富灣銀礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

李厚洪，路小強(qiáng)

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

富灣銀礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

李厚洪1，路小強(qiáng)2

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

通過(guò)對(duì)富灣銀礦區(qū)地下水化學(xué)成分的分析，選取了適合該礦區(qū)的14個(gè)指標(biāo)作為本區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)因子，并采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、可拓物元分析法對(duì)本區(qū)地下水質(zhì)量分別進(jìn)行了單方面的評(píng)價(jià)，最后結(jié)合這3種評(píng)價(jià)方法的結(jié)果，綜合評(píng)定該礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量級(jí)別，證明該區(qū)地下水污染嚴(yán)重，并有惡化的趨勢(shì)。

富灣銀礦區(qū);綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法;模糊綜合評(píng)價(jià)法;可拓物元分析法

0 前言

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

區(qū)內(nèi)地表水系主要為西江河，在礦區(qū)東部從北西向南東流過(guò)，水量充沛，流量大。其次是流經(jīng)本區(qū)中部非常年性的長(zhǎng)坑溪流，其水位、流量受降雨和西江水位的控制。區(qū)內(nèi)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(qū)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?guī)r、硅化灰?guī)r等。

本礦區(qū)為一隱伏巖溶類型礦區(qū)，位于高明區(qū)三洲盆地區(qū)域水文地質(zhì)單元東北部的江根村小水文地質(zhì)單元中，通過(guò)對(duì)富灣礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)，獲得區(qū)內(nèi)污染物質(zhì)的含量和分布情況等多項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)今后該地區(qū)環(huán)境污染變化趨勢(shì)、開展礦區(qū)地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)環(huán)境規(guī)劃和管理，以及深入開展環(huán)境生態(tài)和地下水科學(xué)的研究，均具有十分重要的參考價(jià)值。下面根據(jù)富灣銀礦區(qū)的水質(zhì)分析結(jié)果，選取了適合該礦區(qū)的14個(gè)指標(biāo)，結(jié)合3種水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，最后得出該礦區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量級(jí)別[2]。

1 地下水樣水化學(xué)分析結(jié)果

本次進(jìn)行地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)是以生活飲用水為主要用水評(píng)價(jià)目標(biāo)，為今后研究地下水污染的來(lái)源和污染途徑，也為改造地下水、防止水質(zhì)惡化和制定水資源政策提供科學(xué)依據(jù)，所以選取了地下水常見的污染物作為評(píng)價(jià)因子[3]。為了查明礦區(qū)不同含水層的水化學(xué)性質(zhì)和彼此之間的水力聯(lián)系，本次研究采集了多件不同類型的地下水樣進(jìn)行水化學(xué)分析，以SH2水樣多件為例，結(jié)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(biāo)

2 綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是利用水體水質(zhì)的物理、化學(xué)參數(shù)的污染物濃度值，通過(guò)數(shù)學(xué)處理，得出1個(gè)較簡(jiǎn)單的相對(duì)數(shù)值，用以反映水體的污染程度。綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法表示多項(xiàng)評(píng)價(jià)因子對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的綜合影響的程度，以單指數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)各種數(shù)學(xué)關(guān)系式綜合求得的，是對(duì)整體水質(zhì)量做出定量描述，當(dāng)檢測(cè)項(xiàng)目、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠時(shí)，綜合評(píng)價(jià)基本是可以反映水體污染程度的[4]。

(1)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)以地下水水質(zhì)調(diào)查分析資料或水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—93)對(duì)地下水質(zhì)量分類指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分各單項(xiàng)組分所屬質(zhì)量類別，見表2。

表2 地下水質(zhì)量分類指標(biāo)

(2)對(duì)各類別按質(zhì)量類別表2分別確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi，見表3。

表3 單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)Fi取值

(3)按下列公式計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值F:

Fmax——單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi中的最大值;

F——綜合評(píng)價(jià)分值;

n——項(xiàng)數(shù)。

根據(jù)F值，劃分地下水質(zhì)量級(jí)別，見表4。

表4 地下水質(zhì)量分級(jí)

(4)根據(jù)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)過(guò)程表5，最后得出地下水各單項(xiàng)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，見表6、表7。

表5 水樣SH2－1綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)過(guò)程

表6 富灣礦區(qū)地下水各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果

表7 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

從表中可知，各類地下水的綜合評(píng)價(jià)分值F為4.31～7.185，大部分地下水質(zhì)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(yán)重;第四系(Q)孔隙水含水層中的地下水總體質(zhì)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(dòng)及牲畜影響，已產(chǎn)生輕度生物有機(jī)質(zhì)污染，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

