兩種方法在農村集中式飲用水質量評價中的應用——以克山縣古城鎮示例

李大勇

(黑龍江省依蘭縣水務局，黑龍江 依蘭 154800)

?

兩種方法在農村集中式飲用水質量評價中的應用——以克山縣古城鎮示例

李大勇

(黑龍江省依蘭縣水務局，黑龍江 依蘭 154800)

摘要：為了確保克山縣古城鎮農村集中式飲水工程水源地的水質符合國家安全標準，文中選取2號長觀井中14個常規檢測因子作為評價指標。采用改進內梅羅指數法和模糊綜合評價法對水質進行分析。兩種方法結果相近，根據《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)評判出超標因子均達到容許限制內，只要對未參評的總大腸桿菌群消毒處理，地下水可以安全飲用；兩種方法在應用上具有可靠性。

關鍵詞：農村飲水；集中式水源地；水質評價；改進內梅羅指數法；模糊綜合評價法

0前言

飲水安全關乎國民群眾身體健康，尤其是偏遠落后的農村，飲水不便攜、水質不達標等問題時有發生。為了解決農村飲水安全，促進區域發展，克山縣興建集中式供水工程。為了能夠讓當地居民飲用安全的地下水，采用適合的綜合評價方法對地下水水質現狀進行分析具有現實意義[1]。

目前，用于地下水水質評價方法很多，如單因子評價法，F值評分法[2]，灰色聚類分析法[3]以及人工神經網絡法[4]等等。然而每種方法都各具優缺點，由于水質分類和指標分類具有模糊性，為避免突出最大污染因素和未考慮權重因素的影響，因此本文選用改進內梅羅指數法和模糊綜合評價法對2號長觀井水樣進行評價，從理論上為集中式飲水控制、規劃、管理提供科學依據。

1水質評價方法

1.1　傳統的內梅羅(Nemerow)指數法

傳統的內梅羅指數法公式：

Fi=Ci/Sij

(1)

式中：i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；Ci為第i種評價因子對應的實測濃度值；Sij為第i種評價因子對應的第j種評價標準的濃度；Fmax為所有Fi中的最大項；n為評價因子的項目數；Pj為第j類標準的內梅羅指綜合污染數。

1.2　改進后的內梅羅(Nemerow)指數法

為避免傳統內梅羅(Nemerow)指數法極突出最大評價因子使評價結果偏高的影響和未考慮權重問題，引入了權重系數代替原始最大值，改進內梅羅指數法公式：

(2)

式中：Fmax為所有Fi中的最大項；F′為權重最大的評價因子對應的F值；P改進為第j種評價標準對應的內梅羅指數。

第i種評價因子權重為:

γi=S最大/Si

(3)

式中：γi為第i種評價因子的相關性比值；Si為各評價因子所對應的評價標準值。S最大為第i種評價因子的最大評價標準值。

1.3　模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學綜合評價法。在模糊數學綜合評價方法的基礎上，可以把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學法對事物或對象各種因素的制約，以進行全面評估的隸屬度理論。

它具有結果清晰、系統性強的特點，可以很好地解決這些模糊和難以量化的問題，能解決不確定性問題。模糊綜合評價法建模主要步驟如下：

1)確定評價因素建立評價集合。選擇評價因素的選擇應該具有代表性性，能夠進行整體的客觀地評價。

2)確定評價集合。通常地下水質量分為5類，即Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類：①Ⅰ類適用于各種用途，主要反映地下水化學組分的天然低背景含量；②Ⅱ類適用于各種用途，主要反映地下水化學組分的天然背景含量；③Ⅲ類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、農業用水，④Ⅳ類以農業和工業用水要求為依據，除適用于農業和部分工業用水外，適當處理后可做生活飲用水；⑤Ⅴ類不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。因此，評價集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

3)數據歸一化處理。數據歸一化處理可按照極大、極小原則確定。

越小越優的指標：

x(i,j)=xmin(j)/x＾(i,j)

(4)

越大越優的指標：

x(i,j)=x＾(i,j)/xmax(j)

(5)

式中：xmin(j)：第j個指標值的最小值；xmax(j)：第j個指標值的最大值；x(i，j)：歸一化后的序列；x＾(i，j)：第i個樣本的第j個特征值。

4)計算各個評價因素的隸屬度，構建模糊關系矩陣(R)。隸屬度的確定是通過隸屬函數的計算，隸屬度函數是用函數分布形態曲線刻畫出來的。不同類別水質隸屬度計算公式為：

第一級水質對應隸屬度函數為：

(6)

第j級水質對應隸屬度函數為：

(7)

最后一級水質對應隸屬度函數為：

(8)

式中：rij代表第i種評價因子對第j級水質的隸屬度；Ai代表第i種評價因子的實測濃度值；Sij代表評價因子的第j級水質標準值。

假設評價因子有x個，地下水級別為y，則可構造x×y階的模糊矩陣R。

(9)

5)確定權重。權重是用來表示各評價因素對整體的影響比重，權值數值與該評價因素對水質影響成正相關。設地下水水質評價因素的實測濃度值為Ai，評價因素的水質標準超標限值為Si，評價因素的權值Wi。運算公式可寫成：

(10)

6)模糊綜合運算。

=(b1,b2,…,bx)

(11)

