水文地质勘察中的评价方法：采用Ⅰ型综合评价方法

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：当出现上述情况时,应采用Ⅰ型综合评价方法。

9.6.2.1 按GB/T 14848—93《地下水质量标准》中推荐的方法

(1)评价因子。在一般情况下,评价因子为pH值、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发酚、氰化物、砷、汞、铬、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸钾指数、硫酸盐、氯化物等19项。如有特殊的污染项目,可再增加。

(2)评价方法。采用单项组分评价和综合评价相结合的方法。

单项组分评价:按标准所列分类指标,划分为五类,代码和类别代号相同,不同类别标准值相同时,从优不从劣。

例如:地下水中的锰(Mn),其Ⅰ、Ⅱ类水质标准均不大于0.05mg/L,若某水井的监测分析结果为0.04mg/L时,应定为Ⅰ类,而不定为Ⅱ类。

综合评价:采用加附注的评价方法。

评价的具体步骤如下[22]:

1)首先进行各单项组分评价,划分组分所属质量类别,对各类别按表9-8分别确定单项组分评价分值Fi。

2)选用内梅罗指数计算综合评分值F:

表9-8　地下水质量评分表

pagenumber_ebook=194,pagenumber_book=180

式中:n为组分总数;F为各单项组分评分值Fi的平均值;Fmax为单项组分值Fi的最大值。

3)根据PF值按表9-9的规定划分地下水质量级别,再将细菌学指标评价类别注在级别之后。

表9-9　地下水质量评分表(据　唐克旺等,2006)

pagenumber_ebook=194,pagenumber_book=180

应该指出,GB/T 14848—93《地下水质量标准》中推荐的方法是内梅罗指数法,其优点是:①数学过程简捷,运算方便;②物理概念清晰,对于一个评价区,只要计算出它的综合指数,再对照相应的分级标准,便可知道该评价区某环境要素的综合环境质量状况,便于决策者作出综合决策。

但内梅罗指数法存在有很多问题[23]∶①过于突出最大污染因子。由于公式中考虑最大污染因素(Fmax),使参评项目中即使只有一项指标Fi值偏高,而其他指标Fi值均较低也会使综合评分值偏高;②未考虑权重因素,将各污染因子等同对待,任何一项污染因子Fi值偏高都会使综合评分值偏高,而事实上须考虑不同污染因子对环境的毒性、降解难易及去除难易程度等因素。因此同处一个质量级别的不同污染因子的Fi取值应区别对待,即增加权重因素。针对内梅罗指数存在的问题,建议增加权重因素来对指数进行修正。

9.6.2.2 模糊综合评价法

模糊数学又称Fuzzy数学,它本是研究和处理模糊现象的,由德国人Cantor于1965年创立的。目前很多地下水质评价都采用模糊数学法,其原因是:对于某一水样,由于它的水质指标很多,如果按单项组分评价,其不同的指标很可能隶属于不同的水质量的级别,那么对于整个水样,它的质量级别就变成了模糊的事情,需要从多个因素对其进行综合判别,才能提高其评价的科学性和准确性。

下面介绍模糊综合评价的步骤[24]。

(1)建立污染物各单因子指标的集合:

其中的元素Ui(i=1,2,…,n)为影响环境质量的各污染因子的实测值。

(2)建立水质分级标准集合:

其中,元素kj(j=1,2,…,m)为单个污染物所对应的水质分级标准值。

(3)建立模糊关系矩阵R:

在水质评价中,模糊关系矩阵是反映评价因子对各级水隶属度的一种转化关系。可采用“降半梯形”计算隶属度rij(0＜rij＜1),其隶属度的解析式为[24]:

pagenumber_ebook=195,pagenumber_book=181

式中:a1、a2分别代表相邻两级水质的标准值;x为水样品中某评价因子的实测值。依次计算,即可得模糊关系矩阵[24]:

pagenumber_ebook=195,pagenumber_book=181

(4)建立权重模糊矩阵。

先利用污染物浓度超标加权法计算各污染因子的权重[24]:

Wi≥0;i=1,2,…,n

式中:ci为某因子的实测值;c0i为某因子平均允许浓度值。

为了进行模糊变换,Wi值应满足归一化要求,即[24]

pagenumber_ebook=195,pagenumber_book=181

归一化公式为:

pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182

权重模糊矩阵 pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182 是由各污染因子对环境污染的贡献,以及多因子间的相互协同、颉颃作用对环境污染的影响,作出权数分配构成的一个n维行向量(或称行矩阵),即[24]

(5)计算模糊综合评价矩阵 pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182 :

Ⅰ型综合评价时,根据模糊变换原理得:

其中:　

pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182

式中: pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182 为综合评价结果[24]。

Ⅱ型综合评价时,　

其中:　

式中:为综合评价的结果;“∨”为取大值,“∧”为取小值。如果综合评价结果,应将它归一化,就得到归一化的模糊综合评价矩阵:

pagenumber_ebook=196,pagenumber_book=182

其中　

Ⅱ型综合评价由于强调了“取小,取大”,如果中各分量小于中各量,复合结果中各量将全部被筛选掉,使单因素评判失去了作用,结果形成了权数作为评判函数的现象。当出现上述情况时,应采用Ⅰ型综合评价方法。

在环境质量综合指数法中,取各污染因子的权系数值时含有较大的主观性和随意性,同时,对各污染物标准值的取法,也存在着不确定的问题,最后的指数只能说明污染的等级,而不能体现对各等级贡献大小的情况。对模糊综合评价法来说,权系数是由各污染因子对各等级标准的平均值的贡献,同时考虑了每种污染物对不同等级的贡献大小(即隶属程度),最后的结果说明了所有污染物对所有不同等级的贡献大小,而不是某一等级。这就能更客观、更科学地评价水质质量的问题。

如对某地饮用水源地水质监测网点所采集的水样中,取了五个污染物指标进行评价,建立污染物单因子指标集合u={矿化度,总硬度,}。因为这五个因子在这些监测井的水体中污染比较严重,极具代表性,能够较为准确地反映地下水水质和变化特征;另外还由于这五个指标之间没有相关性和包容性,也容易获取,具有科学性、可操作性和可靠性。监测数据见表9-10[24]。