地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型研究

王琳琳 劉志峰

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，濟(jì)南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟(jì)南 250014)

地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型研究

王琳琳1劉志峰2

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，濟(jì)南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟(jì)南 250014)

該文利用模糊數(shù)學(xué)和灰色理論的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)地下巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)動(dòng)態(tài)特征和污染機(jī)理以及水文地質(zhì)條件自身特點(diǎn)建立了地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型；并驗(yàn)證此模型，對(duì)西龍河嶧山斷層帶水源地的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:該巖溶水系統(tǒng)大部分地區(qū)地下水的環(huán)境質(zhì)量狀況較好,局部地段較差，且地下水環(huán)境質(zhì)量的分布特征與區(qū)域水文地質(zhì)條件及水源地補(bǔ)給排泄關(guān)系具有較好的相關(guān)性。此結(jié)論與運(yùn)用加權(quán)均值型指數(shù)評(píng)價(jià)法得到的結(jié)論相同，這說(shuō)明此模型的建立是合理的，評(píng)價(jià)結(jié)果是完全可靠的。

水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；隸屬度；模糊綜合評(píng)價(jià)

前言

水環(huán)境質(zhì)量既是個(gè)模糊概念也是個(gè)灰色的概念，很多學(xué)者對(duì)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了深入的研究，但目前尚未形成統(tǒng)一確定的數(shù)學(xué)模型［1］；同時(shí)又由于地下巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)動(dòng)態(tài)特征和污染機(jī)理以及水文地質(zhì)條件有其自身的一些特點(diǎn)，情況更加復(fù)雜，因此在地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方面就有很大的研究必要性。作者根據(jù)地下巖溶水的自身特點(diǎn)，把模糊數(shù)學(xué)和灰色理論的相關(guān)知識(shí)相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，采用模糊綜合評(píng)

判法的相關(guān)原理，建立了地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，并用此模型對(duì)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(tǒng)進(jìn)行了水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，得出與實(shí)際情況相符的結(jié)論。

1．地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

1.1 地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量影響因素

經(jīng)過(guò)對(duì)地下巖溶水化學(xué)特征形成及影響機(jī)理分析，影響地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的主要因素為：含水介質(zhì)及巖溶地下水的補(bǔ)給來(lái)源。

（1）地下巖溶水化學(xué)成分主要來(lái)自于含水介質(zhì)中巖石的溶濾作用，含水介質(zhì)所處的條件發(fā)生變化，會(huì)引起水動(dòng)力條件、水壓力條件、溫度條件等變化。從而會(huì)導(dǎo)致溶濾作用變化，故地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量必然會(huì)發(fā)生變化。

（2）補(bǔ)給水源對(duì)地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的影響，工業(yè)污染物同農(nóng)業(yè)及生活污染物隨補(bǔ)給水源一同進(jìn)入地下巖溶水系統(tǒng)，造成水環(huán)境質(zhì)量的變化。

1.2 模型建立

（1）設(shè)影響地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的因子有n個(gè)，構(gòu)成評(píng)價(jià)因素集U，即U={u1，u2，…，un}。根據(jù)巖溶水系統(tǒng)地下水水化學(xué)動(dòng)態(tài)特征和污染機(jī)理以及水文地質(zhì)條件的分析資料［2］，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，決定選取總硬度、CL-、SO42-、NH4+、NO2-、NO3-、Hg、As、F-9項(xiàng)指標(biāo)作為地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子，其中總硬度CL-、SO42-反映了地下水的化學(xué)類型；Hg、As、F-反映了工業(yè)污染對(duì)地下水的影響；其余指標(biāo)反映了農(nóng)業(yè)及生活污染對(duì)地下水的影響。

給定m種不同的評(píng)價(jià)等級(jí)，組成與U相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集V，即V={v1，v2，…，vm}。在U和V給定后其模糊關(guān)系可用模糊矩陣R表示：

模糊矩陣R稱為綜合評(píng)判矩陣，代表了每一個(gè)地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子對(duì)每一級(jí)水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度。

式（1）中：rij表示第i種地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子的數(shù)值，可以被評(píng)為j類環(huán)境質(zhì)量的可能，即i對(duì)j的隸屬度。當(dāng)評(píng)價(jià)因子的數(shù)值不在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，取rij=0。n表示水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)因子數(shù)，i=1，2，3，…，n。m表示水體質(zhì)量級(jí)別數(shù)，j=1，2，3， …，m。rij按式（2）計(jì)算：

式中s(j)表示各水質(zhì)級(jí)別劃分的臨界值。

經(jīng)過(guò)具體分析和計(jì)算，作者認(rèn)為利用層次分析法計(jì)算權(quán)重，是比較符合地下巖溶水環(huán)境實(shí)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(yàn)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(duì)西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848—93）將地下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分為五級(jí)，分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V表示，各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

將表1所列評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)代入式（2）中，計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子隸屬度，結(jié)果如表3所示。

權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表4所示。

根據(jù)上文建立的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)模型和最大隸屬原則，從而得到地下巖溶水環(huán)境質(zhì)

量模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，如表5所示。

2.4 模型驗(yàn)證結(jié)果分析

（1）評(píng)價(jià)結(jié)果表明，西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水系統(tǒng)水環(huán)境質(zhì)量存在3種類別，分別為Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類。這說(shuō)明該巖溶水系統(tǒng)沒(méi)有受到工業(yè)污染，大部分地區(qū)地下水的環(huán)境質(zhì)量狀況較好,只有局部地段較差，存在Ⅳ類水情況。

