李大勇

(黑龍江省依蘭縣水務(wù)局，黑龍江 依蘭 154800)

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兩種方法在農(nóng)村集中式飲用水質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用——以克山縣古城鎮(zhèn)示例

李大勇

(黑龍江省依蘭縣水務(wù)局，黑龍江 依蘭 154800)

摘要：為了確?？松娇h古城鎮(zhèn)農(nóng)村集中式飲水工程水源地的水質(zhì)符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)，文中選取2號(hào)長觀井中14個(gè)常規(guī)檢測因子作為評價(jià)指標(biāo)。采用改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法和模糊綜合評價(jià)法對水質(zhì)進(jìn)行分析。兩種方法結(jié)果相近，根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)評判出超標(biāo)因子均達(dá)到容許限制內(nèi)，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(yīng)用上具有可靠性。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村飲水；集中式水源地；水質(zhì)評價(jià)；改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法；模糊綜合評價(jià)法

0前言

飲水安全關(guān)乎國民群眾身體健康，尤其是偏遠(yuǎn)落后的農(nóng)村，飲水不便攜、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題時(shí)有發(fā)生。為了解決農(nóng)村飲水安全，促進(jìn)區(qū)域發(fā)展，克山縣興建集中式供水工程。為了能夠讓當(dāng)?shù)鼐用耧嬘冒踩牡叵滤?，采用適合的綜合評價(jià)方法對地下水水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義[1]。

目前，用于地下水水質(zhì)評價(jià)方法很多，如單因子評價(jià)法，F(xiàn)值評分法[2]，灰色聚類分析法[3]以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[4]等等。然而每種方法都各具優(yōu)缺點(diǎn)，由于水質(zhì)分類和指標(biāo)分類具有模糊性，為避免突出最大污染因素和未考慮權(quán)重因素的影響，因此本文選用改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法和模糊綜合評價(jià)法對2號(hào)長觀井水樣進(jìn)行評價(jià)，從理論上為集中式飲水控制、規(guī)劃、管理提供科學(xué)依據(jù)。

1水質(zhì)評價(jià)方法

1.1　傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法

傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅指數(shù)法公式：

Fi=Ci/Sij

(1)

式中：i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；Ci為第i種評價(jià)因子對應(yīng)的實(shí)測濃度值；Sij為第i種評價(jià)因子對應(yīng)的第j種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的濃度；Fmax為所有Fi中的最大項(xiàng)；n為評價(jià)因子的項(xiàng)目數(shù)；Pj為第j類標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)梅羅指綜合污染數(shù)。

1.2　改進(jìn)后的內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法

為避免傳統(tǒng)內(nèi)梅羅(Nemerow)指數(shù)法極突出最大評價(jià)因子使評價(jià)結(jié)果偏高的影響和未考慮權(quán)重問題，引入了權(quán)重系數(shù)代替原始最大值，改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法公式：

(2)

式中：Fmax為所有Fi中的最大項(xiàng)；F′為權(quán)重最大的評價(jià)因子對應(yīng)的F值；P改進(jìn)為第j種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的內(nèi)梅羅指數(shù)。

第i種評價(jià)因子權(quán)重為:

γi=S最大/Si

(3)

式中：γi為第i種評價(jià)因子的相關(guān)性比值；Si為各評價(jià)因子所對應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。S最大為第i種評價(jià)因子的最大評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3　模糊綜合評價(jià)法

模糊綜合評價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法。在模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，可以把定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)法對事物或?qū)ο蟾鞣N因素的制約，以進(jìn)行全面評估的隸屬度理論。

它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(jià)法建模主要步驟如下：

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

2)確定評價(jià)集合。通常地下水質(zhì)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(xué)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(xué)組分的天然背景含量；③Ⅲ類以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水，④Ⅳ類以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后可做生活飲用水；⑤Ⅴ類不宜飲用，其他用水可根據(jù)使用目的選用。因此，評價(jià)集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

3)數(shù)據(jù)歸一化處理。數(shù)據(jù)歸一化處理可按照極大、極小原則確定。

越小越優(yōu)的指標(biāo)：

x(i,j)=xmin(j)/x＾(i,j)

(4)

越大越優(yōu)的指標(biāo)：

x(i,j)=x＾(i,j)/xmax(j)

(5)

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

4)計(jì)算各個(gè)評價(jià)因素的隸屬度，構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣(R)。隸屬度的確定是通過隸屬函數(shù)的計(jì)算，隸屬度函數(shù)是用函數(shù)分布形態(tài)曲線刻畫出來的。不同類別水質(zhì)隸屬度計(jì)算公式為：

第一級(jí)水質(zhì)對應(yīng)隸屬度函數(shù)為：

(6)

第j級(jí)水質(zhì)對應(yīng)隸屬度函數(shù)為：

(7)

最后一級(jí)水質(zhì)對應(yīng)隸屬度函數(shù)為：

(8)

式中：rij代表第i種評價(jià)因子對第j級(jí)水質(zhì)的隸屬度；Ai代表第i種評價(jià)因子的實(shí)測濃度值；Sij代表評價(jià)因子的第j級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。

假設(shè)評價(jià)因子有x個(gè)，地下水級(jí)別為y，則可構(gòu)造x×y階的模糊矩陣R。

(9)

