如表5所示。

2.4 模型驗證結果分析

（1）評價結果表明，西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水系統水環境質量存在3種類別，分別為Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類。這說明該巖溶水系統沒有受到工業污染，大部分地區地下水的環境質量狀況較好,只有局部地段較差，存在Ⅳ類水情況。

（2）經評價可知，W2井和 W3井水樣為Ⅳ類，通過水樣的隸屬度分析可知，在決定水質級別方面起重要作用的主要因子為NO3-，此因子反映了農業及生活污染對地下巖溶水的影響，這說明在W2井和 W3井附近地下巖溶水受到第四系越流補給的影響較大，受到輕微農業及生活污染。又根據總硬度、SO42-濃度、Cl-濃度分析反映了該兩井附近地下巖溶水主要補給來源為南部山區的大氣降水入滲側向徑流補給。

（3）經評價可知，位于水源地南部的W1井、

W4井、W5井水樣為Ⅲ類，位于水源地西部的W6井、W7井水樣為Ⅱ類。經分析，W1井、W4井、W5井水樣總硬度較高，這與它所處的特殊地段有關，即水源地西側和南側的側向徑流補給在此相匯，流向轉向東北，水力坡度明顯減小，在該井附近形成滯流區；而根據總硬度、SO42-濃度、Cl-濃度分析，W6井、 W7井附近地下巖溶水主要補給來源為西側地下巖溶水側向徑流補給。

（4）此結論與運用加權均值指數評價法得到的結論[3]相同，這說明此模型的建立是合理的，評價結果是完全可靠的。

2．結語

運用建立的地下巖溶水環境質量評價數學模型進行評價，結果正確反映了該巖溶水系統地下水環境質量的實際狀況，此數學模型的建立將對今后的水環境質量評價工作產生較大的影響。

[1] 朱雷，陳威. 模糊綜合指數法在水質評價中的應用[J].武漢理工大學學報，2001：23（8）.

[2] 卜華. 鄒城市雙村巖溶水系統地下水環境質量現狀評價[J].山東地質，2000：16（1）.

[3] 林洪孝. 兗礦集團國宏化工公司西龍河嶧山斷層帶水源地供水水文地質詳查報告[M]. 課題報告，66-72.

全國土壤污染狀況調查公報正式公布

環境保護部有關負責人近日向媒體通報，環境保護部和國土資源部發布了全國土壤污染狀況調查公報。

這位負責人說，根據國務院決定，2005年4月至2013年12月，環境保護部會同國土資源部開展了首次全國土壤污染狀況調查。調查結果顯示，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，部分地區土壤污染較重，耕地土壤環境質量堪憂，工礦業廢棄地土壤環境問題突出。全國土壤總的點位超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。從土地利用類型看，耕地、林地、草地土壤點位超標率分別為19.4%、10.0%、10.4%。從污染類型看，以無機型為主，有機型次之，復合型污染比重較小，無機污染物超標點位數占全部超標點位的82.8%。從污染物超標情況看，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；六六六、滴滴涕、多環芳烴3類有機污染物點位超標率分別為0.5%、1.9%、1.4%。

面對嚴峻的土壤環境形勢，國家正在或將要采取一系列措施加強土壤環境保護和污染治理，堅決向土壤污染宣戰。一是編制土壤污染防治行動計劃。根據國務院部署，環境保護部正在會同有關部門抓緊編制土壤污染防治行動計劃，總的思路是：以保障農產品安全和人居環境健康為出發點，以法制建設為基礎，堅持源頭嚴控，實行分級分類管理，強化科技支撐，發揮市場作用，引導公眾參與。二是加快推進土壤環境保護立法進程。十二屆全國人大常委會已將土壤環境保護列入立法規劃第一類項目。環境保護部會同相關部門成立了土壤環境保護法規起草工作領導小組、工作組以及相應的專家組。經過近兩年的努力，目前已初步形成法律草案。三是進一步開展土壤污染狀況詳查工作。在本次土壤污染狀況調查基礎上，環境保護部將會同財政部、國土資源部、農業部、衛生計生委等部門組織開展土壤污染狀況詳查，進一步摸清土壤環境質量狀況。四是實施土壤修復工程。國家將在典型地區組織開展土壤污染治理試點示范，逐步建立土壤污染治理修復技術體系，有計劃、分步驟地推進土壤污染治理修復。五是加強土壤環境監管。國家將強化土壤環境監管職能，建立土壤污染責任終身追究機制；加強對涉重金屬企業廢水、廢氣、廢渣等處理情況的監督檢查，嚴格管控農業生產過程的農業投入品亂用、濫用問題,規范危險廢物的收集、貯存、轉移、運輸和處理處置活動，以防止造成新的土壤污染。

Study on The Model of Karst Groundwater Environmental Quality Evaluation

WANG Linlin1LIU Zhifeng2
(1. Shandong Province Environmental Monitoring Center Station, Shandong Jinan 250013; 2. Shandong Province Water Conservancy Project Administration Department, Shandong Jinan 250014)

Based on the character of water chemistry dynamic property, pollution mechanism and hydrogeological condition of karst groundwater system, we established the mathematical model of karst groundwater environmental quality evaluation, using the knowledge of fuzzy mathematics and grey theory. An assessment of karst groundwater environmental quality in the fault zone water source site in Yishan, Xilong River was used to verify this model. The results showed that the groundwater environmental quality was relatively good in most of areas, and bad in some parts; its distribution characteristics had a strong correlation with regional hydrogeological conditions and correlation of recharge and discharge in this water source sites. This solution was the same as that one from another evaluation method of weighted average index, which proved that the establishment of this model is reasonable and the result from this evaluation method is completely reliable.

water environment quality evaluation；degree of attachment；fuzzy comprehensive evaluation

X52

A

1674-6252（2014）02-0022-05

王琳琳，碩士，工程師，研究方向為環境監測與評價.通訊作者：劉志峰，山東省濟南市歷山路127號省水利廳工管局，250013.