（2）經(jīng)評(píng)價(jià)可知，W2井和 W3井水樣為Ⅳ類，通過(guò)水樣的隸屬度分析可知，在決定水質(zhì)級(jí)別方面起重要作用的主要因子為NO3-，此因子反映了農(nóng)業(yè)及生活污染對(duì)地下巖溶水的影響，這說(shuō)明在W2井和 W3井附近地下巖溶水受到第四系越流補(bǔ)給的影響較大，受到輕微農(nóng)業(yè)及生活污染。又根據(jù)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(bǔ)給來(lái)源為南部山區(qū)的大氣降水入滲側(cè)向徑流補(bǔ)給。

（3）經(jīng)評(píng)價(jià)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(jīng)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(guān)，即水源地西側(cè)和南側(cè)的側(cè)向徑流補(bǔ)給在此相匯，流向轉(zhuǎn)向東北，水力坡度明顯減小，在該井附近形成滯流區(qū)；而根據(jù)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(bǔ)給來(lái)源為西側(cè)地下巖溶水側(cè)向徑流補(bǔ)給。

（4）此結(jié)論與運(yùn)用加權(quán)均值指數(shù)評(píng)價(jià)法得到的結(jié)論[3]相同，這說(shuō)明此模型的建立是合理的，評(píng)價(jià)結(jié)果是完全可靠的。

2．結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用建立的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果正確反映了該巖溶水系統(tǒng)地下水環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況，此數(shù)學(xué)模型的建立將對(duì)今后的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)工作產(chǎn)生較大的影響。

[1] 朱雷，陳威. 模糊綜合指數(shù)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001：23（8）.

[2] 卜華. 鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[J].山東地質(zhì)，2000：16（1）.

[3] 林洪孝. 兗礦集團(tuán)國(guó)宏化工公司西龍河嶧山斷層帶水源地供水水文地質(zhì)詳查報(bào)告[M]. 課題報(bào)告，66-72.

全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)正式公布

環(huán)境保護(hù)部有關(guān)負(fù)責(zé)人近日向媒體通報(bào)，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布了全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)。

這位負(fù)責(zé)人說(shuō)，根據(jù)國(guó)務(wù)院決定，2005年4月至2013年12月，環(huán)境保護(hù)部會(huì)同國(guó)土資源部開(kāi)展了首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問(wèn)題突出。全國(guó)土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)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(diǎn)位超標(biāo)率分別為19.4%、10.0%、10.4%。從污染類型看，以無(wú)機(jī)型為主，有機(jī)型次之，復(fù)合型污染比重較小，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%。從污染物超標(biāo)情況看，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無(wú)機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)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(huán)芳烴3類有機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為0.5%、1.9%、1.4%。

面對(duì)嚴(yán)峻的土壤環(huán)境形勢(shì)，國(guó)家正在或?qū)⒁扇∫幌盗写胧┘訌?qiáng)土壤環(huán)境保護(hù)和污染治理，堅(jiān)決向土壤污染宣戰(zhàn)。一是編制土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃。根據(jù)國(guó)務(wù)院部署，環(huán)境保護(hù)部正在會(huì)同有關(guān)部門(mén)抓緊編制土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃，總的思路是：以保障農(nóng)產(chǎn)品安全和人居環(huán)境健康為出發(fā)點(diǎn)，以法制建設(shè)為基礎(chǔ)，堅(jiān)持源頭嚴(yán)控，實(shí)行分級(jí)分類管理，強(qiáng)化科技支撐，發(fā)揮市場(chǎng)作用，引導(dǎo)公眾參與。二是加快推進(jìn)土壤環(huán)境保護(hù)立法進(jìn)程。十二屆全國(guó)人大常委會(huì)已將土壤環(huán)境保護(hù)列入立法規(guī)劃第一類項(xiàng)目。環(huán)境保護(hù)部會(huì)同相關(guān)部門(mén)成立了土壤環(huán)境保護(hù)法規(guī)起草工作領(lǐng)導(dǎo)小組、工作組以及相應(yīng)的專家組。經(jīng)過(guò)近兩年的努力，目前已初步形成法律草案。三是進(jìn)一步開(kāi)展土壤污染狀況詳查工作。在本次土壤污染狀況調(diào)查基礎(chǔ)上，環(huán)境保護(hù)部將會(huì)同財(cái)政部、國(guó)土資源部、農(nóng)業(yè)部、衛(wèi)生計(jì)生委等部門(mén)組織開(kāi)展土壤污染狀況詳查，進(jìn)一步摸清土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。四是實(shí)施土壤修復(fù)工程。國(guó)家將在典型地區(qū)組織開(kāi)展土壤污染治理試點(diǎn)示范，逐步建立土壤污染治理修復(fù)技術(shù)體系，有計(jì)劃、分步驟地推進(jìn)土壤污染治理修復(fù)。五是加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)管。國(guó)家將強(qiáng)化土壤環(huán)境監(jiān)管職能，建立土壤污染責(zé)任終身追究機(jī)制；加強(qiáng)對(duì)涉重金屬企業(yè)廢水、廢氣、廢渣等處理情況的監(jiān)督檢查，嚴(yán)格管控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的農(nóng)業(yè)投入品亂用、濫用問(wèn)題,規(guī)范危險(xiǎn)廢物的收集、貯存、轉(zhuǎn)移、運(yùn)輸和處理處置活動(dòng)，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?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià).通訊作者：劉志峰，山東省濟(jì)南市歷山路127號(hào)省水利廳工管局，250013.