模糊綜合評價法在水質評價作業中的應用——以澤曲河為例

李秀娟 申志新 李柯懋

（1青海省漁業環境監測站 青海西寧 810012 2青海省高原水生生物及生態環境重點實驗室 青海西寧 810012）

1 澤曲河基本情況

澤曲河位于青海省黃南藏族自治州境內，為黃河右岸一級支流。通過對澤曲河水質評價，可以了解和掌握水質變化趨勢，準確反映水體污染狀況和程度，為水資源利用、保護、規劃和管理提供科學依據。

2 水質評價

2.1 水質監測

本文評價分析的數據以青海省漁業環境監測站6年來對河南縣澤曲河監測的數據為基礎，設立監測斷面4個，分別設在澤曲河優干寧橋、澤曲河尕麻溝、澤曲河尕孔電站庫區、澤曲河尕孔電站尾水，監測頻次為每年兩次，年評價數據采用兩次測定值的平均值，分析項目包括《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）所規定的地表水環境質量標準基本項目：pH值、溶解氧、總氮、總磷、非離子氨、石油類、揮發酚、高錳酸鹽指數、銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷、氨氮、六價鉻。

2.2 評價因子的選取

評價時選用的參數越多,越能反映環境的綜合質量,但工作量和經費也隨之增加。因此,選擇參數多少,除了視評價目的和監測條件外，要考慮評價對象的污染性質、污染類型和環境條件等因素。此外，還要考慮選擇參數的針對性和監測資料的代表性，因此,結合本地區水質特點和環境監測工作情況選取溶解氧、總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數、銅、六價鉻等7項指標作為評價指標。

3 模糊綜合評價模型的建立

3.1 建立評價因子集

在水質監測的若干監測指標中根據一定的原則，選擇若干個指標作為評價因子,建立因子集。設評價因子集中共設置m個評價因子,所選中的評價因子為Xi,則建立的評價因子集U滿足:U={X1,X2,X3,…，Xm}

3.2 建立評價集

根據地表水環境質量標準(GB3838-2002)中地表水水域功能和保護目標,將地表水水質分成了五類,故確定評價集為:V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}

3.3 建立模糊關系矩陣[R]

假設參與水質評價的評價因子有m個,水質評價標準由n個級別組成。由于水質污染程度和水質分級標準都是模糊的,故用隸屬度來刻畫分級界限比較合理。設rij表示第i種污染物的環境質量數值可以被評價為第j類環境質量的可能性(即i對j的隸屬度,它們的關系即為隸屬函數),這樣就構成了水質評價因子與水質類別的模糊關系矩陣[R]。

式中m：代表評價因子數i=1,2,…m;n:代表水質類別即j=1,2,3,4,5。

隸屬度可以通過對隸屬函數的計算來確定,隸屬函數一般采用降半梯形分布來描述。根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002),對各水質類別的隸屬度rij按下式計算:

式中sj為評價因子Xi的第j類水質標準值;ci為評價的因子Xi的監測值。

由于DO不是污染物，其濃度越大表明水質越好，因此在運用隸屬度函數求解DO隸屬度的時候，須將上式中的大于改為小于，小于改為大于。

3.4 權重向量的計算

權重是衡量評價因子集中某一因子對水質污染程度影響相對大小的量,權重系數越大,則該因子對水質的影響程度越大。可以用評價因子貢獻率的方法確定權重向量,通過計算超標比來計算權重值。對于一般的偏小型分布指標,其計算式一般定義為:

式中Ii無量綱數,表示某評價因子的實際監測值相對于水質標準超標的倍數；

Ci：評價因子Xi的監測值；

Si：評價因子Xi各類水質標準限值的均值；

但是對于偏大型分布指標如DO,其計算式應為：

各項含義同上式。

當每個評價指標的超標比都計算完之后，將其進行歸一化處理，便能算出每個評價指標的權重：

由此即得到了權重集:W={w1,w2...,wm}

3.5 建立模糊綜合評價模型

確定了模糊評價矩陣[R]和權重集W后,可以得到如下的模糊綜合評價模型:

