模糊綜合評(píng)價(jià)法與綜合評(píng)價(jià)法在礦區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)中的對(duì)比研究

胡偉偉,李 婷,馬致遠(yuǎn) ,豆惠萍

(長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054)

水資源問(wèn)題已成為 21世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題,我國(guó)礦區(qū)水資源浪費(fèi)嚴(yán)重,利用途徑少,利用率低的問(wèn)題一直是我們想要克服的難題。沒(méi)有對(duì)礦區(qū)水資源進(jìn)行合理的水質(zhì)評(píng)價(jià),對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行分類,是導(dǎo)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(zhǔn)確、快捷的方法確定地下水水質(zhì)是提高水資源利用率的先決條件。目前對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的常用方法很多,主要是對(duì)物理化學(xué)參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)的單一參數(shù)評(píng)價(jià)法、指數(shù)法、綜合法以及模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法,后兩者應(yīng)用更為廣泛[1～5]。然而對(duì)于模糊綜合評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法同時(shí)應(yīng)用,進(jìn)行對(duì)比研究,對(duì)比分析,找出優(yōu)劣的研究卻很少見(jiàn)。本文以評(píng)價(jià)老虎臺(tái)礦區(qū)水質(zhì)為例,對(duì)比分析模糊綜合分析法和綜合分析法的優(yōu)劣。

1 評(píng)價(jià)方法介紹

1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

如果地下水受到污染,應(yīng)該是各個(gè)污染因子共同作用的結(jié)果,它是一個(gè)連續(xù)、漸變、模糊的復(fù)雜過(guò)程。針對(duì)其模糊性,利用模糊數(shù)學(xué)的方法去刻畫(huà)地下水水質(zhì)。模糊綜合評(píng)價(jià)法常可以分為以下幾 5個(gè)主要步驟:

(1)假設(shè)地下有 n相指標(biāo)要參與地下水水質(zhì)評(píng)價(jià),我們首先可以確定評(píng)價(jià)的因子集 U={u1,u2,u3,…,un};

(2)地下水水質(zhì)有 m個(gè)等級(jí),便可以確定水質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)集 V={v1,v2,v3,…,vm};

(3)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比各項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定其隸屬度,隸屬度由隸屬函數(shù)來(lái)計(jì)算。隸屬函數(shù)常用下面“降半梯形”函數(shù)確定:

式中:r(x)為某評(píng)價(jià)因子的隸屬度;x為樣品中評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值;a1、a2為相鄰兩等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值;由隸屬度可以確定模糊矩陣 R。

可以得到水樣中每個(gè)評(píng)價(jià)因子的隸屬度rij。

(4)確定每一種評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。考慮到污染物對(duì)水質(zhì)的影響程度不同,以及多因子間的相互協(xié)同,對(duì)它們賦予不同的權(quán)重,做出權(quán)數(shù)分配構(gòu)成的一個(gè) n維向量,即:A=[W1,W2,…Wn] ,其中利用污染物超標(biāo)計(jì)算各污染因子的權(quán)重:

式中:Ci為某因子的實(shí)測(cè)值;Coi為某因子平均允許濃度值;Wi≥0,i=1,2,…,n;

(5)計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣 B。在建立了隸屬度矩陣 R和權(quán)重矩陣之后,就可以根據(jù)關(guān)系矩陣復(fù)合運(yùn)算計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣 B=R?A。

1.2 綜合評(píng)價(jià)法

綜合評(píng)價(jià)法是我國(guó)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中推薦的方法[6]。其評(píng)價(jià)過(guò)程可分為以下 4個(gè)步驟:

(1)對(duì)各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià),劃分各組分所屬質(zhì)量類別。

(2)對(duì)各類別按照表 1確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值 Gi。

(3)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果 G

式中:n為評(píng)價(jià)相數(shù);Gmax為單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)結(jié)果 Gi中的最大值;G為各個(gè)單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)值 Gi的平均值;

表1 單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)表

(4)根據(jù) G值,按照表 2劃分地下水水質(zhì)。

表2 地下水質(zhì)量劃分

2 計(jì)算實(shí)例

本文采用撫順市老虎臺(tái)礦區(qū)白堊系礫巖含水層不同深度水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果(表 3),選取礦化度、硬度、氯離子、硝酸根、氟離子、鐵六個(gè)指標(biāo)為評(píng)價(jià)因子進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選用《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[6]。

表3 研究區(qū) 2009年水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果 mg/L

分別利用模糊綜合評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法對(duì)表 3中不同深度水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表 4。

3 結(jié)果分析與討論

由表 4可以看出,應(yīng)用不同的評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異性。

表4 評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合評(píng)價(jià)法 225水樣的水質(zhì)為Ⅳ類,而應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法 225水樣的水質(zhì)為Ⅲ類。Ⅲ類水以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù),主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水。Ⅳ類水以農(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[6]。不難看出不同評(píng)價(jià)結(jié)果給出的不同水質(zhì)類別其利用途徑差別較大。綜合評(píng)價(jià)法中由于個(gè)別值的原因而導(dǎo)致整體水質(zhì)類別較低,從而導(dǎo)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(píng)價(jià)法能夠綜合考慮到各個(gè)因子,以及它們之間的聯(lián)系。由水質(zhì)檢測(cè)結(jié)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(gè)因子及其對(duì)水質(zhì)的影響程度將其定位Ⅲ類較為合理。

4 結(jié)論

對(duì)比綜合評(píng)價(jià)法通過(guò)對(duì)老虎臺(tái)礦區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明:模糊綜合評(píng)價(jià)法與綜合評(píng)價(jià)法都可以滿足一定精度要求的水質(zhì)評(píng)價(jià),但前者能更加客觀、準(zhǔn)確的反映地下水水質(zhì)情況,從而能夠根據(jù)地下水水質(zhì)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(zhì)評(píng)價(jià)借鑒。

[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,張艷紅等.模糊綜合評(píng)價(jià)在地下水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào).2009(01).

[4]尤洋.水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)法及其應(yīng)用研究[D].西安理工大學(xué).2007.

[5]劉偉,陶樹(shù)人.模糊綜合評(píng)價(jià)在煤炭礦業(yè)安全中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2005,5(1).

[6]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 14848-1993,地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1994.