5)確定權(quán)重。權(quán)重是用來表示各評價(jià)因素對整體的影響比重，權(quán)值數(shù)值與該評價(jià)因素對水質(zhì)影響成正相關(guān)。設(shè)地下水水質(zhì)評價(jià)因素的實(shí)測濃度值為Ai，評價(jià)因素的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)限值為Si，評價(jià)因素的權(quán)值Wi。運(yùn)算公式可寫成：

(10)

6)模糊綜合運(yùn)算。

=(b1,b2,…,bx)

(11)

式中：bx按照最大隸屬度原則確定。

2實(shí)例運(yùn)用

克山縣位于黑龍江省西部、齊齊哈爾地區(qū)東北部，是國家重點(diǎn)商品糧基地。全縣幅員0.33 萬 km2，轄6鎮(zhèn)，其中古城鎮(zhèn)位于克山縣西南部，地理坐標(biāo)E125°，N48°。地勢平坦，土壤肥沃，盛產(chǎn)大豆、小麥等農(nóng)作物。距縣城15 km2，全鎮(zhèn)土地面積2.1 萬 hm2，其中耕地1.2萬hm2。近年來，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，飲水安全問題嚴(yán)重地影響了當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活，制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。面對此區(qū)飲水安全問題，克山縣古城鎮(zhèn)進(jìn)行了規(guī)?；惺焦┧こ?。為了保障水源地飲水水質(zhì)安全，水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)勢在必行。

根據(jù)環(huán)境監(jiān)測結(jié)果和地方水質(zhì)特點(diǎn)，選取2號(hào)長觀井地下水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)氨氮、氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽等14項(xiàng)具有針對性和代表性的監(jiān)測因子作為評價(jià)指標(biāo)，實(shí)測數(shù)據(jù)見表1，其對應(yīng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見GB/T14848—93(地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))。

表1　各評價(jià)因子對應(yīng)實(shí)測濃度值　mg/L

2.1　傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)地下水水質(zhì)

結(jié)合各類水的特點(diǎn)進(jìn)而劃分污染等級(jí)，內(nèi)梅羅指數(shù)法對應(yīng)地下水質(zhì)量分級(jí)表見表2。

表2　內(nèi)梅羅指數(shù)法對應(yīng)地下水質(zhì)量分級(jí)表

文章評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選GB/T14848—93《地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，以地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類水為基準(zhǔn)，并選取14項(xiàng)污染因子進(jìn)行內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)計(jì)算，評價(jià)結(jié)果見表3。

表3　內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)結(jié)果

2.2　改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)地下水水質(zhì)

以地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類水為基準(zhǔn)計(jì)算得到的各評價(jià)因子權(quán)重值見表4。

從表4中可得到所選14項(xiàng)指標(biāo)中汞的權(quán)重值最大。

改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法對應(yīng)地下水質(zhì)量分級(jí)表見表5。

表5　改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法

改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)法計(jì)算結(jié)果見表6。

表6　改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)結(jié)果

2.3　模糊綜合評價(jià)法評價(jià)地下水水質(zhì)

構(gòu)造14×5模糊矩陣R。

以上結(jié)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(zhì)為Ⅲ類。

2.4　討論與分析

傳統(tǒng)內(nèi)梅羅與改進(jìn)內(nèi)梅羅評價(jià)結(jié)果為Ⅳ水，模糊綜合評價(jià)結(jié)果為Ⅲ類水。三種水質(zhì)方法評價(jià)結(jié)果不同但相近，主要由于疊加、均值法等計(jì)算無法避免濃度最大的評價(jià)因子和權(quán)重最大因子導(dǎo)致污染指數(shù)高于真實(shí)值，但是改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法考慮了權(quán)重比傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法更貼近實(shí)際。而模糊綜合評價(jià)法考慮了水質(zhì)分級(jí)界限過渡性，避免了上述問題發(fā)生，評價(jià)結(jié)果較精確。改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法能準(zhǔn)確表達(dá)污染程度，模糊綜合評價(jià)更能從整體把握水質(zhì)情況。通過查閱《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)超標(biāo)因子均在容許限制內(nèi)，只要對未參加評價(jià)的總大腸桿菌群做適當(dāng)?shù)南咎幚?，水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)可以作為飲水水源。兩者結(jié)合評價(jià)結(jié)果更能全面真實(shí)反映區(qū)域水質(zhì)狀況。

3結(jié)論

通過上述分析可知，三種方法評價(jià)結(jié)果相近。傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法和改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法評價(jià)結(jié)果一致，主要原因是F-、NO2-超標(biāo)值為Ⅳ類；模糊綜合評價(jià)結(jié)果為Ⅲ類水。改進(jìn)后的內(nèi)梅羅指數(shù)法雖然考慮權(quán)重影響，但無法避免最大污染因子對其結(jié)果的影響；而且模糊綜合評價(jià)法評價(jià)結(jié)果不僅考慮了權(quán)重系數(shù)，還考慮了級(jí)別劃分界限的過渡性問題，結(jié)果相對更精確。兩種方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)，在地下水水質(zhì)評價(jià)中值得推廣使用。若想長期飲用地下水，則應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水源地保護(hù)和定期監(jiān)測水質(zhì)等一系列行之有效的保護(hù)方案，為工程長期效益和管理提供全面的科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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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(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0063-04