王琳琳 劉志峰

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測中心站，濟南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟南 250014)

地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價模型研究

王琳琳1劉志峰2

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測中心站，濟南 250013；2.山東省水利工程管理局，濟南 250014)

該文利用模糊數(shù)學(xué)和灰色理論的相關(guān)知識，根據(jù)地下巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)動態(tài)特征和污染機理以及水文地質(zhì)條件自身特點建立了地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價數(shù)學(xué)模型；并驗證此模型，對西龍河嶧山斷層帶水源地的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量進行了綜合評價。評價結(jié)果表明:該巖溶水系統(tǒng)大部分地區(qū)地下水的環(huán)境質(zhì)量狀況較好,局部地段較差，且地下水環(huán)境質(zhì)量的分布特征與區(qū)域水文地質(zhì)條件及水源地補給排泄關(guān)系具有較好的相關(guān)性。此結(jié)論與運用加權(quán)均值型指數(shù)評價法得到的結(jié)論相同，這說明此模型的建立是合理的，評價結(jié)果是完全可靠的。

水環(huán)境質(zhì)量評價；隸屬度；模糊綜合評價

前言

水環(huán)境質(zhì)量既是個模糊概念也是個灰色的概念，很多學(xué)者對水環(huán)境質(zhì)量評價進行了深入的研究，但目前尚未形成統(tǒng)一確定的數(shù)學(xué)模型［1］；同時又由于地下巖溶水系統(tǒng)水化學(xué)動態(tài)特征和污染機理以及水文地質(zhì)條件有其自身的一些特點，情況更加復(fù)雜，因此在地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價方面就有很大的研究必要性。作者根據(jù)地下巖溶水的自身特點，把模糊數(shù)學(xué)和灰色理論的相關(guān)知識相結(jié)合，取長補短，采用模糊綜合評

判法的相關(guān)原理，建立了地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價模型，并用此模型對山東省鄒城市的西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水系統(tǒng)進行了水環(huán)境質(zhì)量評價，得出與實際情況相符的結(jié)論。

1．地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價數(shù)學(xué)模型

1.1 地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量影響因素

經(jīng)過對地下巖溶水化學(xué)特征形成及影響機理分析，影響地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的主要因素為：含水介質(zhì)及巖溶地下水的補給來源。

（1）地下巖溶水化學(xué)成分主要來自于含水介質(zhì)中巖石的溶濾作用，含水介質(zhì)所處的條件發(fā)生變化，會引起水動力條件、水壓力條件、溫度條件等變化。從而會導(dǎo)致溶濾作用變化，故地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量必然會發(fā)生變化。

（2）補給水源對地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的影響，工業(yè)污染物同農(nóng)業(yè)及生活污染物隨補給水源一同進入地下巖溶水系統(tǒng)，造成水環(huán)境質(zhì)量的變化。

1.2 模型建立

（1）設(shè)影響地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量的因子有n個，構(gòu)成評價因素集U，即U={u1，u2，…，un}。根據(jù)巖溶水系統(tǒng)地下水水化學(xué)動態(tài)特征和污染機理以及水文地質(zhì)條件的分析資料［2］，經(jīng)過反復(fù)研究，決定選取總硬度、CL-、SO42-、NH4+、NO2-、NO3-、Hg、As、F-9項指標作為地下水環(huán)境質(zhì)量評價因子，其中總硬度CL-、SO42-反映了地下水的化學(xué)類型；Hg、As、F-反映了工業(yè)污染對地下水的影響；其余指標反映了農(nóng)業(yè)及生活污染對地下水的影響。

給定m種不同的評價等級，組成與U相對應(yīng)的評價標準集V，即V={v1，v2，…，vm}。在U和V給定后其模糊關(guān)系可用模糊矩陣R表示：

模糊矩陣R稱為綜合評判矩陣，代表了每一個地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價因子對每一級水體質(zhì)量標準的隸屬程度。

