黃耀裔，李志龍，魏 星

(泉州師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，福建 泉州362000)

地下水作為水資源重要組成部分，是生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，對(duì)于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用[1]。同時(shí)地下水是一個(gè)復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)，水質(zhì)優(yōu)劣直接影響到日常生活，對(duì)地下水水質(zhì)狀況科學(xué)的評(píng)價(jià)，不僅能對(duì)地下水的管理及保護(hù)提供有力技術(shù)依據(jù)，同時(shí)能夠促進(jìn)地下水資源發(fā)揮更好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

福建省晉江市地處閩東南沿海，東臨臺(tái)灣海峽，與金門(mén)、臺(tái)灣隔海相望，海岸線長(zhǎng)110多公里，自北而南有泉州灣、深滬灣，圍頭澳和安海灣。地勢(shì)由西北向東南海面傾斜，呈波狀起伏梯級(jí)分布，地貌以丘陵、臺(tái)地、平原三類(lèi)型為主，水資源僅有部分地表水，大部分的來(lái)自于地下水資源。全市擁有各類(lèi)企業(yè)10 000多家，形成紡織服裝、陶瓷建材、制鞋、塑料玩具、食品飲料等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。在工業(yè)企業(yè)的快速發(fā)展的使得地下水過(guò)度開(kāi)采利用造成資源浪費(fèi)。同時(shí)在環(huán)保處理上缺乏有效管理，工廠生產(chǎn)過(guò)程中的大量廢水，部分未經(jīng)過(guò)處理或者處理不完全就隨意排放，導(dǎo)致河溝渠道等水體嚴(yán)重污染。居民生活造成的廢水也沒(méi)有適當(dāng)?shù)奶幚?，任意排放，極度的破壞當(dāng)?shù)氐乃Y源，造成水資源嚴(yán)重緊缺，可用水的質(zhì)量急劇下降。地下水質(zhì)量不僅影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，同時(shí)也影響地下土地資源，在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)和公路道路的建設(shè)上等于是埋藏著一顆定時(shí)炸彈。

地下水含有多種成分，每種成分有著不同作用和存在意義。如何綜合分析關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)綜合性處理分析。模糊數(shù)學(xué)模型法是一種運(yùn)用模糊變換原理分析和評(píng)價(jià)模糊系統(tǒng)的方法，該法能把眾多的因素分為若干層次，從低到高地對(duì)各個(gè)因素做綜合評(píng)價(jià)，最后得出準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。在處理各種難以用精確數(shù)學(xué)方法描述的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題表現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在生態(tài)評(píng)價(jià)[2]、海水入侵[3]、房地產(chǎn)[4]等越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。

1 模糊數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)步驟

1.1 權(quán)重確定

污染貢獻(xiàn)率法是一種動(dòng)態(tài)/變權(quán)法賦權(quán)，在突出主要污染指標(biāo)影響的同時(shí)也考慮單污染指標(biāo)的影響[5]。評(píng)價(jià)正是鑒于該法在確定權(quán)重方面的優(yōu)點(diǎn)，具體確定方法參見(jiàn)公式(1)－(3)。

式中:Ci為第i個(gè)淺層地下水指標(biāo)實(shí)測(cè)濃度值;Si為第i地下水指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)濃度限值;SⅠ－Ⅵ對(duì)應(yīng)地下水指標(biāo)的五個(gè)等級(jí)。

1.2 模糊隸屬度

據(jù)模糊關(guān)系，定義R為模糊判斷矩陣，該矩陣是一種模糊轉(zhuǎn)化關(guān)系，rab是 a個(gè)單指標(biāo)在《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—93)[7]中對(duì)應(yīng)的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，rij表示第 i種污染物的實(shí)測(cè)值被定為第j級(jí)環(huán)境質(zhì)量的可能性，即i對(duì)j的隸屬度。rij的確定見(jiàn)表1。

1.3 模糊數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)

