改進的AHP方法對鲅魚圈地下水水質(zhì)的分析

常秀紅

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124100)

近年來，國內(nèi)學(xué)者對區(qū)域地下水水質(zhì)的綜合評價已逐步開展，并取得了一些研究成果[1]，但對于不同地區(qū)地下水水質(zhì)的綜合評價結(jié)果不同，而且不同的方法在不同地區(qū)都具有其適用性，地下水是鲅魚圈地區(qū)重要的水資源，對于有效利用鲅魚圈地區(qū)的水資源非常重要，目前，由于人類活動的影響，鲅魚圈地區(qū)的地下水水質(zhì)受到不同程度的影響[2- 3]，結(jié)合地下水采樣點分析的水質(zhì)數(shù)據(jù)，對地下水質(zhì)量進行綜合評價，提出相應(yīng)的保護規(guī)劃措施，因此，本文結(jié)合該區(qū)域的地下水水質(zhì)采樣和分析數(shù)據(jù)，采用改進的AHP水質(zhì)評價方法[4]，分析該方法的適用性，從而對鲅魚圈地區(qū)的地下水水質(zhì)綜合評估，以此來指導(dǎo)鲅魚圈地下水資源綜合利用規(guī)劃。

1 改進的AHP方法原理

評價方法分別為改進的AHP方法和指標分類綜合法兩種，本文主要分析改進的AHP方法原理，該方法結(jié)合指標進行判定，計算方程為：

(1)

在方程中bij表示不同地下水水質(zhì)指標的相對重要度。結(jié)合權(quán)重設(shè)定方程對其指標的權(quán)重進行判定，判定方程為：

(2)

在方程中Ui表示表示為各指標判定矩陣的n次方根。在權(quán)重設(shè)定的基礎(chǔ)上，對其權(quán)重進行檢驗，檢驗方程為：

Ic=(λmax-n)/(n-1)

(3)

在方程中λmax表示為各指標判定的最大特征解，其求解方程為：

(4)

在方程中(Bω)i表示為判定矩陣中各指標的向量特征根，n表示為綜合評價指標的數(shù)目。

在指標判定的基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化排序方式對其指標進行評價決策，決策方程為：

(5)

在方程中xij表示為不同指標下的屬性值；在決策矩陣計算的基礎(chǔ)上，還需對該矩陣進行標準化計算，計算方程為：

(6)

在決策矩陣設(shè)定的基礎(chǔ)上，對其指標進行排序計算，計算方程為：

(7)

2 研究區(qū)概述

魷魚圈的地下水水源地位于營口市西南，面積約190.4km2，西面向海，它屬于沖積平原，統(tǒng)計結(jié)果表明，該地區(qū)年平均氣溫為9.8°C，年平均降水量為632mm，主要集中在6—9月，占全年的73.6%，多年平均水面蒸發(fā)量為978mm，最大蒸發(fā)量集中在5—6月。流經(jīng)該地區(qū)的主要河流為熊岳河和沙河，熊岳河從東向西流經(jīng)楊運、陳屯、九龍地及熊岳4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最后經(jīng)熊岳鎮(zhèn)豫園子村進入渤海[5]。

3 地下水類型及富水性

3.1 松散巖類孔隙水

3.1.1淺層潛水

水量極為豐富區(qū)是分布在二道河至熊岳河口河床階地的含水層[5]，二道河至陳屯的含水層上游的巖性為礫石、卵石和中等粗砂，正紅旗的下游區(qū)域為中等粗砂及中細砂，亞黏土和亞砂土的透鏡體部分夾在含水層中，在垂直方向上，它具有粗細相間的特性，通常中粗砂包含礫石、卵石和中細砂，分布于北起蘆屯南至鑲藍旗歸州一帶，主要由山前的沖積物組成。

水量中等區(qū)的含水層主要分布在歸州地區(qū)和熊岳平原的北鹽廠，歸州的含水層約1m深，鹽廠區(qū)是一個小山前洼地，含水層巖性為粗砂，埋深約3m，水域較差，含水層主要分布在熊岳河支流河谷及其上游中，含水層的埋藏深度小于1m。

