物元分析法在愛河水質(zhì)評價中的應(yīng)用

摘要:根據(jù)愛河梨樹溝水文站2000年至2009年10年的水質(zhì)資料，建立梨樹溝水質(zhì)評價的指標(biāo)體系，利用科學(xué)簡潔的物元分析法對梨樹溝水質(zhì)情況進行了綜合評價。評價結(jié)果表明，水質(zhì)綜合評價為Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)，綜合污染指標(biāo)呈下降趨勢，但波動較大，應(yīng)引起相關(guān)部門關(guān)注和重視，繼續(xù)加強水資源綜合管理，保證愛河水資源質(zhì)量，確保丹東市人民飲水安全。

關(guān)鍵詞:物元分析法水質(zhì)綜合評價愛河

中圖分類號:P432文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0084-03

愛河為鴨綠江流域一級支流，發(fā)源于寬甸縣雙山子鄉(xiāng)摩山嶺，(海拔高程1205m)，流經(jīng)本溪縣、鳳城市、于丹東市振安區(qū)九連城鎮(zhèn)套外村注入鴨綠江，全長206km，總集水面積為5991.73km2，愛河水系發(fā)達，植被茂盛，水量充沛而且水質(zhì)純潔。多年平均地表徑流量為33億m3，一直以來都是下游地區(qū)工農(nóng)業(yè)和人民生活理想的水源。梨樹溝水文站始建于1937年5月，是愛河干流總控制站，是國家和省重點水文站;距入河口12.4km，集水面積5629km2。該站主要測驗項目有:水量、墑情、水質(zhì)等。2008年丹東在梨樹溝水文站11.4km處建設(shè)丹東市三灣水利樞紐及輸水工程，主要為丹東城市供水服務(wù)，因此，愛河的水質(zhì)監(jiān)測及評價工作顯得尤其重要。

1 物元分析法基本原理

物元分析理論是由我國著名學(xué)者蔡文創(chuàng)立的，該理論在諸多領(lǐng)域的綜合評價中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其理論和應(yīng)用技術(shù)均已比較成熟[1]。將物元分析法應(yīng)用于水質(zhì)評價，利用物元分析中的關(guān)聯(lián)函數(shù)進行綜合評價，可以合理全面的評價出水質(zhì)的綜合水平。

1.1 物元的定義[2]

根據(jù)物元分析理論，給定事物的名稱，它關(guān)于特征的量值為，以有序三元作為描述事物的基本元，簡稱物元。如果事物有多個特征，它以個特征和相應(yīng)的量值，描述，，則物元表示為式(1)，這時為維物元，簡記。

(1)

1.2 經(jīng)典域與節(jié)域物元

當(dāng)N0為標(biāo)準(zhǔn)事物，關(guān)于特征ci量值范圍時，經(jīng)典域的物元可表示為式(2);由各標(biāo)準(zhǔn)事物N0確定關(guān)于特征ci的量值范圍所組成的物元Rp稱為節(jié)域物元。節(jié)域物元表示為式(3)，其中，i=1，2，…，n。

(2)

(3)

1.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)及關(guān)聯(lián)度[3]

關(guān)聯(lián)函數(shù)表示物元的量值取值為實軸上一點時，物元符合要求的范圍程度，其函數(shù)值即關(guān)聯(lián)度。由于可拓集合的關(guān)聯(lián)函數(shù)可用代數(shù)式來表達，就使得解決不相容問題能夠定量化。令有界區(qū)間x0=[a，b]的模定義為:|x0|=|b-a|，某一點x到區(qū)間的距離為式(4):

(4)

其關(guān)聯(lián)函數(shù)值據(jù)K(x)定義為:

(5)

其中為點x與有限區(qū)間x0=[a，b]的距離;為點x與有限區(qū)間的距離;x，x0，xp分別為待評物元的量值、經(jīng)典域物元特征范圍和節(jié)域物元的特征范圍。

