清原县浅层地下饮用水模糊综合评价

清原县浅层地下饮用水模糊综合评价

目前，国内外对地下水的水质进行评价的方法有多种。在中国的水质评价中，单一因素评价方法被广泛应用，但该方法只能进行定性评价。综合评价法通常包括综合评价法、模糊数学法、灰色聚类法、主要成分分析法和等级分析法。通过对每个污染指标的相对污染指数进行数学归纳和计算，可以代表水体的污染水平。这些方法可以了解不同水质参数的相对关系，也就是说，通过分析原始数据，我们可以获得水质的主要影响因素和总体情况。该方法可以定性和定量地评估各水质和各水体的相对污染，但不能客观和直观地理解各水质和水质的空间分布特征。MapGis、Sufer绘图软件在原始数据的基础上,通过插值可以客观地模拟研究区饮用水水质空间上的分布特征。1采样点矫正及水质评价清原满族自治县隶属辽宁省抚顺市,位于抚顺市北端,全县面积约4000km2,乡村总人口约26万人。该县年降水量700~850mm,降雨量集中在6、7、8月份,地下水水量不丰,大气降水是主要的补给来源。该县村镇饮用水主要来自于浅层地下水,地下水埋深浅,一般在0.5~6.0m,容易被地表污染物所污染,特别是在汛期,雨量大,冲刷和下渗量大,污染加重。收集清原县行政区划图、利用GPS获得采样点地理坐标;汛期,在清原县村镇布置14个采样点,每个采样点8个检测指标(硝酸盐、高锰酸盐指数、菌落总数、大肠菌群、铁、锰、氟化物、氯化物),对其进行采样,根据《生活饮用水标准检验方法》(GBT5750-2006)中提供的方法对检测指标进行分析。采样点的分析结果见表1。考虑与被评价事物相关的各个因素,对其所进行的综合评价。水质评价中,设原始监测数据集为U,抉择等级集(水质分类标准)为V,通过构建的隶属度函数得出U在V上的隶属度,即得出模糊评价矩阵R;然后运用合适的权重计算方法,得出评价指标在综合评价中的重要程度,即权重A;最后,运用模糊变换原理得出综合评价结果B=A·R,按照最大隶属度原则选择最大的bj所对应的等级vj作为综合评价结果。MapGis软件是一种基于Windows平台的中文智能型软件系统,具有直观实用的动态编辑功能,能方便的进行图形、属性等数据的输入、修饰、校准等;Sufer是一三维图绘制软件,主要用来绘制等高线。通过MapGis软件的输入编辑、文件转换等功能及Sufer软件的白化功能等对研究区生活饮用水水质状况进行类别分区。2评估方法的应用2.1标准程度v根据水质指标对综合评价的影响及隶属函数建立原则,确定模糊评价的隶属函数为:式中:k1、k3、k5、k7分别为分级标准v1与v2、v2与v3、v3与v4、v4与v5之间的临界值;k2、k4、k6分别为分级标准v1与v2、v2与v3、v3与v4之间的中点值,即k2=(k1+k3)/2,k4=(k3+k5)/2,k6=(k5+k7)/2。2.2采样点污染情况根据各隶属函数的取值范围,将各水样的评价指标值分别代入相应的函数计算出各采样点评价指标的隶属度值,见表2。(只列举了2个采样点,由于篇幅有限,其他不再列举。)从各采样点评价指标的隶属度值可以看出各单因子的污染情况:菌落总数超标最严重,均100%属于Ⅴ类水;大肠菌群和铁分别100%、90%以上隶属Ⅳ类水;其他指标除了高锰酸盐有个别属于Ⅳ类水外,均在适合饮用水范围内。由此可以看出,研究区主要的污染物是菌落总数、大肠菌群和铁,符合当地的实际情况。2.3饮用水保护指标和方法采用熵权法计算出采样点评价指标的权重,见表3。由表3可以看出铁的权重最大,其次是菌落总数、大肠菌群和氟化物,其他指标的权重相对很小。饮用水中铁质量分数的变化对水质好坏影响最大,是最为优先控制的污染指标,其次是菌落总数、大肠菌群;本次采样中氟化物虽然没有出现超标现象,但氟化物的权重系数相对较大,其质量分数的变化对水质有一定程度的潜在威胁,需要观测氟化物质量分数的变化。2.4水体质类别由隶属度值和权重依据模糊原理计算出评价结果,见表4。可以看出,有6个采样点水质属于Ⅰ类水,占42.85%,其他属于Ⅳ类水,占57.15%;各个采样点综合评价结果总体上为Ⅰ类或Ⅳ类水。对于研究区,采样点有限,每一个采样点不能完全代表一个乡镇的水质状况。Sufer绘图软件的插值功能根据采样点监测数据和位置客观地模拟研究区地下水的水质状况空间分布,以减少主观因素的影响。地下水水质类别分5类:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类,对其分别赋值1、2、3、4、5,根据综合评价结果由Surfer软件自动绘等值线图,对清原县村镇浅层地下水水质进行分区,如图1所示。等值线≥4.5的为极差水,属于Ⅴ类水;等值线在3.5~4.5之间的区域为Ⅳ类水,水质较差;等值线在2.5~3.5之间的范围为Ⅲ类水,水质较好;等值线在1.5~2.5之间的为Ⅱ类水,水质良好;等值线≤1.5的为Ⅰ类水,水质优良。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水适合于生活饮用。从图1可以看出,评价区域有近1/3面积的浅层地下水不适合生活饮用,主要分布在土口子—枸乃甸—清原镇—大苏河南北向分布的带状区域和南山城一小区域,其他区域均适合饮用;水质状况主要呈南北向带状分布,由西向东水质逐渐变差后变好。清原县浅层地下水埋深很浅,很容易受地表污染物、污水的污染,主要原因有:研究区家禽牲畜的散养、粪便随意的堆弃、简陋的厕所、生活污水的随意排放等,经过雨水冲刷下渗进入浅层地下水,不同程度的提高水质的微生物质量分数,经过时间的累积,污染程度不断加重;需要说明的是铁质量分数高属于内源原因,研究区地下铁矿资源丰富,经过长期的物理化学过程,铁离子进入水体,导致水体铁质量分数升高,影响水质;再加上农村经济条件较差,饮水处理设备简陋或者没有,这样饮用水只是经过简单过滤或者不经任何处理直接饮用。3不同水质主要污染物污染程度在对清原县村镇浅层地下饮用水调查分析的基础上,运用模糊数学综合评价法和MapGis、Surfer绘图软件对清原县浅层地下水水质进行了综合评价,主要结论如下:1)菌落总数均属于Ⅴ类水范围;大肠菌群和铁在Ⅳ类水范围内;其他指标除了高锰酸盐有个别属于Ⅳ类水外,均在适合饮用水范围内。2)水质评价指标铁的权重值最大,对水质影响最强,其次是菌落总数和大肠菌群;菌落总数、大肠菌群和铁是清原