模糊綜合評價(jià)地下水水質(zhì)的研究

林楠力 蔣偉

摘要：隨著煤炭資源的開發(fā)和利用，由于不合理的開采造成水質(zhì)污染嚴(yán)重。未能對礦區(qū)水資源進(jìn)行合理的水質(zhì)評價(jià)，是導(dǎo)致水資源污染且利用率低的一個(gè)原因。為了更好地了解地下水水質(zhì)狀況、提高水資源利用率，本文用模糊集理論進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)對地下水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行正確的綜合評價(jià)，客觀地反映水質(zhì)的實(shí)際狀況。

關(guān)鍵詞：綜合評價(jià)；地下水水質(zhì)；水資源污染

1引言

隨著煤炭資源的開發(fā)和利用，發(fā)展了國民經(jīng)濟(jì)，但也引起了一系列的水質(zhì)污染問題，其中由于不合理的開采造成水質(zhì)嚴(yán)重污染。為了更好地了解地下水水質(zhì)狀況、減輕礦區(qū)地下水質(zhì)污染，提高水資源利用率，首先要對地下水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行正確的綜合評價(jià)，精準(zhǔn)反應(yīng)水質(zhì)狀況。因此用模糊集理論進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)，更能 客觀地反映水質(zhì)的實(shí)際狀況。

根據(jù)水質(zhì)污染程度、水質(zhì)類別都是一些客觀存在的模糊概念和模糊現(xiàn)象，為了更客觀真實(shí)地反映水質(zhì)實(shí)際情況，本文采用模糊集理論進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。

2模糊綜合評價(jià)

考慮到樣品數(shù)量和特征，本文采用模糊評價(jià)法。其中模糊綜合評價(jià)法建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型上，強(qiáng)調(diào)“主因素”的影響，并考慮水質(zhì)界限的模糊性，從而從整體上對地下水質(zhì)量類別做出判斷，評價(jià)結(jié)果可比性強(qiáng)且較具有合理性。

3建立模糊綜合評價(jià)法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)

3.1評價(jià)指標(biāo)選擇

由于礦區(qū)地下水的污染主要由煤礦開采造成，同時(shí)還有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活等方面因素影響，為全面反映礦區(qū)地下水的污染基本情況，對其礦區(qū)實(shí)測的4個(gè)水樣點(diǎn)進(jìn)行毒理學(xué)評價(jià)，選取錳，三氮，氟，總硬度，氯，Ph，礦化度，COD，8個(gè)評因子組成評價(jià)因子集合，建立因子集U=﹛錳，三氮，氟，總硬度，氯，pH，礦化度，COD﹜。

查閱相關(guān)資料后，在考慮區(qū)域本底濃度值的基礎(chǔ)上將該礦區(qū)地下水分為5個(gè)級別，評價(jià)等級分5個(gè)等級，組成水質(zhì)分級集合V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。Ⅰ級主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量，適用于各種用途；Ⅱ級主要反映地下水 化學(xué)組分的天然背景含量，適用于各種用途；Ⅲ級以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生飲用水水源及工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水；Ⅳ級以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水 外，適當(dāng)處理后可作生活飲用水；Ⅴ級不宜飲用，其他用水可根據(jù)使用目的選用。

3.2建立單項(xiàng)因子的隸屬函數(shù)

根據(jù)水質(zhì)模糊綜合評價(jià)是種多因子的評價(jià)，建立單項(xiàng)因子的隸屬函數(shù)，確定隸屬關(guān)系，得出對應(yīng)的隸屬度，是進(jìn)行多因子模糊綜合評價(jià)的基礎(chǔ)。

隸屬函數(shù)的建立過程為，根據(jù)水質(zhì)用途劃分水質(zhì)等級，如分為 m 級，其中，xi為第i個(gè)數(shù)的實(shí)測值，Sij為參數(shù)uj第j 級水質(zhì)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3建立模糊關(guān)系矩陣

按分類組成的單因素評價(jià)矩陣，即

3.4建立評價(jià)因子的權(quán)重矩陣

各水樣中參數(shù)含量高低不同，在進(jìn)行水質(zhì)模糊綜合評價(jià)時(shí)所起的作用也有所差別。因此，在進(jìn)行評價(jià)時(shí)，應(yīng)對各因子賦予權(quán)重。為了更客觀的選擇權(quán)重，采用國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)和主觀分析相結(jié)合的方法來確定權(quán)重。

為了更客觀的選擇權(quán)重，采用國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)和主觀分析相結(jié)合的方法，即根據(jù)水質(zhì)指數(shù)Ci Coi （C i 為實(shí)測值，Co i 國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)）的大小來確定權(quán)重，因?yàn)椴捎蔑嬘盟畼?biāo)準(zhǔn)已經(jīng)考慮了各評價(jià)參數(shù)對人體的危害程度。氰化物不穩(wěn)定，在酸性條件下容易揮發(fā)，在劑量不大的情況下，都是毒性很強(qiáng)的物質(zhì)，其致害作用長且具有可逆性；地下水中氟含量過高，長期飲用可引起氟病的發(fā)生；硬度和礦化度，ph是綜合指標(biāo)，其值過大對人體的危害是很大的。COD、三氮及氯長期過量攝入對人體健康具有潛在的危害。

3.5綜合評判結(jié)果

求評價(jià)結(jié)果是通過W與R復(fù)合運(yùn)算W·R完成的，這實(shí)際上是對各評價(jià)因子進(jìn)行加權(quán)的過程。模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算非常類似普通矩陣的乘法，所不同的是，復(fù)合運(yùn)算在模糊數(shù)學(xué)里是通過模糊算子進(jìn)行的，這里采用的模糊算子是

對于1號水樣點(diǎn)B1=[0.4089，0.0367，0.3846，0.1698，0.0]，隸屬度0.48089對應(yīng)Ⅰ級水，根據(jù)最大的隸屬度原則確定1號水樣點(diǎn)水質(zhì)為Ⅰ級。若在評價(jià)結(jié)果中出現(xiàn)兩個(gè)最大值，采取靠近次大值的那個(gè)最大值來確定級別。同樣的方法可得到2，3，4號水樣的級別。

4結(jié)束語

在模糊綜合評判在礦區(qū)地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用中，礦區(qū)地下水質(zhì)優(yōu)劣的邊界并不十分明顯，評價(jià)時(shí)很難將其歸于某個(gè)類別，于是我們先選擇出評價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣的指標(biāo)，再單個(gè)因素進(jìn)行評價(jià)，然后對所有因素進(jìn)行綜合模糊評價(jià)，防止遺漏任何統(tǒng)計(jì)信息和信息的中途損失，更加客觀真實(shí)。從模糊綜合評判方法在礦區(qū)地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用得評價(jià)結(jié)果合理、可信。該方法減少了人為因素的干擾，取得了滿意的效果。在模糊綜合評判在礦區(qū)地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用中可見，關(guān)鍵在于評價(jià)因子的選擇，主觀性很強(qiáng)，對操作者的專業(yè)素質(zhì)要求很高。

作者簡介：林楠力（1998-），四川人，本科生；

蔣偉（1982-），重慶人，副教授，研究方向：數(shù)學(xué)建模與圖像處理。