模糊綜合判別法在西藏某銅礦山水質(zhì)評價中的應(yīng)用

張鎖柱，薛彥東

(1.華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021；2.北京地礦工程建設(shè)有限責(zé)任公司，北京 100015)

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模糊綜合判別法在西藏某銅礦山水質(zhì)評價中的應(yīng)用

張鎖柱1，薛彥東2

(1.華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021；2.北京地礦工程建設(shè)有限責(zé)任公司，北京 100015)

[摘要]首先總結(jié)了目前礦山開采對地下水資源的影響和地下水水質(zhì)評價的方法，介紹模糊綜合判別法的基本原理。然后結(jié)合西藏某銅礦山水質(zhì)分析資料，分析礦山開采對地下水資源的影響，并利用模糊綜合評判法對礦區(qū)地下水水質(zhì)做出了比較合乎實際的評價。最后提出礦區(qū)水資源的保護(hù)措施和污染防治工作的建議。

[關(guān)鍵詞]礦山開采；水質(zhì)評價；模糊綜合判別法

1 概述

地下水是淡水資源的重要組成部分，約占全國地下水資源總量的1/3。隨著人口的增長、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，地下水資源出現(xiàn)了嚴(yán)重危機(jī)，主要表現(xiàn)在地下水的超量開采和污染加劇兩個方面[1,2]。有關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，我國約有64%的城市地下水受到嚴(yán)重污染，33% 的城市地下水受到輕度污染。由于地下水流速緩慢，含水層對污染物質(zhì)的凈化作用小，一旦受到污染很難進(jìn)行治理，有時幾乎無法恢復(fù)。礦山是我國主要的環(huán)境污染源，礦山開發(fā)過程中，對礦區(qū)及周邊地下水的水量、水質(zhì)及水循環(huán)均產(chǎn)生較大影響[3,4,5]。

水質(zhì)的評價方法很多，如單因子評價法、綜合指數(shù)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、灰色聚類法、模糊綜合評價法等。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評標(biāo)方法對水質(zhì)評價中的一些模糊性問題進(jìn)行定量化處理，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，在水質(zhì)評價上效果較好[6-9]。

本文以西藏某銅礦山為例，在水質(zhì)評價的基礎(chǔ)上，分析采礦活動對地下水的影響，并提出地下水的保護(hù)措施和污染防治工作的建議。

2模糊綜合評判法原理

模糊綜合判別是模糊數(shù)學(xué)在決策分析中的一種應(yīng)用。在模糊環(huán)境中，運(yùn)用模糊集合概念權(quán)衡各種因素，給對象優(yōu)劣以綜合評價的方法。決策目標(biāo)為對各待選方案的優(yōu)劣做出評判。評判活動由待評估因素(性能指標(biāo))和評語兩方面構(gòu)成，由于一般涉及多種因素，必須進(jìn)行綜合評判。因素和評語一般都有模糊性，需用模糊集合和模糊關(guān)系(矩陣)刻畫待評估因素和評語，并用相應(yīng)的運(yùn)算描述評判活動，并做出帶有模糊性的結(jié)論。

2.1評價因子

記評價因子的集合為：U={u1，u2，…，um}，其中，ui(i=1，2，…，m)為參與評價的6個因子；評價等級的集合為：V={v1，v2，…，vn}，其中，vj(j=1，2，…，n)為參與評價因子的n個評價等級；

表1　隸屬度函數(shù)

2.2隸屬度函數(shù)

每個評價因子隸屬于不同評價等級的程度稱為隸屬度，記為rij。第i個評價因子的實測值為xi；第i個評價因子所對應(yīng)的第j級的評價標(biāo)準(zhǔn)值為sij。隸屬度函數(shù)見表1。

計算各評價因子的隸屬度，建立單因素評判矩陣R：

2.3權(quán)重分配

考慮每個參與評價的因子對水質(zhì)的影響不同，應(yīng)有不同的側(cè)重，故對每個參與評價的因子賦予不同的權(quán)重，組成參與評價因子的權(quán)數(shù)矩陣W：

w=[w1w2…wm]

