用模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)水質(zhì)質(zhì)量的探討

錦州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 汪 雁

用模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)水質(zhì)質(zhì)量的探討

錦州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 汪 雁

模糊數(shù)學(xué)是用數(shù)學(xué)方法來(lái)解決一些模糊問(wèn)題。水污染評(píng)價(jià)中“污染程度”的界限是模糊的，人為的用待定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)價(jià)環(huán)境污染程度是不確切的。應(yīng)用模糊理論處理模糊問(wèn)題，才能符合實(shí)際，判斷合理。常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有P值法、W值法。但這兩個(gè)方法都有缺陷。模糊數(shù)學(xué)在水質(zhì)評(píng)價(jià)的應(yīng)用分為模糊聚類分析法和模糊綜合評(píng)判法。模糊綜合評(píng)價(jià)就是根據(jù)給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)值，經(jīng)過(guò)模糊變換，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象給出總的評(píng)價(jià)的一種方法。在評(píng)價(jià)中，找出影響水質(zhì)的各主要因素，確定評(píng)價(jià)因子集、評(píng)價(jià)集、隸屬函數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算各因素的權(quán)重和隸屬度，得到綜合隸屬度，確定水質(zhì)類別。本文，筆者用此評(píng)價(jià)方法，以錦州2010年小凌河監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得滿意結(jié)果。

一、因子集和評(píng)價(jià)集的建立

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)的若干監(jiān)測(cè)指標(biāo)中根據(jù)一定的原則，選擇若干指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，建立因子集。本文，筆者在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，選用了化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、總磷、石油類、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）、揮發(fā)酚等7項(xiàng)代表性較強(qiáng)的指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2010年小凌河水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/L

在國(guó)家的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，將水質(zhì)級(jí)別分為5類，因此確定評(píng)價(jià)集為：V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，見(jiàn)表2。

表 2 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002） mg/L

二、計(jì)算各參數(shù)的隸屬度，建立模糊關(guān)系矩陣R

隸屬度能合理劃分分級(jí)的界限，它可通過(guò)隸屬函數(shù)的計(jì)算求得。隸屬函數(shù)如下：

三、計(jì)算各參數(shù)的權(quán)重，建立權(quán)重集A

權(quán)重是衡量因子集中某一因子對(duì)水質(zhì)污染程度影響相對(duì)大小的量，權(quán)重系數(shù)越大，則該因子對(duì)水質(zhì)的影響程度就越大。根據(jù)權(quán)重計(jì)算公式，其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

四、模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)的最大隸屬度原則，對(duì)哪類水質(zhì)隸屬度大，則該分析水質(zhì)就屬于哪一類。評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。

表 3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)因素權(quán)數(shù)分配計(jì)算結(jié)果

表 4 各監(jiān)測(cè)斷面隸屬度水質(zhì)類別計(jì)算

由表4可以看出，何家信子斷面水質(zhì)較好，屬于Ⅰ類。灌渠首斷面和西樹林?jǐn)嗝嫠|(zhì)較差，均為Ⅴ類。在影響水質(zhì)的各指標(biāo)中，通過(guò)對(duì)權(quán)重的計(jì)算可以看出氨氮和總磷對(duì)水質(zhì)的影響程度相對(duì)較大，說(shuō)明水體中的主要污染物為氨氮和總磷，這與該地區(qū)的水質(zhì)污染問(wèn)題相一致，說(shuō)明本文筆者所述的模糊數(shù)學(xué)方法評(píng)價(jià)可以獲得有價(jià)值的科學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果。

在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838－2002）中，依據(jù)地表水水域使用目的和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為5類。

Ⅰ類。主要適用于源頭水、國(guó)家自然保護(hù)區(qū)。

Ⅱ類。主要適用于集中式生活飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚類保護(hù)區(qū)、魚蝦類產(chǎn)卵場(chǎng)、仔稚幼魚的索餌場(chǎng)等。

Ⅲ類。主要適用于集中式生活飲用水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場(chǎng)、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖等漁業(yè)水域及游泳區(qū)。

Ⅳ類。主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂(lè)用水區(qū)。

Ⅴ類。主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

對(duì)應(yīng)地表水上述5類水域功能，將地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目分為5類，不同功能類別分別執(zhí)行相應(yīng)類別的標(biāo)準(zhǔn)值。水域功能類別高的標(biāo)準(zhǔn)值嚴(yán)于水域功能類別低的標(biāo)準(zhǔn)值。同一水域兼有多類使用功能的，執(zhí)行最高功能類別對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。實(shí)現(xiàn)水域功能與達(dá)功能類別標(biāo)準(zhǔn)為同一含義。

綜上，采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際污染現(xiàn)狀相吻合，避免了目前環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中常采用一個(gè)數(shù)字指標(biāo)作為分界線的簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)法的不足。提高了評(píng)價(jià)的精度，可見(jiàn)模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)工作的開(kāi)展起著推動(dòng)作用。