改进灰色聚类法的丹东市地下水质量评价

改进灰色聚类法的丹东市地下水质量评价
曲子良
（辽宁省丹东水文局，辽宁丹东１１８００１）
中图分类号：Ｘ８２４ 文献标志码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０１９．０２．０９
摘要：根据地下水质量标准以及实验室测试相关项目选取了１８项典型指标，并对丹东市地下水质量状况利用改进的灰色聚类法进行了评价。

结果显示由于参评指标较多使得评价存在较大的偏差，无法真实反映实际状况，对此修正改进了原有方法。

结果表明：丹东市地下水质大部分地区处于良好状态，部分区域如城镇周围、人口密集的城区、排污河道两侧等水质较差；该评价结果与野外污染源调查结果基本保持一致，研究结果可为丹东市地下水环境治理规划和水源保护提供科学依据。

关键词：灰色聚类法；地下水；丹东市；质量评价
地下水是组成地球系统的重要自然资源，在地质构造与水循环系统中时刻发生着复杂庞大的信息传递。

目前，受人类活动和气候条件影响，地下水资源正面临着日趋突出的问题，如工农业的发展、城镇化进程的加快、水资源开采技术的进步等作用，对地下水及其生态环境构成严重的威胁。

地下水具有一定的隐蔽性与延迟性特征，因此在通常情况下不易发觉水体是否已被污染，而一旦察觉则其修复与治理过程难度较大、不易实施且所需资金投入较高。

当前，地下水污染风险及其脆弱性分析的相关研究较多，主要是探讨分析地下水体在潜在污染源作用下，可能被污染的程度以及地下水系统抵抗污染能力［１］。

区域地下水质量评价相关研究通常采用的是常规指标体系，如三氮、总硬度、耗氧量和溶解性总固体等，往往不能系统、全面地反映地下水状况。

随着地下水污染监测方法的不断改进以及评价方法的逐渐完善，地下水演化规律、恶化趋势以及污染现状的评价逐渐得以发展，目前在水体中检测出的有机化学污染物类型已有２０００多种，并在自来水中检测出７００多种。

资料显示，人体系统受不同有机化合物的危害也不同，如人体内脏器官可受到三聚乙烯的危害作用，而人体神经系统、肠胃以及免疫功能可受到苯的刺激和伤害。

在自然降解过程中很难去除水体中的某些有机污染物，并且可能发生长期的聚集，因此在水质评价体系中引入有机污染物十分必要［２］。

已有学者在综合指标评价中引入模糊数学法、内梅罗指数法和单指标评价法。

其中单指标评价法是对水体综合水质类别按照最差水质的单项指标所属类别进行评判的方法，即以《地下水质量标准》为基础通过对比各类指标测试结果得到相应水质类别，然后将该水样的水质类别按照最差水质进行确定。

内梅罗指数法是在实际评价中利用所选参数的污染指数及评分准则，通过对比分析标准准则与污染指数的差值确定水质类别的方法。

模糊综合评价法是通过利用模糊数学理论，计算隶属度确定水质类型的方法，即在考虑各污染因子对水体危害程度的基础上，分析水体环境与污染因子之间的非线性复杂关系［３－５］。

以上方法具有各自的适用范围和优点，针对评价指标较多可能引起结果偏差的情况，本文考虑采用改进的灰色聚类法，并以丹东市为例验证改进方法的可行性与准确性，以期为促进区域地下水源保护和科学开采提供参考。

１　区域概况
丹东市位于辽宁省东部，地势结构为东北高、西南低，由西北向东南呈阶梯式逐渐降低，地质结构层零散、断裂呈断续条状态分布，地表沟壑纵横交错、耕地指数高、人口密度大。

丹东市共下辖３个区、２个县级市和１个自治县，区域面积１．５２万ｋｍ２，属于温带亚湿润季风气候区，冬无严寒、夏无酷暑，年均气温９℃，年均降水量８００～１２００ｍｍ，其中夏季降水占全年的２／３以上，为适合人类居住的城市之一［６］。

境内水资源较为充足，主要有鸭绿江、大洋河以及沿海等河网水系。

包气带主要由亚黏土、黄褐色砂土以及粉细砂组成，其中粉细砂是浅层淡水层颗粒的主要类型，地质厚度较薄且水资源储蓄量较小，含水层厚度一般为１２～３０ｍ，局部地势较高区域为２０～４５ｍ。

浅层淡水受河渠淡化作用影响沿河渠距离渐远，逐渐进入微咸水区和咸水区域。

丹东市南部淡水区和全淡水区是地下水开采的集中区域，近年来该区域水体环境的污染问题较为严峻，并以三氮、ＣＯＤ等污染指标为主［７］。

丹东市工业发展充分，畜牧业和农林业发展迅速，不仅是我国的重要的粮食生产中心，而且位于辽宁省工业发展核心区域，并属于农业和自然和谐发展区。

工业企业大多建立在离水源较近、水量充足以及透水性较好的河流两岸，通过
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　２０１９年第２期 水土保持应用技术
无防渗的排水管道可将生活污水和工业废水排入河流。

