地下岩溶水环境质量评价模型研究

王琳琳 刘志峰

(1.山东省环境监测中心站，济南 250013；2.山东省水利工程管理局，济南 250014)

地下岩溶水环境质量评价模型研究

王琳琳1刘志峰2

(1.山东省环境监测中心站，济南 250013；2.山东省水利工程管理局，济南 250014)

该文利用模糊数学和灰色理论的相关知识，根据地下岩溶水系统水化学动态特征和污染机理以及水文地质条件自身特点建立了地下岩溶水环境质量评价数学模型；并验证此模型，对西龙河峄山断层带水源地的地下岩溶水环境质量进行了综合评价。评价结果表明:该岩溶水系统大部分地区地下水的环境质量状况较好,局部地段较差，且地下水环境质量的分布特征与区域水文地质条件及水源地补给排泄关系具有较好的相关性。此结论与运用加权均值型指数评价法得到的结论相同，这说明此模型的建立是合理的，评价结果是完全可靠的。

水环境质量评价；隶属度；模糊综合评价

前言

水环境质量既是个模糊概念也是个灰色的概念，很多学者对水环境质量评价进行了深入的研究，但目前尚未形成统一确定的数学模型［1］；同时又由于地下岩溶水系统水化学动态特征和污染机理以及水文地质条件有其自身的一些特点，情况更加复杂，因此在地下岩溶水环境质量评价方面就有很大的研究必要性。作者根据地下岩溶水的自身特点，把模糊数学和灰色理论的相关知识相结合，取长补短，采用模糊综合评

判法的相关原理，建立了地下岩溶水环境质量评价模型，并用此模型对山东省邹城市的西龙河峄山断层带水源地地下岩溶水系统进行了水环境质量评价，得出与实际情况相符的结论。

1．地下岩溶水环境质量评价数学模型

1.1 地下岩溶水环境质量影响因素

经过对地下岩溶水化学特征形成及影响机理分析，影响地下岩溶水环境质量的主要因素为：含水介质及岩溶地下水的补给来源。

（1）地下岩溶水化学成分主要来自于含水介质中岩石的溶滤作用，含水介质所处的条件发生变化，会引起水动力条件、水压力条件、温度条件等变化。从而会导致溶滤作用变化，故地下岩溶水环境质量必然会发生变化。

（2）补给水源对地下岩溶水环境质量的影响，工业污染物同农业及生活污染物随补给水源一同进入地下岩溶水系统，造成水环境质量的变化。

1.2 模型建立

（1）设影响地下岩溶水环境质量的因子有n个，构成评价因素集U，即U={u1，u2，…，un}。根据岩溶水系统地下水水化学动态特征和污染机理以及水文地质条件的分析资料［2］，经过反复研究，决定选取总硬度、CL-、SO42-、NH4+、NO2-、NO3-、Hg、As、F-9项指标作为地下水环境质量评价因子，其中总硬度CL-、SO42-反映了地下水的化学类型；Hg、As、F-反映了工业污染对地下水的影响；其余指标反映了农业及生活污染对地下水的影响。

给定m种不同的评价等级，组成与U相对应的评价标准集V，即V={v1，v2，…，vm}。在U和V给定后其模糊关系可用模糊矩阵R表示：

模糊矩阵R称为综合评判矩阵，代表了每一个地下岩溶水环境质量评价因子对每一级水体质量标准的隶属程度。

式（1）中：rij表示第i种地下岩溶水环境质量评价因子的数值，可以被评为j类环境质量的可能，即i对j的隶属度。当评价因子的数值不在标准区间内，取rij=0。n表示水环境质量评价因子数，i=1，2，3，…，n。m表示水体质量级别数，j=1，2，3， …，m。rij按式（2）计算：

式中s(j)表示各水质级别划分的临界值。

经过具体分析和计算，作者认为利用层次分析法计算权重，是比较符合地下岩溶水环境实际情况的。方法为：

ⅰ 将判断矩阵R每一列归一化

1.3 模型验证

利用西龙河峄山断层带水源地W1～W77眼井所

取水样资料［3］，用该模型对西龙河峄山断层带水源地地下岩溶水环境质量进行综合评价。

参照《地下水质量标准》（GB/T 14848—93）将地下水质标准分为五级，分别以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V表示，各级标准如表2所示。

将表1所列评价因子实测浓度监测数据代入式（2）中，计算各项评价因子隶属度，结果如表3所示。

权重计算结果如表4所示。

根据上文建立的地下岩溶水环境质量模糊综合评价模型和最大隶属原则，从而得到地下岩溶水环境质

量模糊综合评价结果，如表5所示。

2.4 模型验证结果分析

（1）评价结果表明，西龙河峄山断层带水源地地下岩溶水系统水环境质量存在3种类别，分别为Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类。这说明该岩溶水系统没有受到工业污染，大部分地区地下水的环境质量状况较好,只有局部地段较差，存在Ⅳ类水情况。