式（1）中：rij表示第i種地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價因子的數(shù)值，可以被評為j類環(huán)境質(zhì)量的可能，即i對j的隸屬度。當(dāng)評價因子的數(shù)值不在標準區(qū)間內(nèi)，取rij=0。n表示水環(huán)境質(zhì)量評價因子數(shù)，i=1，2，3，…，n。m表示水體質(zhì)量級別數(shù)，j=1，2，3， …，m。rij按式（2）計算：

式中s(j)表示各水質(zhì)級別劃分的臨界值。

經(jīng)過具體分析和計算，作者認為利用層次分析法計算權(quán)重，是比較符合地下巖溶水環(huán)境實際情況的。方法為：

ⅰ 將判斷矩陣R每一列歸一化

1.3 模型驗證

利用西龍河嶧山斷層帶水源地W1～W77眼井所

取水樣資料［3］，用該模型對西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價。

參照《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848—93）將地下水質(zhì)標準分為五級，分別以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V表示，各級標準如表2所示。

將表1所列評價因子實測濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)代入式（2）中，計算各項評價因子隸屬度，結(jié)果如表3所示。

權(quán)重計算結(jié)果如表4所示。

根據(jù)上文建立的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評價模型和最大隸屬原則，從而得到地下巖溶水環(huán)境質(zhì)

量模糊綜合評價結(jié)果，如表5所示。

2.4 模型驗證結(jié)果分析

（1）評價結(jié)果表明，西龍河嶧山斷層帶水源地地下巖溶水系統(tǒng)水環(huán)境質(zhì)量存在3種類別，分別為Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類。這說明該巖溶水系統(tǒng)沒有受到工業(yè)污染，大部分地區(qū)地下水的環(huán)境質(zhì)量狀況較好,只有局部地段較差，存在Ⅳ類水情況。

（2）經(jīng)評價可知，W2井和 W3井水樣為Ⅳ類，通過水樣的隸屬度分析可知，在決定水質(zhì)級別方面起重要作用的主要因子為NO3-，此因子反映了農(nóng)業(yè)及生活污染對地下巖溶水的影響，這說明在W2井和 W3井附近地下巖溶水受到第四系越流補給的影響較大，受到輕微農(nóng)業(yè)及生活污染。又根據(jù)總硬度、SO42-濃度、Cl-濃度分析反映了該兩井附近地下巖溶水主要補給來源為南部山區(qū)的大氣降水入滲側(cè)向徑流補給。

（3）經(jīng)評價可知，位于水源地南部的W1井、

W4井、W5井水樣為Ⅲ類，位于水源地西部的W6井、W7井水樣為Ⅱ類。經(jīng)分析，W1井、W4井、W5井水樣總硬度較高，這與它所處的特殊地段有關(guān)，即水源地西側(cè)和南側(cè)的側(cè)向徑流補給在此相匯，流向轉(zhuǎn)向東北，水力坡度明顯減小，在該井附近形成滯流區(qū)；而根據(jù)總硬度、SO42-濃度、Cl-濃度分析，W6井、 W7井附近地下巖溶水主要補給來源為西側(cè)地下巖溶水側(cè)向徑流補給。

（4）此結(jié)論與運用加權(quán)均值指數(shù)評價法得到的結(jié)論[3]相同，這說明此模型的建立是合理的，評價結(jié)果是完全可靠的。

2．結(jié)語

運用建立的地下巖溶水環(huán)境質(zhì)量評價數(shù)學(xué)模型進行評價，結(jié)果正確反映了該巖溶水系統(tǒng)地下水環(huán)境質(zhì)量的實際狀況，此數(shù)學(xué)模型的建立將對今后的水環(huán)境質(zhì)量評價工作產(chǎn)生較大的影響。

[1] 朱雷，陳威. 模糊綜合指數(shù)法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2001：23（8）.

[2] 卜華. 鄒城市雙村巖溶水系統(tǒng)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價[J].山東地質(zhì)，2000：16（1）.

[3] 林洪孝. 兗礦集團國宏化工公司西龍河嶧山斷層帶水源地供水水文地質(zhì)詳查報告[M]. 課題報告，66-72.

