摘要：本文以2009年完成的 “洞庭湖区新农村建设浅层地下水质量及新农村安全供水研究报告”地下水资料为依据，通过合理选择地下水污染因子(24项)，按浓度和毒理性双权重方法，应用模糊综合评价方法对洞庭湖区浅层地下水进行了环境质量评价，并按三分法划分了地下水质量等级，为该区内农村居民科学取用地下水指明了方向，为当地政府开展新农村建设提供了重要依据。
关键词：洞庭湖区;浅层地下水;环境质量评价
fuzzy comprehensive evaluation on environmental quality of shallow groundwater in the dongting lake area
liu chang-ming1,pi jian-gao1,xiao jiang2
(1.the 402nd team,hunan provincial bureau of geological and mineral resource prospecting & development,changsha 410014,china;2.hunan university of science and technology,xiangtan 411201,china)
abstract:based on a report finished in 2009 about the water supply security and shallow groundwater quality in the new rural construction of the dongting lake area, this paper presented an environmental quality assessment for shallow groundwater in the dongting lake area,. the assessment was conducted by reasonably selecting twenty-four groundwater pollution factors and employing the double weight factors (concentration and toxicity) and fuzzy comprehensive evaluation methods. the groundwater quality was characterized using tripartite method. this paper provides a guideline for the scientific exploitation of groundwater around the dongting lake area, and also has important implications for local governments on the new rural construction.
key words: the dongting lake area；shallow groundwater；environmental quality evaluation 洞庭湖地区地下水资源丰富，农村居民多就地建井取水解决生产及生活用水问题，但区内地下水资源，尤其是浅层地下水资源环境质量变化较大，部分水质较差，不宜直接饮用。WWW.11665.COm目前，区内农村居民对地下水资源状态不了解，只能就地建井取水，因饮水引发人体疾病的现象时有发生，对社会稳定有一定的影响。本文从新农村建设中饮水安全出发，对洞庭湖区地下水质量进行了较全面的评价。
1 工作区范围
工作区包括湖南省长沙市区（5个区）、长沙县、望城县、宁乡市（局部）、浏阳市（局部）、株洲市市区（4个区）、株洲县、湘潭市区（2个区）、湘潭县、韶山市、岳阳市区（3个区）、华容县、汨罗市、湘阴县、临湘市（局部）、岳阳县（局部）、益阳市区（2个区）、南县、桃江县（局部）、沅江市、常德市区（2个区）、澧县、津市市、临澧县、安乡县、汉寿县、桃源县（局部）、石门县（局部）。共涉及18个区、22个县（市）和15个县级国营农林渔场，总面积39 600 km2，占全省总面积的1841%。工作区现约有1 892万人，占全省人口的299%。人口密度大，为485人/km2。
2 地质环境与地下水地球化学背景条件
