辽宁省地下水水质综合评价及方法研究

朱茂森，李嘉琳

（1.辽宁省水文局，辽宁沈阳110003；2.沈阳市第三十一中学，辽宁沈阳110021）

辽宁省地下水水质综合评价及方法研究

朱茂森1，李嘉琳2

（1.辽宁省水文局，辽宁沈阳110003；2.沈阳市第三十一中学，辽宁沈阳110021）

文中分别采用单因子评价法、F值评价法和基于Excel VBA的模糊综合评价法对2015年辽宁省126处地下水水质监测点21项水质参数进行评价，对评价结果进行对比分析。不同的评价方法得出的评价结果不完全相同，模糊综合评价法的评价结果能更客观、科学地反映实际水质情况。

单因子评价；F值法；VBA；模糊综合评价；地下水；水质综合评价；辽宁省

地下水是水资源的重要组成部分，是我国许多城市的重要供水水源。特别是在北方地区，地下水在城市总供水量中占有较大的比重，平均可达到49%，而用于居民供水的比重高达76%[1]。随着社会经济的发展，地下水环境质量日益恶化，《2015年中国环境状况公报》显示全国5 118个地下水水质监测点中，较差级的监测点占42.5%，极差级占18.8%[2]。

地下水水质评价是地下水资源保护的重要内容，通过对地下水水化学资料的分析，可以科学地评价区域地下水体的质量状况[3]。而地下水水质评价的客观与否，很大程度上取决于评价方法是否科学合理。下面分别采用单因子评价法、F值评价法和基于Excel VBA的模糊综合评价法对2015年辽宁省126处地下水水质监测点21项水质参数进行评价，并对评价结果进行对比分析。

1 监测点分布及监测项目

2015年辽宁省地下水水质监测点共126处，主要分布在辽宁省中部平原区。水质监测项目包括总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、铁、锰、挥发酚、高锰酸盐指数、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、镉、六价铬、铅、铜、硒，共21项影响地下水水质类别的主要因子。

2 评价方法

2.1 单因子评价法

单因子评价法是将评价对象的实测结果与其相对应的评价标准进行比较，得出水质类别的方法[4]。地下水水质评价时将地下水中各监测项目的实测值分别与GB/T14848-93《地下水质量标准》中各项目的分类级别标准值进行比较，确定水质类别，再从中选择最差级别作为该监测点的水质状况类别。

2.2 F值评价法

F值评价法是GB/T14848-93中推荐使用的综合评价法。该方法首先对水质进行单因子评价，由公式（1）和（2）计算各监测点的综合评价F值。

表1 地下水水质级别判定及赋分标准

2.3 模糊评价法

模糊评价法是根据实际监测数据建立各因子对各级标准的隶属度集，形成隶属矩阵，再把因子权重集与隶属度矩阵相乘，获得一个综合评价集，表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度，反映综合水质级别的模糊性[5]。该方法首先将评价因子模糊化，应用降半梯形分布法建立隶属度函数[6]，计算公式如下：

1）当Ci属于第Ⅰ等级的隶属程度

2）当Ci属于第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等级的隶属程度

3）当Ci属于第Ⅴ等级的隶属程度

式中：Ci为评价因子实际监测值；Sij为相邻两个水质等级的标准值。

表2 评价因子实际监测值（部分）

表3 评价因子权重值（部分）

然后采取常用的超标污染贡献率法计算各评价因子的权重系数，计算公式见式（6）

式中：Si为第i种因子的标准值；Wi为第i种因子的权重。

采用加权算术平均合成法对上述隶属度矩阵R和权重矩阵W进行模糊复合运算，即普通的“乘与加算子”。根据模糊数学贴近原理及最大隶属度原则判定水质等级[7]。

根据上述计算步骤，通过Excel VBA编写计算程序，各评价因子实际监测值（部分）见表2，各评价因子的权重值（部分）见表3，各监测站点水质等级判断矩阵及评价结果（部分）见表4。