地下水質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本步驟為:

(1) 建立評(píng)價(jià)集:V={V1，V2，V3，V4，V5}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，V}，建立參評(píng)要素，本文選取14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，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(gòu)造隸屬函數(shù)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(gè)水樣中某一污染因子i的實(shí)測(cè)值為xki，其j級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為aij。

(3)構(gòu)造關(guān)系矩陣。利用隸屬函數(shù)求得各評(píng)價(jià)因子i對(duì)水質(zhì)量級(jí)別j的隸屬度rij，構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣。

(4)權(quán)重的確立。權(quán)重是在多種評(píng)價(jià)因子綜合時(shí)，對(duì)每個(gè)因子具有權(quán)衡輕重作用的一種數(shù)值，反映出不同評(píng)價(jià)因子之間重要性的差異。

(5)模糊計(jì)算。對(duì)A，R 2個(gè)集合進(jìn)行模糊計(jì)算，計(jì)算方式采用加權(quán)平均型，B=A·R。

(6)類別的判定。在計(jì)算出模糊子集之后，按最大隸屬原則確定某樣本的水質(zhì)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(zhì)類別。

同樣以SH2的水樣號(hào)為例，模糊綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見表8。

表8 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

4 可拓物元分析法

可拓物元分析法是根據(jù)各級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)建立經(jīng)典域物元矩陣，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)值建立節(jié)域物元矩陣，然后建立各污染指標(biāo)對(duì)不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的關(guān)聯(lián)函數(shù)，取關(guān)聯(lián)度最大值對(duì)應(yīng)級(jí)別即為所評(píng)價(jià)水質(zhì)級(jí)別[6]。物元是描述事物的基本元素，用1個(gè)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(guān)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(chǔ)上的評(píng)價(jià)方法。這種評(píng)價(jià)方法不僅能從數(shù)量上反映被評(píng)價(jià)對(duì)象本身存在狀態(tài)的所屬程度，更能從數(shù)量上刻畫何時(shí)為此性態(tài)與彼性態(tài)的分界，這便是可拓集合的零界。

(1)確定經(jīng)典域:

其中Nj表示所劃分的j個(gè)等級(jí)。

(2)確定節(jié)域:

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

(3)確定待評(píng)物元R:

其中，Px表示待評(píng)物元(待評(píng)區(qū)域)的全體，Ci的含義同上，vi為P關(guān)于Ci所具有的具體量值，即指標(biāo)Ci的具體數(shù)據(jù)。

(4)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于各類別等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)vi關(guān)于各類別等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度可由下式計(jì)算求得:

(5)計(jì)算待評(píng)物元關(guān)于各類別等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。待評(píng)物元P關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度為:

式中:Wi為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。

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

則稱t*為p的等級(jí)變量特征值。

通過(guò)上述幾個(gè)評(píng)價(jià)步驟，同樣以SH2為例，最后得出SH2水樣的評(píng)定等級(jí)，見表9。

表9 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量可拓物元分析法評(píng)價(jià)結(jié)果

5 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合3種水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的優(yōu)劣，其各有側(cè)重點(diǎn)，同樣也各有不足，為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀、更合理，本文綜合3種方法的結(jié)果來(lái)最終確定本區(qū)地下水的水質(zhì)量等級(jí)，見表10。

表10 礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從表10中評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，該地區(qū)的地下水質(zhì)量多為III到IV類，局部達(dá)到V類，說(shuō)明該區(qū)的地下水污染較嚴(yán)重，并有惡化的趨勢(shì)。該區(qū)的地下水均不能直接作為生活飲水，為保證本區(qū)地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，保護(hù)地下水環(huán)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(qū)水、工、環(huán)地質(zhì)勘探報(bào)告[R].江門:廣東省地質(zhì)局七五七地質(zhì)大隊(duì)，2009.

[2] 欒利香.新汶礦區(qū)地下水水化學(xué)特征及質(zhì)量評(píng)價(jià)[D].濟(jì)南:山東科技大學(xué)，2006.

[3] 李 輝，楊振宏.尾礦區(qū)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].黃金，1998，19(2):47 －49.

[4] 馬成有.地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2009.

[5] 薛巧英.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的比較分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2004，30(124):64 －67.

[6] 謝 武，王 旭.物元分析法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)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(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)研究，Email:lihouhong757@163.com。