式中，m為評價因子的個數(shù)，n為評價等級的個數(shù)，w的計算公式如下：

2.4評價結(jié)果

Y=w·R=[y1y2…ym]

根據(jù)最大隸屬度原則，取y=max(yi)，即得相應(yīng)的綜合評價等級。

3工程實例

3.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青藏高原南部“一江兩河”開發(fā)區(qū)中部，屬于青藏高原隆起高山深切割區(qū)，地勢中間高兩側(cè)低，地下水的主要補(bǔ)給方式是大氣降水入滲補(bǔ)給和河流入滲補(bǔ)給。礦區(qū)內(nèi)井水及老塘水等地下水的水質(zhì)全分析數(shù)據(jù)見表2。

3.2地下水影響分析

研究區(qū)地下水水化學(xué)類型有七種： (1)HCO3·SO4-Ca；(2)HCO3·Ca；(3)HCO3·Ca-Mg；(4)SO4-HCO3·Ca；(5)SO4-HCO3·MgCa；(6)SO4·Ca；(7)SO4·Ca-Mg。根據(jù)陰離子含量分為HCO3型和SO4型，前者包括(1)～(3)三種，后者為(4)～(7)四種。根據(jù)陽離子含量分為Mg型和Ca型，除(5)為Mg型外，其余均為Ca型。據(jù)此，不同類型地下水所占比例見圖1，根據(jù)離子含量，地下水和地表水均以SO4型、Ca型水為主。

3.3地下水水質(zhì)評價

本文根據(jù)礦區(qū)地下水的特點選擇SO42-、總硬度、礦化度、Cu2+這四項因子來進(jìn)行分析。結(jié)合國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)[10]，將每個評價因子分為5級，評價因子及其分級情況見表3。

表2　礦區(qū)地下水分析數(shù)據(jù)　mg/L

圖1　礦區(qū)地下水水化學(xué)類型分類

mg/L

以QF02為例，根據(jù)上述方法，得出其單因素評判矩陣為：

各因素的權(quán)重值為：

w1=[0.3650.2430.2680.123]

模糊評價矩陣為：

y1=[0.4890.51100]

根據(jù)最大隸屬度原則，評價取值為0.511，該取樣點的地下水水質(zhì)為Ⅱ級。

研究區(qū)地下水水質(zhì)評價結(jié)果見表4。

判別結(jié)果表明，礦區(qū)地下水水質(zhì)與礦山開采活動有明顯的相關(guān)性。在遠(yuǎn)離采場附近，地下水水質(zhì)為I、II級，而采礦場附近，水質(zhì)多以III、V級水為主，尤其QF07的老隆淋水、QF29和QF30的平硐排水以及QF06、QF08鉆孔水樣，地下水中礦化度及重金屬離子含量嚴(yán)重超標(biāo)。

4結(jié)語

(1)模糊數(shù)學(xué)考慮了評價因子對水體的污染貢獻(xiàn)率的大小以及水質(zhì)分級的模糊性，采用隸屬函數(shù)來描述水質(zhì)分界，其評價結(jié)果能比較全面地反映各評價因子的影響作用，評價結(jié)果更接近實際結(jié)果。

(2)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表明，礦山開采活動對地下水有較大影響。生產(chǎn)中的廢水及污水不能進(jìn)入采礦區(qū)，應(yīng)尋找外排水的合理出路，嚴(yán)禁任意排放而對地表水、地下水產(chǎn)生不良影響。

(3)加強(qiáng)地下水動態(tài)觀測和環(huán)境監(jiān)測工作，全面掌握地下水的變化規(guī)律，實現(xiàn)地下水資源的實時監(jiān)控、預(yù)報、評價和管理，盡早發(fā)現(xiàn)問題，并及時采取補(bǔ)救措施。

表4　 模糊綜合判別法評價結(jié)果表

參考文獻(xiàn)

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[收稿日期]2015-08-17

[作者簡介]張鎖柱(1987-)，男，河北深澤人，助理工程師，主要從事工程地質(zhì)方面工作。

[中圖分類號]P641.5

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0030-03