物元可拓法在吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

趙雪瓊，黃茜蕊，潘少紅

(云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217)

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物元可拓法在吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

趙雪瓊，黃茜蕊，潘少紅

(云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650217)

鑒于呈貢吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)現(xiàn)狀，為了更好地保護(hù)水源地地下水資源，基于物元可拓法建立了包括總硬度、礦化度等評(píng)價(jià)因子的地下水質(zhì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)吳家營(yíng)水源地5個(gè)采樣點(diǎn)地下水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果表明：呈貢吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)較好，評(píng)定等級(jí)在Ⅰ-Ⅲ級(jí)之間，部分區(qū)域水樣水質(zhì)有從Ⅲ級(jí)向Ⅳ級(jí)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，與綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，表明物元可拓法評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)控制和預(yù)防地下水污染、保護(hù)區(qū)域地下水資源具有重要意義。

吳家營(yíng)水源地；地下水；水質(zhì)評(píng)價(jià)；物元可拓法

呈貢吳家營(yíng)水源地是昆明市地下水水源地之一，該水源地建設(shè)于上世紀(jì)90年代初，隨著呈貢新城的建設(shè)，水源地剛好位于其建設(shè)核心地段。在呈貢開(kāi)發(fā)建設(shè)新城的過(guò)程中，城市化程度大幅度提高，人口迅速增加，工農(nóng)業(yè)和生活廢水不可避免地對(duì)區(qū)內(nèi)地下水環(huán)境造成一定影響。因此科學(xué)地進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)控制和預(yù)防地下水污染、保護(hù)地下水資源具有重要意義。地下水質(zhì)評(píng)價(jià)方法常見(jiàn)的有綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊評(píng)價(jià)法、灰色評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法及物元可拓法。由于物元可拓法邏輯性較強(qiáng)，還能揭示出評(píng)價(jià)指標(biāo)級(jí)別的差異及同一級(jí)別轉(zhuǎn)化的方向，因此，本文采用物元可拓法建立了地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 物元可拓法簡(jiǎn)介

物元分析原理于上世紀(jì)80年代由蔡文教授創(chuàng)立[1]，是將物元分析理論與可拓集合方法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法。由于物元可拓法評(píng)價(jià)客觀真實(shí)，能定性區(qū)分出同一等級(jí)樣本水體的轉(zhuǎn)化方向，應(yīng)用物元可拓法評(píng)價(jià)地下水環(huán)境質(zhì)量越來(lái)越廣泛[2-7]。

1.1 矩與關(guān)聯(lián)度函數(shù)

矩是指實(shí)數(shù)軸上任一點(diǎn)Xj與區(qū)Xij=(aij，bij)之間的距離。計(jì)算公式為

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n

(1)

同理，實(shí)數(shù)點(diǎn)Xj與節(jié)域區(qū)間Xρj=(aρj，bρj)之間的矩用如下公式計(jì)算：

(2)

關(guān)聯(lián)函數(shù)k(x)的數(shù)值代表關(guān)聯(lián)度。本次對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)選用的關(guān)聯(lián)函數(shù)如公式(3)所示。

i=1，2，…，m；j=1，2，…，n

(3)

其中：|xij|=|aij-bij|。

1.2 綜合關(guān)聯(lián)度Kj(p)及質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)評(píng)定

綜合關(guān)聯(lián)度是關(guān)聯(lián)度與權(quán)系數(shù)的乘積。

(4)

本次權(quán)系數(shù)采用評(píng)價(jià)因子污染貢獻(xiàn)率方法確定：

(5)

Kj(p)稱(chēng)為評(píng)價(jià)單元p關(guān)于j質(zhì)量的綜合關(guān)聯(lián)度。將各級(jí)關(guān)聯(lián)度Kj(p)進(jìn)行比較，數(shù)值越大的表示越接近標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，綜合關(guān)聯(lián)度最大的級(jí)別就是評(píng)價(jià)最終所屬級(jí)別。

2 物元可拓法應(yīng)用實(shí)例

本次用物元可拓法對(duì)吳家營(yíng)水源地地下水水樣進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。選取2015年10月的統(tǒng)測(cè)資料作為水質(zhì)評(píng)價(jià)樣本，選取SO42-、HCO3-、Ca2+、Fe2+3+、總礦化度(TDS)、總硬度(M)6項(xiàng)指標(biāo)作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)因子，進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。 實(shí)測(cè)各評(píng)價(jià)因子濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。

表1 實(shí)測(cè)濃度數(shù)據(jù)表 mg/L

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)家地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14848- 93。國(guó)家地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含五級(jí), 由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)按某評(píng)價(jià)因子濃度的上限來(lái)劃分等級(jí), 對(duì)第V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)只有下限要求而沒(méi)有上限要求, 而水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的劃分一般都用一個(gè)濃度區(qū)間。 考慮到本次水樣從整體上看沒(méi)有超標(biāo)嚴(yán)重的因子, 為了符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,只采用前四級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定各評(píng)價(jià)因子等級(jí)范圍。本次評(píng)價(jià)選用的評(píng)價(jià)因子的相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