式中：bx按照最大隸屬度原則確定。

2實例運用

克山縣位于黑龍江省西部、齊齊哈爾地區東北部，是國家重點商品糧基地。全縣幅員0.33 萬 km2，轄6鎮，其中古城鎮位于克山縣西南部，地理坐標E125°，N48°。地勢平坦，土壤肥沃，盛產大豆、小麥等農作物。距縣城15 km2，全鎮土地面積2.1 萬 hm2，其中耕地1.2萬hm2。近年來，隨著農業經濟的快速發展，飲水安全問題嚴重地影響了當地居民生產、生活，制約了經濟的發展。面對此區飲水安全問題，克山縣古城鎮進行了規模化集中式供水工程。為了保障水源地飲水水質安全，水質現狀評價勢在必行。

根據環境監測結果和地方水質特點，選取2號長觀井地下水水質監測數據氨氮、氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽等14項具有針對性和代表性的監測因子作為評價指標，實測數據見表1，其對應評價標準見GB/T14848—93(地下水質量標準)。

表1　各評價因子對應實測濃度值　mg/L

2.1　傳統內梅羅指數法評價地下水水質

結合各類水的特點進而劃分污染等級，內梅羅指數法對應地下水質量分級表見表2。

表2　內梅羅指數法對應地下水質量分級表

文章評價標準選GB/T14848—93《地下水環境質量標準》，以地下水環境質量標準中的Ⅲ類水為基準，并選取14項污染因子進行內梅羅污染綜合指數計算，評價結果見表3。

表3　內梅羅指數法評價結果

2.2　改進內梅羅指數法評價地下水水質

以地下水環境質量標準中的Ⅲ類水為基準計算得到的各評價因子權重值見表4。

從表4中可得到所選14項指標中汞的權重值最大。

改進的內梅羅指數法對應地下水質量分級表見表5。

表5　改進的內梅羅指數法

改進的內梅羅污染綜合指數法計算結果見表6。

表6　改進的內梅羅指數法評價結果

2.3　模糊綜合評價法評價地下水水質

構造14×5模糊矩陣R。

以上結果表明，所分析水樣為Ⅰ類別的可能性為17.2%，Ⅱ類別的可能性為24.4%，Ⅲ類別的可能性為33.8%，Ⅳ類別的可能性為24.6%，Ⅰ類別的可能性為0。按照最大隸屬度原則，水樣的水質為Ⅲ類。

2.4　討論與分析

傳統內梅羅與改進內梅羅評價結果為Ⅳ水，模糊綜合評價結果為Ⅲ類水。三種水質方法評價結果不同但相近，主要由于疊加、均值法等計算無法避免濃度最大的評價因子和權重最大因子導致污染指數高于真實值，但是改進內梅羅指數法考慮了權重比傳統內梅羅指數法更貼近實際。而模糊綜合評價法考慮了水質分級界限過渡性，避免了上述問題發生，評價結果較精確。改進內梅羅指數法能準確表達污染程度，模糊綜合評價更能從整體把握水質情況。通過查閱《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)超標因子均在容許限制內，只要對未參加評價的總大腸桿菌群做適當的消毒處理，水質達到標準可以作為飲水水源。兩者結合評價結果更能全面真實反映區域水質狀況。

3結論

通過上述分析可知，三種方法評價結果相近。傳統內梅羅指數法和改進內梅羅指數法評價結果一致，主要原因是F-、NO2-超標值為Ⅳ類；模糊綜合評價結果為Ⅲ類水。改進后的內梅羅指數法雖然考慮權重影響，但無法避免最大污染因子對其結果的影響；而且模糊綜合評價法評價結果不僅考慮了權重系數，還考慮了級別劃分界限的過渡性問題，結果相對更精確。兩種方法都存在優缺點，在地下水水質評價中值得推廣使用。若想長期飲用地下水，則應當加強水源地保護和定期監測水質等一系列行之有效的保護方案，為工程長期效益和管理提供全面的科學依據。

參考文獻：

[1]吳賢忠.威武市農村飲水安全問題研究[D].西北農林科技大學，2010.

[2]張新鈺，新寶東，劉文臣，等.三種地下水水質評價方法的對比分析[J].水資源與水工程學報，2011，22(03)：113-118.

[3]尹繼娟，梁秀娟，肖長來，等.基于灰色聚類的物元可拓法在地下水水質評價中的應用——以洮南市為例[J].節水灌溉，2012(06)：52-55.

[4]劉娟，蔣兆華，韋軍，等.BP神經網絡在地下水水質評價中的應用[J].水利科技與經濟，2009，15(03)：191-195.

Two Methods' Application in Evaluation of Rural

Centralized Potable Water Quality

——Gucheng Town，Keshan County as the Example

LI Da-yong

(Yilan County Water Affairs Bureau，Yilan 154800，China)

Abstract：In order to ensure the water quality of the water source of rural centralized potable water project to accord with national safety standard in Gucheng Town，Keshan County，14 conventional detection factors in No.2 long view well are selected as the evaluation indexes.The modified Nemero index method and fuzzy comprehensive evaluation method are adopted to analyze the water quality，and both of them are similar in results.According to Drinking Water Sanitary Standard (GB5749—2006)，exceeding factors are evaluated within permissible limits，only to deal with total Escherichia coli un-evaluated，groundwater may be drunk safely，and two methods are reliable in application.

Key words：rural potable water；centralized water source；elevation of water quality；modified Nemero index method；fuzzy comprehensive evaluation method

[作者簡介]李大勇(1978-)，男，黑龍江依蘭人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：X824

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0063-04