（2）经评价可知，W2井和 W3井水样为Ⅳ类，通过水样的隶属度分析可知，在决定水质级别方面起重要作用的主要因子为NO3-，此因子反映了农业及生活污染对地下岩溶水的影响，这说明在W2井和 W3井附近地下岩溶水受到第四系越流补给的影响较大，受到轻微农业及生活污染。又根据总硬度、SO42-浓度、Cl-浓度分析反映了该两井附近地下岩溶水主要补给来源为南部山区的大气降水入渗侧向径流补给。

（3）经评价可知，位于水源地南部的W1井、

W4井、W5井水样为Ⅲ类，位于水源地西部的W6井、W7井水样为Ⅱ类。经分析，W1井、W4井、W5井水样总硬度较高，这与它所处的特殊地段有关，即水源地西侧和南侧的侧向径流补给在此相汇，流向转向东北，水力坡度明显减小，在该井附近形成滞流区；而根据总硬度、SO42-浓度、Cl-浓度分析，W6井、 W7井附近地下岩溶水主要补给来源为西侧地下岩溶水侧向径流补给。

（4）此结论与运用加权均值指数评价法得到的结论[3]相同，这说明此模型的建立是合理的，评价结果是完全可靠的。

2．结语

运用建立的地下岩溶水环境质量评价数学模型进行评价，结果正确反映了该岩溶水系统地下水环境质量的实际状况，此数学模型的建立将对今后的水环境质量评价工作产生较大的影响。

[1] 朱雷，陈威. 模糊综合指数法在水质评价中的应用[J].武汉理工大学学报，2001：23（8）.

[2] 卜华. 邹城市双村岩溶水系统地下水环境质量现状评价[J].山东地质，2000：16（1）.

[3] 林洪孝. 兖矿集团国宏化工公司西龙河峄山断层带水源地供水水文地质详查报告[M]. 课题报告，66-72.

全国土壤污染状况调查公报正式公布

环境保护部有关负责人近日向媒体通报，环境保护部和国土资源部发布了全国土壤污染状况调查公报。

这位负责人说，根据国务院决定，2005年4月至2013年12月，环境保护部会同国土资源部开展了首次全国土壤污染状况调查。调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。从土地利用类型看，耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。从污染类型看，以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。从污染物超标情况看，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%；六六六、滴滴涕、多环芳烃3类有机污染物点位超标率分别为0.5%、1.9%、1.4%。

面对严峻的土壤环境形势，国家正在或将要采取一系列措施加强土壤环境保护和污染治理，坚决向土壤污染宣战。一是编制土壤污染防治行动计划。根据国务院部署，环境保护部正在会同有关部门抓紧编制土壤污染防治行动计划，总的思路是：以保障农产品安全和人居环境健康为出发点，以法制建设为基础，坚持源头严控，实行分级分类管理，强化科技支撑，发挥市场作用，引导公众参与。二是加快推进土壤环境保护立法进程。十二届全国人大常委会已将土壤环境保护列入立法规划第一类项目。环境保护部会同相关部门成立了土壤环境保护法规起草工作领导小组、工作组以及相应的专家组。经过近两年的努力，目前已初步形成法律草案。三是进一步开展土壤污染状况详查工作。在本次土壤污染状况调查基础上，环境保护部将会同财政部、国土资源部、农业部、卫生计生委等部门组织开展土壤污染状况详查，进一步摸清土壤环境质量状况。四是实施土壤修复工程。国家将在典型地区组织开展土壤污染治理试点示范，逐步建立土壤污染治理修复技术体系，有计划、分步骤地推进土壤污染治理修复。五是加强土壤环境监管。国家将强化土壤环境监管职能，建立土壤污染责任终身追究机制；加强对涉重金属企业废水、废气、废渣等处理情况的监督检查，严格管控农业生产过程的农业投入品乱用、滥用问题,规范危险废物的收集、贮存、转移、运输和处理处置活动，以防止造成新的土壤污染。

Study on The Model of Karst Groundwater Environmental Quality Evaluation

WANG Linlin1LIU Zhifeng2
(1. Shandong Province Environmental Monitoring Center Station, Shandong Jinan 250013; 2. Shandong Province Water Conservancy Project Administration Department, Shandong Jinan 250014)

Based on the character of water chemistry dynamic property, pollution mechanism and hydrogeological condition of karst groundwater system, we established the mathematical model of karst groundwater environmental quality evaluation, using the knowledge of fuzzy mathematics and grey theory. An assessment of karst groundwater environmental quality in the fault zone water source site in Yishan, Xilong River was used to verify this model. The results showed that the groundwater environmental quality was relatively good in most of areas, and bad in some parts; its distribution characteristics had a strong correlation with regional hydrogeological conditions and correlation of recharge and discharge in this water source sites. This solution was the same as that one from another evaluation method of weighted average index, which proved that the establishment of this model is reasonable and the result from this evaluation method is completely reliable.

water environment quality evaluation；degree of attachment；fuzzy comprehensive evaluation

X52

A

1674-6252（2014）02-0022-05

王琳琳，硕士，工程师，研究方向为环境监测与评价.通讯作者：刘志峰，山东省济南市历山路127号省水利厅工管局，250013.