建立了模糊綜合評價模型之后可以根據最大隸屬度原則,若bj=max(b1,b2,...,bn)則待評價對象的水質級別應該為第j類。

4 評價因子集和評價集的建立

根據澤曲河及其周邊的水環境條件，利用已有的監測數據，選擇溶解氧（DO）、總磷（TP）、總氮（TN）、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(CODmn)、銅（Cu）、六價鉻（Cr6+）等7項代表性較強的指標作為評價因子，即得到了評價因子集：

U=｛X1,X2,X3…,X8｝=｛DO、TP、TN、NH3-N、CODmn、Cu、Cr6+｝

依據（GB3838-2002）標準，地表水水質分為5類水體，因此確定評價集為：V｛Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ｝評價中使用的各指標為地表水環境質量標準的最低限制，如表1所示。

表1 模糊綜合評價中各項指標標準值 mg/L

4.1 模糊關系矩陣［R］的建立

研究所用數據是從2008年至2013年澤曲河的4個監測斷面獲得，如表2所示：

表2 澤曲河水質評價指標 mg/L

按3.3節描述的方法建立2006至2008年澤曲河的模糊關系矩陣：

4.2 權重值的計算

按3.4節描述的方法，根據各評價因子的超標比可計算出每年的評價因子的權重值，進行歸一化處理后所得結果如表3所示：

表3 評價因子權重值歸一化結果

4.3 水質模糊綜合評價

將4.1節所得的各單因素模糊關系矩陣[R]和4.2節所得到的權重集W代入3.5節建立的模糊綜合評價模型中進行計算，即可以得到模糊綜合評價集B。澤曲河2006至2013年的模糊綜合評價結果如表4所示。

表4 澤曲河2008 至2013 年模糊綜合評價結果

對澤曲河進行模糊綜合評價的結果表明，2010年澤曲河水質狀況較好，達到了Ⅰ級，2008年、2012年和2013年水質狀況良好，水質級別為Ⅱ級，2009年和2011年水質狀況為Ⅲ級。在影響澤曲河的各指標中，通過對權重的計算可以看出DO和TN對水質的影響程度相對較大，2008-2013年兩個監測項目的權重值分別為DO（0.258、0.214、0.192、0.246、0.213、0.223） 和TN（0.290、0.393、0.408、0.406、0.375、0.367），兩者的權重和2008年（55%）、2009年（61%）、2010年（60%）、2011年（65%）、2012年（59%）、2013年（59%）在6年中均超過了55%，DO和TN為影響澤曲河水質的主要因子，這與澤曲河的水環境質量狀況基本一致。

5 結語

模糊綜合評價模型克服了傳統的綜合評價模型的缺點，充分體現了其系統性和綜合性的特點。通過引入權重和隸屬度的概念，充分考慮了多個因子對水體的影響，在一定程度上避免了水質污染程度的模糊性帶來的人為主觀判斷，能客觀全面的反映出多種因子復合影響下的水質狀況，又能確定主要污染物和主要污染類型，為制定環保政策、項目開發和污染防治措施的制定提供了科學依據。

[1]左云霞，李鐵松，李成明.四川升鐘水庫水質評價及污染負荷分析[J].四川環境,2012,31（5）：54-06.

[2]曾永，樊引琴，王麗偉，刁立芳，李婳.水質模糊綜合評價法與單因子指數評價法比較[J].人民黃河,2007,29（2）45-01.

[3]安樂生，趙全升，劉貫群，馮娟.代表性水質評價方法的比較研究[J].中國環境監測,2010，26（5）：47-04.

[4]宣卓.模糊綜合評價法在水質評價中的應用[J].綠色科技,2012,56-03.

[5]劉玲,劉濱葭.阜新礦區礦井水水質模糊綜合評價研究.中國科技論文在線.

[6]趙凱，徐明晗，倪偉.大連市大型水庫水質評價[J].東北水利水電,2010,51-02.

[7]程磊.沙河王快水質分析與評價[J].水科學與工程技術,2011,43-03.

[8]賀斌，金永民，褚龍.遼寧大伙房水庫水質評價[J].北方環境,2010,38-03.