根據(jù)物元分析原理，由表1可得被評(píng)價(jià)樣本的物元矩陣：

由表2可得出水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物元矩陣：

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

由上述樣本物元矩陣、標(biāo)準(zhǔn)物元矩陣及節(jié)域矩陣，通過(guò)(1)，(2)，(3)式計(jì)算樣本中各評(píng)價(jià)因子相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)(5)式計(jì)算各樣本各評(píng)價(jià)因子的權(quán)值見(jiàn)表4。由(4)式計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度，按照等級(jí)評(píng)定方法，綜合關(guān)聯(lián)度最大的級(jí)別就是評(píng)價(jià)最終所屬級(jí)別，評(píng)定各水樣的最終質(zhì)量等級(jí)見(jiàn)表5。由關(guān)聯(lián)函數(shù)的意義，樣本1中綜合關(guān)聯(lián)度最大值為0.274，與1的差距比較大，說(shuō)明樣本1雖然被評(píng)定為Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，但與Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限較為接近，并且綜合關(guān)聯(lián)度中僅次于最大值的是第Ⅰ級(jí)，說(shuō)明樣本水體轉(zhuǎn)化為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)的可能性較大[8]。同理， 樣本 2， 3， 4，5 中的綜合關(guān)聯(lián)度的最大值都不大，說(shuō)明水體質(zhì)量更接近于所評(píng)定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的下限值，其中樣本2與樣本4為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，水質(zhì)較好。樣本 3有向Ⅰ類(lèi)水質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能，樣本5有向Ⅳ類(lèi)水質(zhì)轉(zhuǎn)化的可能。雖然樣本 2， 4 同被評(píng)為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，但從表5中可以看出，各自的最大綜合關(guān)聯(lián)度差異較大。其中，樣本4 的值大于樣本2，說(shuō)明樣本4的水質(zhì)相對(duì)于樣本2稍差一些。

表3 關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果表

表4 樣本各因子權(quán)重計(jì)算結(jié)果表

2.2 綜合評(píng)價(jià)法的驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，采用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)吳家營(yíng)水源地地下水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與物可拓法水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。綜合評(píng)價(jià)法第一進(jìn)行各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)，確定各組分所屬質(zhì)量類(lèi)別；第二分別確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi；第三計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值F；最后根據(jù)綜合分值，劃分地下水水質(zhì)類(lèi)別。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。由表可以看出，兩種評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。

表5 綜合關(guān)聯(lián)度 K j (p )計(jì)算結(jié)果及評(píng)定等級(jí)

表6 兩種評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

物元可拓法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，昆明呈貢吳家營(yíng)水源地地下水質(zhì)較好，評(píng)定等級(jí)在Ⅰ-Ⅲ級(jí)之間。說(shuō)明深部含水層中的地下水質(zhì)較好，滿足飲用水要求。但5號(hào)樣本水質(zhì)與其它樣本水質(zhì)相比，水質(zhì)較差，有向劣質(zhì)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠重視。

物元可拓法與綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，說(shuō)明評(píng)價(jià)結(jié)果可靠。5號(hào)水樣綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果是Ⅳ類(lèi)，與物元可拓法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析，說(shuō)明5號(hào)樣本水質(zhì)較差，需采取措施控制水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

物元可拓法水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型相對(duì)其它 評(píng)價(jià)方法具有邏輯性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果客觀等優(yōu)點(diǎn)。模型不僅可以對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)，確定樣本所屬的水體等級(jí)，而且還可以通過(guò)比較最大綜合關(guān)聯(lián)度，定性分析評(píng)價(jià)樣本水質(zhì)的變化趨勢(shì)，區(qū)分出同一等級(jí)樣本水體的水質(zhì)可能的轉(zhuǎn)化方向。

[1]蔡文.物元分析[M].廣州：廣東高等教育出版社.1987.56-90.

[2]李艷梅.遼河油田地下水水質(zhì)模擬與預(yù)測(cè)[D].吉林大學(xué).2005.

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The application of the matter-element extension method used in Groundwater quality assessment of Wu JiaYing water source field

ZHAO Xue-qiong，HUANG Qian-rui，PAN Shao-hong

(Yunnan Land and Resources Vocational College , Kunming 650217, China)

In view of the present situation of groundwater quality of Wu JiaYing，In order to protect the groundwater resources，Based on matter element extension method, an evaluation model of groundwater quality including total hardness, total dissolved solids and other factors was established. And it is completed comprehensive evaluation of groundwater quality for 5 water sampling points in water source field. Through the calculation of the integrated degree of association, the results show that groundwater quality of water source is good. The index of most area belongs to level Ⅰ-Ⅲ. In some other areas, the groundwater quality is deteriorating from Ⅲ to Ⅳ rank. The evaluation results are consistent with the comprehensive evaluation method, which shows that the evaluation result of the matter element method is reliable.

Groundwater；quality assessment；Matter-Element Analysis

2016-12-14

云南省國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院教師科研基金項(xiàng)目：“昆明吳家營(yíng)水源地地下水水質(zhì)變化調(diào)查分析”(2014YJ12)

趙雪瓊(1985-)，女，云南曲靖人，講師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作。

P641.8

A

1004-1184(2017)02-0011-03