在權(quán)重矩陣W與隸屬關(guān)系矩陣R基礎(chǔ)上建立一定運(yùn)算規(guī)則，得地下水評(píng)價(jià)對(duì)象的與各評(píng)價(jià)等級(jí)模糊綜合隸屬度矩陣Y[6]。用一組行向量形式表示為:

式中:μ(x1)、μ(x2)，…，μ(xj)(j=1，2，3，…，n)為綜合隸屬度;表示為模糊運(yùn)算規(guī)則，采用“取大取小”型[5]，參見(jiàn)公式(5)，該運(yùn)算類(lèi)似于普通矩陣乘法，與矩陣運(yùn)算不同是而該法只比較大小，先取兩數(shù)中最小值，再取兩個(gè)數(shù)中最大值，以此類(lèi)推。運(yùn)算結(jié)果表示地下水等級(jí)的綜合評(píng)價(jià)隸屬度。

根據(jù)綜合隸屬度比較大小，隸屬度最大所等級(jí)即為水質(zhì)點(diǎn)等級(jí)。當(dāng)兩個(gè)等級(jí)數(shù)值相等時(shí)，取較大的R=(rab)=等級(jí)作為水質(zhì)等級(jí)。

表1 隸屬度確定方法

2 晉江市地下水質(zhì)量的模糊評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)際情況選取TH，TDS，SO42－，Cl－，F(xiàn)e，Mn2+，Cu2+，Zn2+，NO2－，NO3－，NH4+、F－，Hg+、Cr6+、HCO3－總共15項(xiàng)評(píng)價(jià)因子。

以SH01號(hào)水樣為計(jì)算范例，先根據(jù)公式(1)－(3)確定污染貢獻(xiàn)率法的權(quán)重 W={0.13，0.11，0.01，0.14，0.01，0.00，0.00，0.01，0.28，0.13，0.03，0.04，0.00，0.00，0.10}。

將地下水根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T1484893》分為Ⅰ－Ⅴ級(jí)，即:對(duì)每個(gè)水質(zhì)點(diǎn)按表1所列分類(lèi)指標(biāo)劃分其所屬水質(zhì)等級(jí)(見(jiàn)表2)。當(dāng)不同等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣。再根據(jù)單項(xiàng)組份確定隸屬關(guān)系矩陣。

表2 地下水單項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

對(duì)權(quán)重矩陣W與隸屬關(guān)系矩陣R根據(jù)公式(4)－(5)計(jì)算各單項(xiàng)因子對(duì)于水質(zhì)等級(jí)的隸屬度，可得到5個(gè)等級(jí)的隸屬度值。如表3所示，SH01號(hào)水樣根據(jù)公式，計(jì)算的綜合隸屬度為 Y=[0.147，0.281，0.281，0，0]，可知第Ⅱ、Ⅲ等級(jí)的隸屬度值均為0.281，且為最大數(shù)值，根據(jù)上述規(guī)則取大，即SH01號(hào)水樣評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。同理計(jì)算出其他采樣點(diǎn)，晉江市的最終評(píng)價(jià)等級(jí)見(jiàn)表4。

表3 SH01號(hào)水樣隸屬度

從表4可知晉江市的水質(zhì)等級(jí)橫跨Ⅰ－Ⅴ所有等級(jí)，但是大多數(shù)地下水水質(zhì)均屬于Ⅱ級(jí)水質(zhì)和Ⅲ級(jí)水質(zhì)，整體處于良好水平。其中第 SH06、SH29、SH54、SH55、SH58、SH59 號(hào)水樣點(diǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果處于Ⅴ或Ⅵ等級(jí)水平(水質(zhì)較差和極差)主要分布于境內(nèi)的東石鎮(zhèn)、陳埭鎮(zhèn)、紫帽鎮(zhèn)、深滬鎮(zhèn)部分區(qū)域，影響其淺層地下水質(zhì)量的超標(biāo)因子主要為 TDS、Mn2+、NO3－、NO2－、NH4+、Cl－，分析沿海海水入侵、原生地質(zhì)條件、工業(yè)農(nóng)業(yè)排放和人類(lèi)生活是造成該區(qū)淺層地下水質(zhì)變差的主要原因。因此，在地下水的開(kāi)采過(guò)程和保護(hù)處理上應(yīng)采取更好的應(yīng)對(duì)策略，對(duì)等級(jí)較好的水質(zhì)要妥善保護(hù)，防止被其他水質(zhì)較差的資源污染和破壞，水質(zhì)較差的區(qū)域，要立即采取改善的策略，尤其是沿海地區(qū)。