3.1.2淺層微承壓水

主要分布在陳家屯段和紅旗鋪段，含水層分布在坡洪積扇裙中，巖性為中粗砂礫，只有1層，頂板埋藏約13m深，裸露的厚度為7m左右，埋深約為6m，紅旗堡段為含水層分布在山前坡洪積扇裙中，巖性為粗砂、細砂和次黏土夾層，含水層可以達到5層，頂板深度約為6m，單層厚度為0.5～1.5m，裸露出約4m的總厚度，埋在3m左右。

3.2 基巖裂隙水

該區(qū)內(nèi)基巖以中生代的侵入巖為主，巖性為各類花崗巖，故主要以塊狀巖類裂隙水為主，由于花崗巖結(jié)構(gòu)緊密，所以其富水性是較差的[6]。區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的泉，其流量大都小于10t/d，只有在斷裂或不同巖性接觸帶處，其流量才可能較大。

3.3 地下水補徑排特征

3.3.1地下水的補給作用

(1)大氣降水的滲入補給

在研究區(qū)域，巖性主要是中粗砂和細粒砂，亞黏土和亞砂土透鏡體被部分夾在中間[7]，大氣降水和入滲條件良好，降水入滲系數(shù)可達0.30～0.35，其他地區(qū)的巖性具有粗細相間的結(jié)構(gòu)特性，它由亞黏土、砂和礫石組成，且屬熊岳平原，地勢較為平坦，地表徑流相對緩慢，降水入滲系數(shù)為0.25～0.30，并由東向西逐漸減小。

(2)河流的補給作用

熊岳河補給地下水是研究區(qū)重要的補給方法之一[8]，研究區(qū)的熊岳河屬于該河的中下游，河床比降下降較小，有利于河水補給地下水。河床的底部相對較厚，直接與含水層接觸。地下水水位與河流水位密切相關(guān)，在大多數(shù)情況下，地下水水位高于河流水位，形成比降補給作用，僅在高水期的某些時期，河水水位高于地下水水位，對地下水形成補給作用[9]。

(3)井灌回歸補給

研究區(qū)有種植很多果樹，而葡萄樹是主要的果木之一，葡萄藤在一年的生長期需要大量的水，當?shù)氐墓r(nóng)使用自己的地下水井進行灌溉，研究區(qū)有很多這樣的井，在井灌高峰時，井灌回歸補給也是該地區(qū)地下水回灌的重要組成部分[10]。

3.3.2地下水徑流

研究區(qū)的徑流方向相對簡單，主要是從東部山前高水位到西部海岸低水位的徑流[11]，水力梯度約為1/1200。

4 研究區(qū)地下水評價

4.1 取樣分析

結(jié)合鲅魚圈地區(qū)地下水采樣點水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)，對主要6種指標1990—2018年的指標濃度變化過程進行分析，分析結(jié)果如圖1所示。

從各項指標的變化趨勢可以看出，從1990—2018年，鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)評價指標中硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度變化不斷增加，砷、氟、總硬度3種指標的濃度呈逐漸變化的趨勢，下降幅度增大。這3個指標的濃度變化下降的主要原因是，

圖1 1990—2018年鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)主要評價指標變化過程

鲅魚圈地區(qū)自2005年以來加強了對地下水水質(zhì)的綜合保護，并控制了地下水中重金屬和氟化物的指標[12]，另外，通過硬水軟化的綜合措施降低了地下水的總硬度指數(shù)，因此這3個指標的濃度呈現(xiàn)出一定的下降趨勢，從圖1中還可以看出，2005年之后，這3個污染指標的濃度都與2005年進行了比較。硫酸鹽、硝酸鹽和鐵的濃度增加主要是由于工業(yè)和家庭用水量的增加，增加了這3個污染指標在地下水中的濃度，但是，從圖1中可以看出，這3個指標在2005年以后，增幅有所下降。