区内地层出露较完整，从元古界到第四系均有发育。第四系主要分布于湘、资、沅、澧四水流域和洞庭湖冲湖积平原，占工作区面积的6244%，周边岗地区有基岩出露，其主要地层有第三系（e）、白垩系（k）、石炭系（c）、泥盆系（d）及板溪群冷家溪群（pt）等。洞庭湖区浅层地下水按岩石类型可划分为松散岩类、碳酸盐类、碎屑岩、基岩类，其中，松散岩类分布范围最广，约占工作区的8512%，基岩类约占703%，碎屑岩类约占692%，碳酸盐类约占093%，主要重金属元素在各类型地下水中表现不一（见表1）。洞庭湖区地下水中铁离子的浓度受ph值及氧化还原反应影响很大，受洞庭湖区中心平原地下水还原环境影响，洞庭湖区地下水铁、锰含量较高，大多超过国家饮用水卫生标准。洞庭湖区1 720个浅层地下水样［2］中，铁检出率为8256%，含量平均为213 mg/l，最高达465 mg/l（1060号点）。铁在各类型地下水中，以松散岩类孔隙水背景值最高，碳酸盐岩裂隙水的背景值最低。
环境质量评价方法地下水环境质量综合评价方法主要有指数评价法、模糊集理论方法、灰色系统理论方法、数理统计方法、物元分析理论与可拓集合方法、投影寻踪模型法、人工神经网络分析方法等。在众多的评价方法中，模糊综合评价已被广泛用于各种类型水体水质的评价中。本次采用模糊综合评价方法对洞庭湖区浅层地下水环境质量进行评价。
3.1 评价步骤
应用模糊综合评价一般可归纳为以下几步。
① 建立污染物各单因子指标的集合u= {u.1，u.2，…，u.n}，元素u.i ( i = 1，2，…，n）为影响环境质量的各污染的实测值。
② 建立水质分级标准集合，k = {k.1，k.2，…，k.m }，其中， 元素k.j= (1，2，…，m ) 为各污染物所对应的水质分级标准值。
③ 建立模糊关系矩阵r。即r=［r.ij ］
④ 建立权重模糊矩阵a。
⑤ 计算模糊综合评价矩阵b。
3.2 浅层地下水质量模糊综合评价
3.2.1 污染物各单因子指标集的确定
根据取样分析结果和洞庭湖区浅层地下水污染特征、原因，考虑到地下水对人体、社会、生态、环境等的影响，本次评价选用ph值、so.42-、 cl-、总fe 、mn、cu、zn、mo、co、酚类、耗氧量、no.3-、no.2-、nh.4+、f-、氰化物、hg、as、se、cd、cr6+、pb、be、ba等24项污染物因子作为评价指标集。
3.2.2 水质分级标准集的确定
地下水分级的合理性，直接关系到评价结果的准确度。本次分级依据《地下水环境质量标准》（gb/t 1 3.2.3 模糊关系矩阵的确定［3］
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，通常，用线性隶属函数确定各评价因子对各级水的隶属度的计算公式为：
按照上述计算公式，对洞庭湖区浅层地下水1 720个水样的24项评价因子进行各级别隶属度计算，得到模糊关系矩阵。
3.2.4 权重集的确定
地下水评价参数对环境影响是不同的，综合污染作用不是各污染参数单独作用的简单叠加。处于同一环境中的各污染物之间，常常存在“抵消”或“协同”作用，从而削弱或加强其对环境的影响，在综合评价中应赋予它们不同的权重。但是，如何正确地选用权重仍是目前水质评价中亟待解决的问题。
现行水质评价方法一般采用污染物浓度超标赋权法。而对于洞庭湖区一些重金属污染和某些对人体影响较大的污染物，因污染物个体的毒性级别不同，污染物浓度超标赋权法有可能掩盖某些低浓度元素的毒性作用。因此，有必要将污染物的毒性级别纳入权重考虑，以反映各元素浓度和毒性的综合作用。因此，研究采用浓度和毒理性双权重方法进行评价，即综合考虑污染物浓度超标和毒理性作用。
考虑污染物的浓度和元素的毒性特征，得到两个权重模糊集α和β。
β.i—根据浅层地下水污染元素的毒理性质，人为给予的权重序列，且∑β.i=1。
② 毒理性权重的确定。根据洞庭湖区浅层地下水污染的实际情况和污染元素的毒理性质，将24种评价因子依据其可能对人体健康影响的大小分为六大类，对人体健康影响最大的权重取1 ，相对最小的取0005（本来可以取0），具体分类与权重取值如表2。
第六类so.42-，cl0.005 ③ 综合权重的确定。根据(4)式计算出污染物浓度的权重α，按表2查取毒理性权重β，最后求其模糊集的代数积，并归一化，得到综合权重的模糊矩阵a：
a.i=α·β∑ni=1(α.i·β.i)(5)
最后将α和β系数代入(5)式，即可得到综合评价所需的权重矩阵a。
3.2.5 模糊综合评价
模糊数学综合评价是通过模糊关系矩阵r和权重矩阵a的复合运算而进行的评价。在建立了r和a之后，就可根据模糊变换原理求b，即：
b=a·r(6)
本次采用加权平均模型m(·，+)矩阵相乘算法，根据最大隶属度原则确定水质等级。
