模糊综合评价法与综合评价法在矿区水质评价中的对比研究

胡伟伟,李 婷,马致远 ,豆惠萍

(长安大学环境科学与工程学院,陕西 西安 710054)

水资源问题已成为 21世纪社会发展的瓶颈问题,我国矿区水资源浪费严重,利用途径少,利用率低的问题一直是我们想要克服的难题。没有对矿区水资源进行合理的水质评价,对其水质进行分类,是导致水资源利用途径单一和不合理,利用率低的原因。选择合理、准确、快捷的方法确定地下水水质是提高水资源利用率的先决条件。目前对地下水水质进行评价的常用方法很多,主要是对物理化学参数进行评价的单一参数评价法、指数法、综合法以及模糊数学综合评价法,后两者应用更为广泛[1～5]。然而对于模糊综合评价法和综合评价法同时应用,进行对比研究,对比分析,找出优劣的研究却很少见。本文以评价老虎台矿区水质为例,对比分析模糊综合分析法和综合分析法的优劣。

1 评价方法介绍

1.1 模糊综合评价法

如果地下水受到污染,应该是各个污染因子共同作用的结果,它是一个连续、渐变、模糊的复杂过程。针对其模糊性,利用模糊数学的方法去刻画地下水水质。模糊综合评价法常可以分为以下几 5个主要步骤:

(1)假设地下有 n相指标要参与地下水水质评价,我们首先可以确定评价的因子集 U={u1,u2,u3,…,un};

(2)地下水水质有 m个等级,便可以确定水质评价的标准集 V={v1,v2,v3,…,vm};

(3)各项评价指标对比各项评价标准确定其隶属度,隶属度由隶属函数来计算。隶属函数常用下面“降半梯形”函数确定:

式中:r(x)为某评价因子的隶属度;x为样品中评价因子实测值;a1、a2为相邻两等级的标准值;由隶属度可以确定模糊矩阵 R。

可以得到水样中每个评价因子的隶属度rij。

(4)确定每一种评价因子的权重。考虑到污染物对水质的影响程度不同,以及多因子间的相互协同,对它们赋予不同的权重,做出权数分配构成的一个 n维向量,即:A=[W1,W2,…Wn] ,其中利用污染物超标计算各污染因子的权重:

式中:Ci为某因子的实测值;Coi为某因子平均允许浓度值;Wi≥0,i=1,2,…,n;

(5)计算模糊综合评价矩阵 B。在建立了隶属度矩阵 R和权重矩阵之后,就可以根据关系矩阵复合运算计算模糊综合评价矩阵 B=R⊗A。

1.2 综合评价法

综合评价法是我国地下水水质评价中推荐的方法[6]。其评价过程可分为以下 4个步骤:

(1)对各单项组分评价,划分各组分所属质量类别。

(2)对各类别按照表 1确定单项组分评价分值 Gi。

(3)计算综合评价结果 G

式中:n为评价相数;Gmax为单项组分评价结果 Gi中的最大值;G为各个单项组分评价值 Gi的平均值;

表1 单项组分评价表

(4)根据 G值,按照表 2划分地下水水质。

表2 地下水质量划分

2 计算实例

本文采用抚顺市老虎台矿区白垩系砾岩含水层不同深度水质检测结果(表 3),选取矿化度、硬度、氯离子、硝酸根、氟离子、铁六个指标为评价因子进行评价计算,评价标准选用《地下水环境质量标准》[6]。

表3 研究区 2009年水质检测结果 mg/L

分别利用模糊综合评价法和综合评价法对表 3中不同深度水质进行评价,评价结果见表 4。

3 结果分析与讨论

由表 4可以看出,应用不同的评价方法,评价结果存在差异性。

表4 评价结果

综合评价法 225水样的水质为Ⅳ类,而应用模糊综合评价法 225水样的水质为Ⅲ类。Ⅲ类水以人体健康基准值为依据,主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。Ⅳ类水以农业和工业用水要求为依据,除适用于农业和部分工业用水外,适当处理后可作生活饮用水[6]。不难看出不同评价结果给出的不同水质类别其利用途径差别较大。综合评价法中由于个别值的原因而导致整体水质类别较低,从而导致不能合理的利用水资源的属性,因此有一定的不足。模糊综合评价法能够综合考虑到各个因子,以及它们之间的联系。由水质检测结果可以看到 225处水样,只有铁为Ⅳ类,其余矿化度Ⅱ类,硬度Ⅲ类,氯离子Ⅰ类,硝酸根Ⅰ类,氟离子Ⅰ类。综合每个因子及其对水质的影响程度将其定位Ⅲ类较为合理。

4 结论

对比综合评价法通过对老虎台矿区水质评价结果表明:模糊综合评价法与综合评价法都可以满足一定精度要求的水质评价,但前者能更加客观、准确的反映地下水水质情况,从而能够根据地下水水质拓宽地下水利用途径,提高水资源利用率,可供其它地区地下水水质评价借鉴。

[1]Sasikumar K,Mujumdar P P.Fuzzy Optim ization Model for Water Quality Management of a River System[J].Jou rnal of Water Resources Planning and M anagement,1998,124(2).

[2]Kunwar P Singh,Am rita Malik,etc.Multivariate Statistical Techniques for the Evaluation of Spatial anD Temporal Variations in Water Quality of Gom ti River(India):A Case Study[J].Water Research,2004,38(18).

[3]彭小金,张艳红等.模糊综合评价在地下水质评价中的应用[J].河南水利与南水北调.2009(01).

[4]尤洋.水质综合评价法及其应用研究[D].西安理工大学.2007.

[5]刘伟,陶树人.模糊综合评价在煤炭矿业安全中的应用[J].安全与环境学报,2005,5(1).

[6]国家技术监督局.GB/T 14848-1993,地下水环境质量标准[S].北京:中国标准出版社,1994.