4.2 各指標均值及變異度分析

基于每個指標測定的結(jié)果，分析了不同分區(qū)的濃度平均值和變化系數(shù)。分析結(jié)果見表1。

按照鲅魚圈地區(qū)水資源分區(qū)對其各污染物濃度均值和變異系數(shù)進行分析，從分析結(jié)果可看出，在水資源分區(qū)Ⅱ區(qū)內(nèi)各污染指標濃度最高，這主要是因為這一區(qū)域主要位于地下水開采較為集中的區(qū)域，受地下水開采的影響程度較大，使得其各項污

表1 鲅魚圈地區(qū)各分區(qū)水質(zhì)濃度均值及其變異系數(shù)

染指標的均值和變異系數(shù)高于其他幾個水資源分區(qū)。水資源分區(qū)Ⅰ區(qū)主要位于鲅魚圈的南部區(qū)域，從分析結(jié)果可看出，這一分區(qū)各污染指標濃度均值和變異系數(shù)均好于其他幾個分區(qū)，這主要是因為該分區(qū)為鲅魚圈地區(qū)只要的飲用水源區(qū)，區(qū)域地下水質(zhì)綜合保護程度好于其他分區(qū)，因此地下水質(zhì)狀況也好于其他分區(qū)。水資源分區(qū)Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)主要位于鲅魚圈的東部，從分析結(jié)果可看出，鲅魚圈南部的地下水質(zhì)狀況好于東部。

根據(jù)鲅魚圈地區(qū)水資源分區(qū)，分析各污染物濃度的平均值和變異系數(shù)。從分析結(jié)果可以看出，水資源的Ⅱ區(qū)中各種污染指標的濃度最高，主要是因為該區(qū)域主要位于地下水開采中，濃度較高的區(qū)域受地下水開采的影響更大，這意味著每個污染指數(shù)的變異系數(shù)都高于其他幾個水資源帶。水資源分區(qū)Ⅰ主要位于鲅魚圈南部。從分析結(jié)果可以看出，該分區(qū)中各污染指數(shù)的平均濃度和變異系數(shù)要好于其他分區(qū)。這主要是因為該分區(qū)僅在鲅魚圈需要飲用，水源地區(qū)的地下水水質(zhì)綜合保護程度優(yōu)于其他分區(qū)，因此地下水水質(zhì)也優(yōu)于其他分區(qū)。第一和第三水資源區(qū)主要位于鲅魚圈東部。從分析結(jié)果可以看出，鲅魚圈南部地區(qū)的地下水水質(zhì)優(yōu)于東部地區(qū)。

4.3 評價結(jié)果

該評級方法對其各分區(qū)的水質(zhì)指標進行綜合確定，其中鐵、總硬度、硝酸鹽、硫酸鹽、砷、氟化物的權(quán)重設(shè)定為16%、23%、11%、25%、12%、13%。見表2。

表2 兩種方法地下水水質(zhì)綜合評價結(jié)果

注：1表示為模糊數(shù)學(xué)方法；2表示為改進AHP方法。

從兩種方法的評價結(jié)果可看出，改進的AHP方法更適用于鲅魚圈地區(qū)的地下水質(zhì)綜合評價，這主要是因為該方法可以對指標的進行綜合選優(yōu)，確定各污染評價指標的最優(yōu)權(quán)重值，使得其評價結(jié)果更為合理。

5 結(jié)語

從鲅魚圈地區(qū)地下水水質(zhì)實際評價結(jié)果來看，采用改進的AHP方法更加適合該地區(qū)，但是由于該地區(qū)人類活動較為集中的區(qū)域，其地下水評價等級相對較低，應(yīng)重點加大對鲅魚圈東部地區(qū)地下水質(zhì)的綜合保護措施力度，降低硫酸鹽、硝酸鹽、鐵指標的濃度等，另外在以后的研究中還應(yīng)對各指標權(quán)重進行客觀設(shè)定，以便提高評價結(jié)果的客觀性。