模糊數(shù)學(xué)評價法在蒲河水環(huán)境評價中的應(yīng)用

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110005）

模糊數(shù)學(xué)評價法在蒲河水環(huán)境評價中的應(yīng)用

何雨曦，呂寶闊

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110005）

文中將2015年7月至2016年6月，蒲河流域9個水功能區(qū)的21項指標(biāo)，分別計算得出平均值，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)綜合評價法評價了蒲河水域各水功能區(qū)水質(zhì)類別，并與單因子指數(shù)法進行了比較。得出了模糊數(shù)學(xué)綜合評價法水質(zhì)評判結(jié)果，更符合蒲河水域水環(huán)境情況，分析了蒲河水域主要超標(biāo)項目為總磷、氨氮。

模糊數(shù)學(xué)評價法；蒲河；水質(zhì)評價

蒲河發(fā)源于鐵嶺市橫道河子鄉(xiāng)想兒山，河道全長205 km，流域面積2 248 km2。[1]蒲河的水質(zhì)直接影響到沈陽市的環(huán)境生態(tài)狀況和居民的生活健康，因此，對蒲河水質(zhì)的準(zhǔn)確評價對開展蒲河治理有著重要的作用。。

1 蒲河水域各水功能區(qū)水質(zhì)類別

單因子指數(shù)法是根據(jù)（GB 3838-2002）《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[2]，將各個檢測項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)對照該項目的分類標(biāo)準(zhǔn)限值，確定該項目的水質(zhì)類別，在各項目中選取最差的水質(zhì)類別，作為該控制斷面的水質(zhì)類別。

使用單因子指數(shù)法，評價出的蒲河流域各水功能區(qū)水質(zhì)類別、目標(biāo)水質(zhì)類別、超標(biāo)項目及超標(biāo)倍數(shù)如下：

棋盤山水庫入口水質(zhì)類別為Ⅱ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅱ類。棋盤山水庫出口水質(zhì)類別為Ⅳ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅲ類，石油類超標(biāo)0.05倍。大河泡水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅴ類，氨氮超標(biāo)1.53倍，總磷超標(biāo)1.88倍。南山里水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅲ類，高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)0.48倍，化學(xué)需氧量超標(biāo)0.38倍，五日生化需氧量超標(biāo)0.18倍，氨氮超標(biāo)2.49倍，總磷超標(biāo)3.80倍，石油類超標(biāo)0.20倍。團結(jié)水庫水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅲ類，高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)0.93倍，化學(xué)需氧量超標(biāo)0.60倍，五日生化需氧量超標(biāo)0.42倍，氨氮超標(biāo)1.22倍，總磷超標(biāo)2.00倍。蒲河橋水質(zhì)類別為Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅴ類。老窩棚水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅴ類，氨氮超標(biāo)1.48倍，總磷超標(biāo)0.15倍。劉家崗水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅴ類，氨氮超標(biāo)0.62倍，總磷超標(biāo)0.02倍。前高家水質(zhì)類別為劣Ⅴ類，目標(biāo)水質(zhì)類別為Ⅳ類，氨氮超標(biāo)2.35倍，總磷超標(biāo)1.63倍

2 評價各水功能區(qū)水質(zhì)類別

2.1 模糊數(shù)學(xué)綜合評價[3]

模糊數(shù)學(xué)綜合評價法與單因子指數(shù)法相比更加全面，能夠更加綜地合評價流域的水環(huán)境情況。

為了能夠更完全地體現(xiàn)出各項參評水質(zhì)因子在總體水環(huán)境中所占的比重，模糊評價法通過各因子的濃度ci，除以對應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中各類別的平均值，得出權(quán)重值Wi。再依據(jù)各個項目的參評因子在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中各級別中的歸屬，得出隸屬度R。最后對矩陣進行復(fù)合運算B=a·R，評價綜合水環(huán)境的水質(zhì)類別。

2.2 參評因子的隸屬度

采用的是降半梯形分步法，計算得出某一參評因子在相對應(yīng)的各水質(zhì)類別中的隸屬度rij。其中，ci為某一評價因子的實際測量數(shù)值，sij為第i項參評因子在相對應(yīng)的j類水質(zhì)類別中的標(biāo)準(zhǔn)限值，m為水質(zhì)類別共有的級數(shù)。隸屬度函數(shù)為：

由以上計算函數(shù)得出i因子在各類水質(zhì)級別中的隸屬度rij，建立模糊關(guān)系矩陣：

式中水質(zhì)類別數(shù)為n級，參評因子共有m項。

2.3 參評因子的權(quán)重

某一參評因子的權(quán)重能夠體現(xiàn)其在水質(zhì)污染中作用的相對大小，采用的是污染物濃度超標(biāo)加權(quán)法。參評因子i的權(quán)重為Wi，即：

2.4 水質(zhì)綜合評價等級

將前面得出的參評因子權(quán)重矩陣和隸屬度矩陣進行復(fù)合運算，計算得出水質(zhì)模糊綜合評價矩陣B=a·R。根據(jù)最大值原則判定綜合水環(huán)境的水質(zhì)類別。

3 水質(zhì)類別判定結(jié)果分析討論

兩種方法比較來看，河段總體水質(zhì)類別判定結(jié)果基本一致。棋盤山水庫經(jīng)單指數(shù)評價為Ⅳ類水質(zhì)，主要超標(biāo)為石油類超地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類限值，因此判定為Ⅳ類，而在模糊數(shù)學(xué)綜合評價法計算過程中，充分考慮到所有參評因子在各個水質(zhì)類別中對評價值貢獻總和，最終判定棋盤山水庫綜合評價水質(zhì)類別為Ⅱ類。單指數(shù)法單單從石油類超標(biāo)導(dǎo)致評價類別為Ⅳ類，而沒有其他評判因子的參與，考慮影響面過于局限。而模糊數(shù)學(xué)綜合評價法，充分考慮到石油類超標(biāo)情況在地表水所有參評因子中的綜合影響，所以綜合考慮Ⅱ類水質(zhì)評判結(jié)果更符合棋盤山水庫實際水環(huán)境情況，說明模糊數(shù)學(xué)綜合評價法評價結(jié)果符合蒲河水域?qū)嶋H情況，故該方法可用作蒲河流域各個水功能區(qū)綜合水質(zhì)評價。

表1 兩種評價方法對比

4 結(jié)語

從超標(biāo)因子情況可以看出：蒲河水域主要超標(biāo)項目為總磷、氨氮。三個污染因子在各個水功能區(qū)中偏離計定水質(zhì)目標(biāo)程度隨流域分布趨勢基本一致。團結(jié)水庫入口、老窩棚、前高家分別出現(xiàn)了偏離峰值。偏離程度越大說明越難以滿足水功能需求。分析可以看出控制斷面團結(jié)水庫入口對應(yīng)的蒲河法哈牛過渡區(qū)最難達(dá)到水功能需求。

［1］韓博，周麗麗，范昊明，等.蒲河流域氮污染負(fù)荷模擬及時空分布［J］.中國水土保持科學(xué)，2013，11（2）：90-96

［2］GB3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［3］呂寶闊.模糊數(shù)學(xué)評價法在棋盤山水庫水環(huán)境評價中的應(yīng)用［J］.吉林水利，2014（10）：42-44，48

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