因此在长期作用下污染物连续渗漏情况严重，从而间接或直接的进入地下含水层，对浅层地下水造成污染。

近年来，随着平原区域人口的快速增长、城镇化规模的扩张以及大量的油、气、煤炭等资源的开采利用，地下水环境问题日趋严峻。

监测数据显示，丹东市中南部区域局部地区出现了ＮＯ－
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－Ｎ浓度高值区和超标准区。

水体环境污染对丹东市地下浅层水的影响作用较大，据此开展该区域地下水质量评价研究分析，对于提高水资源的有效利用效率并促进可持续发展具有重大意义［８］。

２　地下水质评价
２．１　数据来源
在丹东市河网水系洪积扇平原区，按照《地下水污染调查评价规范》采集２０８个地下水样，并委托地下水环境监测中心分别对各组地下水水样进行微量元素的检测和水质的全分析，其中参与评价的指标应具有分类标准且能够被检出，主要包括ＣＯＤ、ＴＤＳ、ＴＨ、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、Ｉ、Ｆ－、Ｍｏ、Ｐｂ等１８项典型指标。

评价指标限值以国内外相关水质标准、《地下水质量标准》以及国家饮用水卫生标准为依据进行确定［９］。

２．２　灰色聚类评价及改进
灰色系统具有层次的指标体系、模糊的结构特征、不确定的指标数据，在处理不确定性、模糊关联问题时具有良好的适用性。

该理论体系的核心内容为：根据数据建立相应的原始矩阵，通过对原始矩阵的白化变换得到更多的有用信息，然后对评价对象特征利用这些信息进行阐述分析。

为了对评价目标作进一步的研究，采用灰色聚类评价对丹东市地下水质量进行评价，结果显示该区域地下水满足Ⅰ类水质标准，评价结果明显偏离水质实际状况，其原因可能与参评指标较多使得聚类系数主要集中在Ⅰ类水处，从而造成结果失真。

针对以上问题可引入梯度关系，探讨相同灰类不同指标或不同灰类相同指标的聚类系数，计算公式及具体过程在此从略。

２．３　结果分析
根据修正后的聚类系数公式，分别对各水样进行综合计算，由此可消除评价结果与实际情况出现较大偏差的情况，结果如表１所示。

表１　改进前后评价结果对比
灰色聚类法Ⅰ类水质Ⅱ类水质Ⅲ类水质Ⅳ类水质Ⅴ类水质改进前／（％）１００００００
改进后／（％）６．４３６．２２７．８８．２２１．４
根据上表计算结果可知，地下水质量属于Ⅱ类的水样占３６．２％，属于Ⅲ类的水样占２７．８％，由此表明该区域地下水主要介于Ⅱ类～Ⅲ类区间，其中超Ⅲ类水质主要发生在城镇周围区、城区、农田灌溉区以及排污河道两侧。

该评价结果与野外污染源调查结果基本保持一致，由此表明在地下水质量客观评价中改进的灰色聚类法具有较强的适用性与可靠性。

根据各因子超标状况可知，影响地下水质量的参数主要有总硬度、溶解性固体以及硝酸盐氮等因素，由此表明造成该区域水质变化的主要因素为人类活动和工业的发展［１０］。

丹东市经济比较发达，人口较为集中，为进一步提高地下水环境质量状况，对水环境总氮、总磷以及ＣＯＤ排放量进行外源污染过程控制。

对于鸭绿江河流沿途的印染、医化、砂洗等行业严格按照排放标准进行排查，对高污染、高能耗行业进行转降整治；农药化肥以及生活垃圾随地表径流作用，造成农业面源污染，因此可通过化肥施用量控制以及化学农药的科学管理有效解决农业面源污染问题；针对小散养殖场深入推广使用天然有机化肥并从根本上控制污染物总量的排放。

对污水收集系统进行改善和升级，主要是针对该区域村庄已建管网、主干管进行排查并确保各端口链接的匹配性；完善污水处理和输送系统，对于具有侵蚀性的工业污水应严格排查和完善，对污水处理能力与污水排放量不匹配的行业建议进行规模升级和校核［１１］。

３　结论
针对评价指标较多可能引起结果偏差的情况，本文考虑采用改进的灰色聚类法，并以丹东市为例验证了改进方法的可行性与准确性，得出的主要结论如下：
（１）丹东市地下水质量属于Ⅱ类的水样占３６．２％，属于Ⅲ类的水样占２７．８％，由此表明该区域地下水主要介于Ⅱ类～Ⅲ类区间，该评价结果与野外污染源调查结果基本保持一致，由此表明在地下水质量客观评价中改进的灰色聚类法具有较强的适用性与可靠性。