4 环境质量分区评价
4.1 分区原则
4.1.1 地下水质量分类
本报告所指地下水质量分类主要针对生活饮用水而言，将全区浅层地下水划分为优质地下水、合格地下水和不合格地下水三类。分别给予特殊定义如下。
优质地下水：指按照生活饮用标准和模糊数学综合评价方法，综合评价为一、二类水质的地下水，该类地下水基本未遭受污染，可以直接饮用；
合格地下水：指按照生活饮用标准和模糊数学综合评价方法，综合评价为三类水质的地下水，该类地下水局部可能遭受少量元素的污染，但可以直接饮用或稍加处理即可饮用；
不合格地下水（又称较差水）：指按照生活饮用标准和模糊数学综合评价方法，综合评价为四、五类水质的地下水，该类地下水普遍遭受污染，而且污染元素数量较多，必须加以处理才能饮用。
4.1.2 地下水质量分区
以地下水环境质量类型为依据，分为优质水、合格水及不合格水三个大区；以地形地貌、地质环境及行政单元为亚区划分依据，按相邻相近原则综合确定。
4.2 浅层地下水环境质量分区评价
根据洞庭湖区浅层地下水质量分区统计，洞庭湖区浅层地下水质量总体较好，见图1。图1 洞庭湖区浅层地下水水质分区图
fig.1 partition of shallow grandwater of dongting lake area
优质水区：主要分布于洞庭湖周边低山丘陵地区，分布面积约为15 5852 km2（不含水域面积），占全区面积 3937%，其中综合评价一级水占1676%，二级水占2261%。该区内地下水水质好，无污染，有毒有害元素含量少，适宜直接饮用，在新农村建设中，应积极开发利用。
合格水区：主要分布于洞庭湖周边丘陵岗地、河谷阶地地区，分布面积约为10 391.4 km2（不含水域面积），占全区面积的2625%，综合评价等级为三级。该区内地下水水质较好，有毒有害元素含量一般未超过国家饮用水卫生标准，适宜直接饮用，在新农村建设中，可以积极开发利用。
不合格水区：主要分布于澧县-安乡-沅江-南县-岳阳一带的广大地区，分布面积约为12 04152 km2，约占全区总面积的344%（不含水域面积），其中综合评价四级水占1883%，五级水占1576%。该区内地下水水质较差，部分有毒有害元素含量超过国家饮用水卫生标准，不适宜直接饮用，在新农村建设中，应避免取用或直接饮用该地区地下水，确需取用时，应采用物理、化学或生物方法处理，直到满足卫生标准后才能饮用。
5 结论
本文采用模糊综合评价方法，综合考虑了地下水中24项污染物因子的浓度和其毒性特征，并以《地下水环境质量标准》（gb/t 14848-93），对地下水质量进行了综合评价。结果表明，洞庭湖区地下水总体质量较好，湖周低丘岗地区基岩及河流冲积地层分布区（如长沙市、株洲市、湘潭市等）地下水质总体较好；地下水质量较差的地段主要分布在洞庭湖中心湖积平原地区澧县-安乡-沅江-南县-岳阳等地区，影响因素以总fe 、mn、ph值、no.2-、nh.4+为主，但可以采用简易物理化学方法（如曝气）处理后饮用。利用本评价结果，可以在农村集镇、企业或独立居民提供找水方向，为当地政府部门在实施新农村建设中合理开发利用地下水资源提供了科学实用的资料。针对洞庭湖区浅层地下水环境质量信息特点，为该区在新农村建设中制定饮水安全工程和开发利用地下水提供了具体对策与建议：① 因地制宜选择优质或合格的地下水水源，② 合理选择水处理方法，充分利用地下水资源，③ 科学普及地下水地球化学知识和卫生知识，科学调整饮食结构，④ 加强社会监督力度和环境执法力度，对工矿企业三废排放、农药化肥生产进行及时监测，防止人为污染地下水。
参考文献:
［1］ 刘长明，皮建高，林中湘，等，洞庭湖区新农村建设浅层地下水质量及安全供水研究报告［r］.长沙：湖南科学技术出版社，2010.(liu chang-ming,pi jian-gao,lin zhong-xiang,et al.research report on shallow groundwater quality and water supply security in the new rural construction of the dongting lake area［r］.changsha：hunan press of science and technology,2010.(in chinese))
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4848-93），先将地下水质量按单元素划分为五级［2］。
