模糊綜合評價法與綜合評價法在礦區(qū)水質評價中的對比研究

胡偉偉,李 婷,馬致遠 ,豆惠萍

(長安大學環(huán)境科學與工程學院,陜西 西安 710054)

水資源問題已成為 21世紀社會發(fā)展的瓶頸問題,我國礦區(qū)水資源浪費嚴重,利用途徑少,利用率低的問題一直是我們想要克服的難題。沒有對礦區(qū)水資源進行合理的水質評價,對其水質進行分類,是導致水資源利用途徑單一和不合理,利用率低的原因。選擇合理、準確、快捷的方法確定地下水水質是提高水資源利用率的先決條件。目前對地下水水質進行評價的常用方法很多,主要是對物理化學參數進行評價的單一參數評價法、指數法、綜合法以及模糊數學綜合評價法,后兩者應用更為廣泛[1～5]。然而對于模糊綜合評價法和綜合評價法同時應用,進行對比研究,對比分析,找出優(yōu)劣的研究卻很少見。本文以評價老虎臺礦區(qū)水質為例,對比分析模糊綜合分析法和綜合分析法的優(yōu)劣。

1 評價方法介紹

1.1 模糊綜合評價法

如果地下水受到污染,應該是各個污染因子共同作用的結果,它是一個連續(xù)、漸變、模糊的復雜過程。針對其模糊性,利用模糊數學的方法去刻畫地下水水質。模糊綜合評價法?？梢苑譃橐韵聨?5個主要步驟:

(1)假設地下有 n相指標要參與地下水水質評價,我們首先可以確定評價的因子集 U={u1,u2,u3,…,un};

(2)地下水水質有 m個等級,便可以確定水質評價的標準集 V={v1,v2,v3,…,vm};

(3)各項評價指標對比各項評價標準確定其隸屬度,隸屬度由隸屬函數來計算。隸屬函數常用下面“降半梯形”函數確定:

式中:r(x)為某評價因子的隸屬度;x為樣品中評價因子實測值;a1、a2為相鄰兩等級的標準值;由隸屬度可以確定模糊矩陣 R。

可以得到水樣中每個評價因子的隸屬度rij。

(4)確定每一種評價因子的權重?？紤]到污染物對水質的影響程度不同,以及多因子間的相互協(xié)同,對它們賦予不同的權重,做出權數分配構成的一個 n維向量,即:A=[W1,W2,…Wn] ,其中利用污染物超標計算各污染因子的權重:

式中:Ci為某因子的實測值;Coi為某因子平均允許濃度值;Wi≥0,i=1,2,…,n;

(5)計算模糊綜合評價矩陣 B。在建立了隸屬度矩陣 R和權重矩陣之后,就可以根據關系矩陣復合運算計算模糊綜合評價矩陣 B=R?A。

1.2 綜合評價法

綜合評價法是我國地下水水質評價中推薦的方法[6]。其評價過程可分為以下 4個步驟:

(1)對各單項組分評價,劃分各組分所屬質量類別。

(2)對各類別按照表 1確定單項組分評價分值 Gi。

(3)計算綜合評價結果 G

式中:n為評價相數;Gmax為單項組分評價結果 Gi中的最大值;G為各個單項組分評價值 Gi的平均值;

表1 單項組分評價表

(4)根據 G值,按照表 2劃分地下水水質。

表2 地下水質量劃分

2 計算實例

本文采用撫順市老虎臺礦區(qū)白堊系礫巖含水層不同深度水質檢測結果(表 3),選取礦化度、硬度、氯離子、硝酸根、氟離子、鐵六個指標為評價因子進行評價計算,評價標準選用《地下水環(huán)境質量標準》[6]。

表3 研究區(qū) 2009年水質檢測結果 mg/L

分別利用模糊綜合評價法和綜合評價法對表 3中不同深度水質進行評價,評價結果見表 4。

3 結果分析與討論

由表 4可以看出,應用不同的評價方法,評價結果存在差異性。

表4 評價結果

綜合評價法 225水樣的水質為Ⅳ類,而應用模糊綜合評價法 225水樣的水質為Ⅲ類。Ⅲ類水以人體健康基準值為依據,主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業(yè)用水。Ⅳ類水以農業(yè)和工業(yè)用水要求為依據,除適用于農業(yè)和部分工業(yè)用水外,適當處理后可作生活飲用水[6]。不難看出不同評價結果給出的不同水質類別其利用途徑差別較大。綜合評價法中由于個別值的原因而導致整體水質類別較低,從而導致不能合理的利用水資源的屬性,因此有一定的不足。模糊綜合評價法能夠綜合考慮到各個因子,以及它們之間的聯系。由水質檢測結果可以看到 225處水樣,只有鐵為Ⅳ類,其余礦化度Ⅱ類,硬度Ⅲ類,氯離子Ⅰ類,硝酸根Ⅰ類,氟離子Ⅰ類。綜合每個因子及其對水質的影響程度將其定位Ⅲ類較為合理。

4 結論

對比綜合評價法通過對老虎臺礦區(qū)水質評價結果表明:模糊綜合評價法與綜合評價法都可以滿足一定精度要求的水質評價,但前者能更加客觀、準確的反映地下水水質情況,從而能夠根據地下水水質拓寬地下水利用途徑,提高水資源利用率,可供其它地區(qū)地下水水質評價借鑒。

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[5]劉偉,陶樹人.模糊綜合評價在煤炭礦業(yè)安全中的應用[J].安全與環(huán)境學報,2005,5(1).

[6]國家技術監(jiān)督局.GB/T 14848-1993,地下水環(huán)境質量標準[S].北京:中國標準出版社,1994.