（２）丹东市经济比较发达，人口较为集中，为进一步提高地下水环境质量状况，本文从总氮、总磷以及ＣＯＤ排放量等外源控制以及污水收集改善的升级优化给出了针对性建议。

［参考文献］
［１］张祖亮．灰色聚类法在地下水质量评价中的应用［Ｊ］．云南环境科学，２００４，２３（１）：６０－６２．
［２］贺北方，王效宇，贺晓菊，等．基于灰色聚类决策的水质评价方法［Ｊ］．郑州大学学报：工学版，２００２，２３（１）：１０－１３．［３］李亚松，张兆吉，费宇红，等．内梅罗指数评价法的修正及其应用［Ｊ］．水资源保护，２００９，２５（６）：４８－５０．
［４］李亚松，张兆吉，费宇红，等．地下水质量综合评价方法优选与分析：以滹沱河冲洪积扇为例［Ｊ］．水文地质工程地质，２０１１，３８（１）：６－１０．
［５］曹建峰，平建华，ＳｕｍａｒｅＯ，等．改进ＢＰ神经网络在地下水环境质量评价中的应用［Ｊ］．水利水电科技进展，２００６，２６（３）：２１－２３．
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２水土保持应用技术 ２０１９年第２期　
白石水库水环境影响后评价
陈海旭
（辽宁省白石水库管理局有限责任公司，辽宁北票１２２１００）
中图分类号：Ｘ８２ 文献标志码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０１９．０２．１０
摘要：为准确评价、预测白石水电站工程建设对水环境的影响状况，依据该水电站竣工环境保护资料以及环境影响监测数据，利用对比分析法合理、客观的评价了水库建设对水环境的影响作用。

研究表明：运行期间白石水库总体质量符合Ⅲ类水质要求，工程建设对水环境的不利影响作用较低，水环境质量评价与环评报告预测结果保持良好的一致性；该水电站的建设运行，对水环境与生态环境呈现出无不利影响的发展趋势。

关键词：水环境；后评价；白石水库；对比分析法
在水电站建设过程中通常可对水体环境造成一定影响，并对附近的居民生活和自然环境造成影响，因此相关部门明确提出了对水电站工程建设的环境影响进行科学评价。

环境影响后评价是组成水电工程建设的主要内容之一，它是指对完成竣工验收并运行一段时间的水电站进行环境影响评价的过程，在建设项目评价中占据着重要地位［１－３］。

水环境影响评价不仅可作为工程项目是否满足投资效益的主要判断依据，而且是检验建设项目有效性的主要方法，通过对水环境影响的评价可为提高水电站的管理效益提供一定参考和依据。

影响水环境评价的指标较多、涉及范围较广，通常情况下后评价具有不确定性与模糊性特征，因此在准确、客观的水电站环境影响后评价时往往存在较大的困难。

我国对环境影响的研究起步较晚，水利部在２０１０年对水电工程建设项目后评价的内容、流程以及管理监督进行了明确规定。

许多工程学者开展了相关研究，如蒋固政等［４］依据法律依据和环境保护相关标准，提出了影响水环境的主要因素；郑艳红等［５］将后评价指标体系划分为经济、社会、水体环境３大方面，并在此基础上提出了指标选取原则；陈若缇等［６］基于对比分析法研究分析了工程建设对水环境的不利和有利影响因素，并给出了相应的改进措施。

目前，相关研究主要集中在大型水电站试点工程，而对工程建设对水环境影响后评价的研究和理论方法还处于起始阶段。

鉴于此，本文以白石水库为例，结合水库竣工环保验收资料和环境影响后评价相关内容，对比分析了建设前与运行期的水环境质量状况，以期为水库的建设管理提供一定参考
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［６］李晨涛．水环境与水资源流域综合管理体制浅析［Ｊ］．地下水，２０１７（５）：１５３－１５４．
［７］黄亮．水资源可持续发展存在的问题及对策［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１３（４）：３２－３４．
［８］李学森．凌河流域水资源现状及保护措施［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１５（３）：３６－３７．
［９］程海英．锦州市城区水资源现状及优化配置方案［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１５（６）：２２－２３＋３２．
［１０］吕宝华，郭纯一，高世斌，等．辽宁省水资源承载能力的
探讨分析［Ｊ］．地下水，２００８（１）：１０９－１１１．
［１１］全占东．水足迹理论视角下辽河流域水资源评价［Ｊ］．水土保持应用技术，２０１７（１）：２２－２４．
收稿日期：２０１９－０１－１５
作者简介：曲子良（１９８６—），辽宁省丹东市人，满族，本科，工程师。

研究方向：水质、水文、水资源。

（责任编辑　赵旭珍　责任校对　郑娟）
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　２０１９年第２期 水土保持应用技术。