全國土壤污染狀況調(diào)查公報正式公布

環(huán)境保護部有關(guān)負責(zé)人近日向媒體通報，環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布了全國土壤污染狀況調(diào)查公報。

這位負責(zé)人說，根據(jù)國務(wù)院決定，2005年4月至2013年12月，環(huán)境保護部會同國土資源部開展了首次全國土壤污染狀況調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。全國土壤總的點位超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。從土地利用類型看，耕地、林地、草地土壤點位超標率分別為19.4%、10.0%、10.4%。從污染類型看，以無機型為主，有機型次之，復(fù)合型污染比重較小，無機污染物超標點位數(shù)占全部超標點位的82.8%。從污染物超標情況看，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；六六六、滴滴涕、多環(huán)芳烴3類有機污染物點位超標率分別為0.5%、1.9%、1.4%。

面對嚴峻的土壤環(huán)境形勢，國家正在或?qū)⒁扇∫幌盗写胧┘訌娡寥拉h(huán)境保護和污染治理，堅決向土壤污染宣戰(zhàn)。一是編制土壤污染防治行動計劃。根據(jù)國務(wù)院部署，環(huán)境保護部正在會同有關(guān)部門抓緊編制土壤污染防治行動計劃，總的思路是：以保障農(nóng)產(chǎn)品安全和人居環(huán)境健康為出發(fā)點，以法制建設(shè)為基礎(chǔ)，堅持源頭嚴控，實行分級分類管理，強化科技支撐，發(fā)揮市場作用，引導(dǎo)公眾參與。二是加快推進土壤環(huán)境保護立法進程。十二屆全國人大常委會已將土壤環(huán)境保護列入立法規(guī)劃第一類項目。環(huán)境保護部會同相關(guān)部門成立了土壤環(huán)境保護法規(guī)起草工作領(lǐng)導(dǎo)小組、工作組以及相應(yīng)的專家組。經(jīng)過近兩年的努力，目前已初步形成法律草案。三是進一步開展土壤污染狀況詳查工作。在本次土壤污染狀況調(diào)查基礎(chǔ)上，環(huán)境保護部將會同財政部、國土資源部、農(nóng)業(yè)部、衛(wèi)生計生委等部門組織開展土壤污染狀況詳查，進一步摸清土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。四是實施土壤修復(fù)工程。國家將在典型地區(qū)組織開展土壤污染治理試點示范，逐步建立土壤污染治理修復(fù)技術(shù)體系，有計劃、分步驟地推進土壤污染治理修復(fù)。五是加強土壤環(huán)境監(jiān)管。國家將強化土壤環(huán)境監(jiān)管職能，建立土壤污染責(zé)任終身追究機制；加強對涉重金屬企業(yè)廢水、廢氣、廢渣等處理情況的監(jiān)督檢查，嚴格管控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的農(nóng)業(yè)投入品亂用、濫用問題,規(guī)范危險廢物的收集、貯存、轉(zhuǎn)移、運輸和處理處置活動，以防止造成新的土壤污染。

Study on The Model of Karst Groundwater Environmental Quality Evaluation

WANG Linlin1LIU Zhifeng2
(1. Shandong Province Environmental Monitoring Center Station, Shandong Jinan 250013; 2. Shandong Province Water Conservancy Project Administration Department, Shandong Jinan 250014)

Based on the character of water chemistry dynamic property, pollution mechanism and hydrogeological condition of karst groundwater system, we established the mathematical model of karst groundwater environmental quality evaluation, using the knowledge of fuzzy mathematics and grey theory. An assessment of karst groundwater environmental quality in the fault zone water source site in Yishan, Xilong River was used to verify this model. The results showed that the groundwater environmental quality was relatively good in most of areas, and bad in some parts; its distribution characteristics had a strong correlation with regional hydrogeological conditions and correlation of recharge and discharge in this water source sites. This solution was the same as that one from another evaluation method of weighted average index, which proved that the establishment of this model is reasonable and the result from this evaluation method is completely reliable.

water environment quality evaluation；degree of attachment；fuzzy comprehensive evaluation

X52

A

1674-6252（2014）02-0022-05

王琳琳，碩士，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測與評價.通訊作者：劉志峰，山東省濟南市歷山路127號省水利廳工管局，250013.