1.4 綜合評價

綜合關(guān)聯(lián)度計算公式:

(6)

式中表示各項評價指標(biāo)所占權(quán)重。如果待評價事物關(guān)于某個等級的綜合關(guān)聯(lián)度最大，則待評事物Nx屬于該等級，即Kjo=max(Kj(Nx))則評定事物Nx屬于等級j0。通過對梨樹溝水質(zhì)的分析，本次研究認為各個污染物指標(biāo)對水質(zhì)的影響程度相同，即所占權(quán)重相同，則便可用公式(7)來表示。

(7)

2 物元分析法評價梨樹溝水質(zhì)

2.1 評價指標(biāo)和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的確定

參照國家水質(zhì)評價指標(biāo)體系，并結(jié)合水質(zhì)評價的理論研究，針對丹東梨樹溝的水資源及水質(zhì)情況，選取2000-2009年梨樹溝的溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和氟化物6項評價指標(biāo)，其各個指標(biāo)的基礎(chǔ)資料和級別的標(biāo)準(zhǔn)值分別見表1和表2。

2.2 初始數(shù)據(jù)處理

本次評價所采用的6個指標(biāo)中，溶解氧與其他指標(biāo)反向，需要進行同向化處理，為了便于計算，用進行處理，其中和分別是溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)值和初始值。其他各指標(biāo)均除以其分類界限中的最大值即可。對初始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后結(jié)果見表3。

2.3 確定物元模型的經(jīng)典域和節(jié)域

根據(jù)公式(2)和(3)可以確定出梨樹溝水質(zhì)物元模型的經(jīng)典域和節(jié)域，見表4。

2.4 關(guān)聯(lián)函數(shù)值計算和綜合評價

根據(jù)公式(4)和(5)計算梨樹溝2000年至2009年10年的關(guān)聯(lián)函數(shù)值，結(jié)果見表5。

根據(jù)公式(7)對水質(zhì)進行綜合評價，其評價結(jié)果見表6。

2.5 評價結(jié)果分析

為了便于對評價結(jié)果進行分析，現(xiàn)將梨樹溝2000年至2009年水質(zhì)綜合評價結(jié)果繪圖如圖1所示。

根據(jù)評價結(jié)果和分析圖可以得出，梨樹溝水質(zhì)總體來講均為Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)，水質(zhì)情況較好，但在這10年中，水質(zhì)情況有很大的波動，總體趨勢是水質(zhì)污染綜合指標(biāo)處在逐年下降的狀態(tài)。主要是原因是近些年來，隨著工農(nóng)業(yè)和城市建設(shè)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)藥殘留量增多，對生態(tài)環(huán)境造成的影響。

3 結(jié)語

(1)本文采用了簡單、有效的物元分析法對梨樹溝水質(zhì)進行了綜合評價。物元分析法通過引入負數(shù)的概念把邏輯值從(0，1)擴展到(-∞，+∞)，可以無丟失的考慮到各種因素的全部信息，保證了信息的完整性，能夠更加客觀的反映真實情況，使評價結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

(2)評價結(jié)果表明，梨樹溝水質(zhì)雖為Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)，水質(zhì)污染綜合指標(biāo)呈下降的趨勢，相關(guān)部門還應(yīng)繼續(xù)加強監(jiān)管，采取有效措施防止水質(zhì)惡化，從而保證水資源的健康可持續(xù)發(fā)展和下游人民的安全。

參考文獻

[1]王婷，鄭小華.物元分析法在水資源承載能力綜合評價中的應(yīng)用[J].水文，2006，26(6):33～35.

[2]李祚泳，汪嘉楊，等.可持續(xù)發(fā)展評價模型與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社，2007.

[3]何俊仕，馬麗.物元分析在遼寧節(jié)水型社會建設(shè)評價中的應(yīng)用[J].人民長江，2009，40(11):46～47.