表4 晉江市地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

SH40 0.256 0.214 0.043 0 0 ⅠSH41 0.137 0.215 0.215 0 0 ⅢSH42 0.193 0.193 0.15 0.022 0 ⅡSH43 0.204 0.185 0.087 0 0 ⅠSH44 0.137 0.306 0.306 0.011 0 ⅢSH45 0.148 0.145 0 0 0 ⅠSH46 0.194 0.194 0.061 0 0 ⅡSH47 0.232 0.232 0.087 0 0 ⅡSH48 0.25 0.25 0.087 0 0 ⅡSH49 0.138 0.371 0.371 0 0 ⅢSH50 0.175 0.263 0.12 0 0 ⅡSH51 0.227 0.302 0 0 0 ⅡSH52 0.237 0.32 0.02 0 0 ⅡSH53 0.194 0.2 0.317 0 0 ⅢSH54 0.062 0.124 0.124 0 0.527 ⅤSH55 0.063 0.052 0 0 0.714 ⅤSH56 0.177 0.281 0.08 0 0 ⅡSH57 0.133 0.253 0.181 0 0 ⅡSH58 0.052 0.086 0.086 0 0.664 ⅤSH59 0.015 0.015 0.137 0.137 0.306 ⅤSH60 0.214 0.195 0.195 0 0Ⅰ

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合等標(biāo)污染率貢獻(xiàn)權(quán)重的模糊數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)法中的“突出主因素型”進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該法不考慮或較少考慮其他次要因素的有效方法，能夠反映客觀實(shí)際，評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)便。評(píng)價(jià)結(jié)果表明境內(nèi)大部分區(qū)域處于地下水分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)水平，說(shuō)明淺層地下水質(zhì)量總體良好。而處于Ⅳ、Ⅴ級(jí)水平(水質(zhì)較差和極差)主要分布于境內(nèi)的東石鎮(zhèn)、陳埭鎮(zhèn)、紫帽鎮(zhèn)、深滬鎮(zhèn)部分區(qū)域，影響其淺層地下水質(zhì)量的超標(biāo)因子主要為 TDS、Mn2+、NO3－、NO2－、NH4+、Cl－，分析沿海海水入侵、原生地質(zhì)條件、工業(yè)農(nóng)業(yè)排放和人類(lèi)生活是造成該區(qū)淺層地下水質(zhì)變差的主要原因。

[1]楊木壯，吳濤，厲艷君.基于模糊綜合評(píng)判的廣州地下水特殊脆弱性評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代地質(zhì).2011，25(4):796 －803.

[2]蔡易潔，張義文，張國(guó)臣.河北省重要自然濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué).2014，25(8):1797 －1980.

[3]涂向陽(yáng)，高學(xué)平.模糊數(shù)學(xué)在海水入侵地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào).2003，(8):63 －67.

[4]郭秀君，馬廣奇.基于模糊數(shù)學(xué)方法的房地產(chǎn)企業(yè)償債能力分析[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí).2014，44(4):85 －90.

[5]蘇建云，黃耀裔.修正的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法在地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用——以福建省晉江市為例[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2014，39(7):78 －85.

[6]厲艷君，楊木壯.地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法綜述[J].地下水.2007，29(5):18－24.

[7]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T14848 －93地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.1994.