表4 水质评价结果（部分）

3 评价结果分析

分别用单因子评价法、F值评价法和基于Excel VBA的模糊综合评价法对2015年辽宁省地下水水质进行评价，单因子评价结果为：126处监测点中，水质类别为Ⅲ类的有11处，占8.73%；水质类别为Ⅳ类的有36处，占28.57%；水质类别为Ⅴ类的有79处，占62.7%；没有水质类别为Ⅰ类和Ⅱ类的监测点。F值评价结果为：水质类别为Ⅱ类的有11处，占8.73%；水质类别为Ⅳ类有75处，占59.52%；水质类别为Ⅴ类的有40处，占31.75%；没有水质类别为Ⅰ类和Ⅲ类的监测点。模糊综合评价结果为：水质类别为Ⅰ类的有8处，占6.35%；水质类别为Ⅱ类的有12处，占9.52%；水质类别为Ⅲ类的有34处，占26.98%；水质类别为Ⅳ类的有6处，占4.76%；水质类别为Ⅴ类的有66处，占52.38%。主要超标物质为铁、锰、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮，见图1。

图1 评价结果对比分析图

单因子评价和F值评价结果显示辽宁省126处地下水监测点中，仅有11处水质达到Ⅲ类及以上，占比8.73%，其余115处地下水水质为Ⅳ类或Ⅴ类，占比91.27%。而模糊综合评价结果显示，辽宁省126处地下水监测点中，有54处水质达到Ⅲ类及以上，占比42.86%，其余72处为Ⅳ类或Ⅴ类，占比57.14%。模糊综合评价结果与单因子、F值评价结果有明显差异。分析其原因，主要是由于单因子评价是对单个水质指标独立进行评价，因此其评价结果无法全面反映水质的整体状况，可能会导致较大的偏差[8]。F值评价在计算过程中人为划定各评价因子的等级，赋予的分值Fi在一定程度上不能准确地反映水质的真实状况和对标准限值的接近程度，同时F值评价会突出最大污染因子的影响，还会存在F=0.72Fmax的线性关系，进而导致F值法的评价结果缺失Ⅲ类水[9]。

4 结语

单因子评价法能直观地反映超标项目，但无法综合判定整体水质类别，评价出的水质类别偏劣；F值法可以反映整体水质状况，但会造成评价结果不连续，缺失Ⅲ类水；模糊综合评价与传统的评价方法相比更适应于水质污染级别划分的模糊性，数据更加连续，计算了每个评价因子对各级水质标准的隶属程度，在计算过程中充分考虑了水质分级界线的模糊性，并且考虑了不同评价因子对地下水水质的影响权重，评价结果能更客观、科学地反映水质的实际情况，评价结果更加科学准确。

［1］籍传茂，王兆馨.地下水资源的可持续利用［M］.北京：地质出版社，1999.

［2］王尔德.2015年环境“体检报告”：5118个地下水水质监测点差级占六成［N］.每日经济新闻,2016-6-3（002）.

［3］苏耀明，苏小四.地下水水质评价的现状与展望［J］.水资源保护，2007，23（2）：4—9.

［4］白云鹏，陈永健.常用水环境质量评价方法分析［J］.河北水利，2007（06）：11—12.

［5］单玉芳.模糊综合评价在水环境质量评价中的应用研究［D］.南京：河海大学环境学院，2006.

［6］寇文杰.修正的模糊综合评判法在地下水水质评价中的应用［J］.南水北调与水利科技，2013，11（2）：71—75.

［7］王鸿杰，尤宾,上官宗光.模糊数学分析方法在水环境评价中的应用［J］.水文，2005，25（6）：30—32.

［8］王文强.地下水水质评价方法浅析［J］.地下水，2007，29（6）：37—39.

［9］张晓叶，张永祥，任仲宇，等.不同地下水水质评价方法的比较及实例应用［J］.水资源与水工程学报，2014，25（2）：98—101.

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1002－0624（2017）04－0003－03

2016-08-28