東圳水庫水質模糊評價

[摘要] 結合2003年-2007年東圳水庫水質的監測數據及分析結果，運用模糊數學的基本理論，依據GB3838-2002《地表水環境質量標準》建立相應的隸屬函數表達式，并應用模糊綜合評價模型，對東圳水庫的三個監測斷面的水質作出評價。

[關鍵詞] 模糊數學東圳水庫水質評價

水環境質量評價是水資源保護的基礎工作和重要手段。水環境質量評價按評價內容分類包括水體的有機類污染評價、富營養化評價、水生態系統評價等。按評價方法分為單因子評價方法和綜合評價方法等。目前，常用單因子評價方法對地表水環境質量進行評價，而本文則嘗試運用模糊數學的基本理論對東圳水庫的水質進行模糊綜合評價，供環境管理部門參考。

1東圳水庫水環境概況

1.1東圳水庫庫區自然環境概況

東圳水庫位于福建省莆田市城廂區常太鎮木蘭溪支流的延壽溪中游， 1960年4月建成，庫區涉及城廂、仙游兩縣區的部分鄉鎮，總面積321. 23 km2 ，水庫總庫容4. 35億m3 ，正常蓄水位8015 m，正常水位水庫水面面積17. 8 km2 ，庫區多年平均徑流量3. 02億m3 ，是一座集供水、灌溉、防洪、發電于一體的綜合性多功能大型水庫。隨著莆田市經濟和社會的發展 ，東圳水庫作為我市最大的蓄水庫 ，其飲用水源地和工業用水的功能日趨突出 ，保護好水庫水質對莆田市的發展具有戰略性意義。

1.2東圳水庫水質監測基本情況

按照《福建省水環境監測技術規定》中規定，分別在東圳水庫進口、庫心、出口設置監測垂線，取上層水質進行監測，2003年～2005年監測頻次為每年二次（每年3月、9月各監測一次），2006年～2007年監測頻次為每年三次（每年3月、7月、11月各監測一次）。

2水質現狀評價

2.1 評價標準

選擇地面水環境質量標準GB3838-2002《地表水環境質量標準》作為評價標準，見表1。

表1 地表水環境質量標準基本項目標準限值

2.2 分析數據來源

依據莆田市環境監測站2003年-2007年監測數據及分析結果，見表2。

表2 2003年-2007年東圳水庫各監測斷面的監測結果

3模糊數學方法的運用

3.1 確定評價因素的因子集合結合飲用水源地和水庫的水質特征，選擇DO，CODMn，BOD5，TP，TN，NH3-N六項指標作為評價因子。

即μ=﹛DO，CODMn，BOD5，TP，TN，NH3-N﹜

3.2 確定評價集合根據GB3838—2002《地表水環境質量標準》中湖、庫水質評價標準，把水質分為5個等級，即評價集b：(I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，V)。

3.3建立隸屬函數

環境質量標準劃為五個等級，若污染物濃度低于I級標準，則它對I級標準的隸屬度為1，對其它級別的隸屬度為0；若污染物濃度較V級的高，則對第V級的隸屬度為1，對其余的為0。一般地，污染物濃度C ，對各級水質標準的隸屬度定義如下：

對I級水質標準：

對j級水質標準：

對第ｎ級水質標準：

式中：i＝1，2，3…6； j=1，2…5； n=5；Ci為第i種污染物的實測濃度，Sij 為第i種污染物的第j級水質標準。

以水庫出口為例計算六項指標的隸屬度，組成六行五列單因子模糊矩陣R:

3.4建立權重集：指標權重是表示各指標在決定水質上所起的作用的度量，計算公式為： ， 。

對于DO，由于它的實測濃度越大越好，所以它的權重計算公式應為 。

式中：Ci—第i種污染物的實測濃度；

—第i種污染物的權重；

—多級標準濃度的平均值。

Sij為第i種污染物的第j級水質標準，ｎ為水質標準的級數。

對權重進行歸一化處理，公式為 ，ｍ為參數總數。

建立權重集A＝｛A1，A2…A6｝

東圳水庫出口斷面各污染物的權重計算結果見表3。

表3 各污染物權重一覽表

同樣方法建立東圳水庫中心、進口的模糊矩陣R、權重集。

3.5水質的模糊綜合評價

采用B＝AR進行評判，再對B進行歸一化處理，根據模糊數學的最大隸屬度原則，最大者的等級為水樣評定等級。模糊評價模型通常有4種，本文只采用其中的一種取大取小法，即 ：B＝ 。

對水庫出口、中心、進口分別計算，得到最終的矩陣如下：

水庫出口水庫中心

(0.411 0.246 0 0 0)(0.392 0.266 0 0 0)

(0.259 0.173 0 0 0)(0.201 0.204 0.204 0 0)

(0.257 0.261 0.261 0 0) (0.253 0.269 0.269 0 0)

(0.225 0.182 0.383 0.160 0) (0.225 0.184 0.388 0.16 0)

(0.257 0.298 0.298 0 0) (0.316 0.255 0.074 0 0)

水庫進口

(0.385 0.275 0 0 0)

(0.238 0.181 0.12 0 0)

(0.252 0.27 0.27 0 0)

(0.222 0.189 0.385 0.12 0)

(0.315 0.28 0.19 0 0)

3.6 評價結果

根據最大隸屬度原則，取最大值作為評價級別特征值，水質等級評價結果，見表4。

表4 2003年～2007年水質評價結果

從表4可以看出，近幾年東圳水庫出口、中心、進口三個點位的水質狀況變化不明顯，東圳水庫的水質總體狀況較好，除2006年水質達Ⅲ類外，其余年份均為Ⅰ類或趨向Ⅰ類水質，水質狀況優。

參考文獻

[1] 王淞，林香民．模糊數學在地表水水質評價中的應用[J]．能源與環境，2006， (2).

[2] 黃鵠，陸赤峰．利用模糊數學模型評價南寧市南湖水質現狀[J]．廣西科學學院學報，1998， (2).

[3] 楊綸標，高英儀．模糊數學原理及應用[M]. 廣州：華南理工大學出版社，2001.

[4] 趙澤斌．模糊數學在湖泊水質富營養化評價中的應用[J]．黑龍江水專學報，2007，(2).

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