地下水环境质量评价方法研究

http://www.paper.edu.cn - 1 - 地下水环境质量评价方法研究 潘春芳，崔广柏，张浩 河海大学水文水资源学院，南京（210098） E-mail：encndn@yahoo.com.cn 摘 要：地下水是人类主要的饮用水源，具有水流速度缓慢、水量稳定、水质较好等优点，但这也决定了其一旦遭受污染，就会恢复缓慢，甚至造成无法挽回的后果。本文主要针对地下水环境质量评价体系的理论和数学方法进行阐述，从而分析比较各方法的优缺点。笔者认为应根据研究区条件，选择最适合的评价指标和评价方法。 关键词：地下水环境；评价指标体系；评价方法 地下水是水资源的重要组成部分。随着人口的增加和城市的发展，工业废水和生活污水排放量的逐年增多，地表水的严重污染，地下水的严重超采，这些都会对地下水的水质产生不同程度的污染。为了保护和合理开发地下水资源，需要对地下水环境作出可靠的评价。 1. 地下水环境综合评价指标体系 地下水环境评价指标涉及到水质、水量、经济、社会等诸多影响因素。将水质和水量结合考虑，构建一个多层次、多目标的水质、水量综合评价指标体系（如图1），在此基础上建立地下水环境水质水量评价模型，并对研究区域地下水功能区划进行评价和预测，以达到对区域地下水环境进行修复的目的，将是未来地下水环境评价的发展趋势。由于要全面、细致地建立这样一个评价指标体系难度很大，目前国内外对地下水环境质量评价的研究大多侧重于研究其中的某一个方面，建立地下水环境质量评价指标体系或地下水环境水量评价指标体系。 现有的地下水环境质量评价的数学模型很多，对于各单项组分有单因子评价法，对于多种组分有综合评价法[2]、模糊数学评判法[3]、聚类分析法[4]、主成分分析法[5]、集对分析法[6]等。 图 1 地下水环境综合评价指标体系[1] http://www.paper.edu.cn - 2 - 2. 综合评价法 综合评价法模式的特点是以监测数据与评价标准之比作为分指数，然后通过数学综合运算得出一个综合指数，以此代表水体的污染程度，以及进行不同水体的水质比较。指数化综合评价是对整体水质量作出定量描述，只要项目、标准、监测结果可靠，综合评价从总体上看是可以基本反映水体污染的性质和程度的。依据评价模型的不同，可有幂函数型、叠加型、均值型、方根型、几何均数型等[6]，其中常用的内梅罗(Nemerow) 指数法就是方根型的典型代表。 基于内梅罗指数方法，按下式计算地下水水质污染指数： ()()22max//2iijiijaveijxLxLP+= （1） 式中，Pij 为水质污染指数；xi 为水中i评价因子的实测值；Lij 为评价因子i在作为j用途的水质标准，计算时是以国家标准中的Ⅲ类水为标准，进行水质污染指数求取。xi/ Lij为i项所造成的相对污染情况，其值大于1，表明已造成污染；其越小，表示水质越好。这里max和ave是分别对xi/ Lij结果取大和取平均计算。 根据综合评分值Pij，参照《地下水质量标准》（GB/14848-93）按表1确定地下水质量级别。 表 1 水质综合评价分级表 水质级别 (Ⅰ 优) (Ⅱ 良好) (Ⅲ 较好) (Ⅳ 较差) Ⅴ(极差) 综合评价分值 <0.80 0.80～2.5 2.5～4.2 4.2～7.2 >7.2 3. 模糊数学评判法 由于水环境中存在大量不确定性因素，水质级别、分类标准都存在模糊性，因此环境污染及其程度的轻重属于模糊概念[8]，模糊数学法可用于水质综合评价。〕目前，模糊模式识别理论与模型已经在地面水环境评价中得到了较好的应用，本论文将此理论运用到地下水环境质量的评价中。 模糊数学评判可以用数学式来表示：B= A� R ，其中A为权重矩阵，R为模糊关系矩阵，B为评判结果。 3.1 权重矩阵 矩阵A是由参加评价因子的权重经归一化处理得到的一个1×N 阶权重矩阵，它是由各评价因子的权重分配构成的向量，即因子权重模糊向量或权重矩阵。在水质量环境评价中，水质环境要素评价确定权重系数时，如果考虑其评价标准，由于单因子指数在水质评价分指数中的权重与某项因子分级标准无直接关联，因此，可以将国家标准中的五级标准的中间标准或其平均值定义为划分“清洁”与“污染”之间的分界点。此时的权重矩阵可由下式计算得到 ()123455iiiiiiyyyyyy=++...