2015年～2018年西安境內河流水質分析

孫向軍，鄭俊凡，楊巍巍，莫鐵祥，張 蘭，范文睿，焦 嬌，王 萌

（西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048）

自2013年西安市被水利部確定為全國水生態文明建設試點城市以來，西安市通過實施“八水繞西安”生態恢復工程，水體環境得到了明顯的改善[1]。因此分析近年來西安河流水質情況，對鞏固西安市水生態文明建設成果與進一步深化水生態文明建設具有重要意義。

1 監測斷面及數據來源

數據來源于陜西省環保廳公布的渭河水質月報，涵蓋西安境內入渭河口的十個斷面，分別是皂河、臨河、漕運明渠、幸福渠、黑河、澇河、灞河、涇河、灃河、新河入渭河口斷面（編號1-10）。

由于水質監測指標的季節變化性，本文選取每年1、4、7、10月的監測數據進行分析[2]（2016年春季選取3月份，2017年夏季澇河入渭河斷面選取6月份）。

2 建立水質模糊綜合評價模型

2.1 因素集和評價集

在水質評估中，因素集為水質指標組成的模糊子集。

在《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中，將地表水水質分成了5類，故評價集Ⅴ=｛Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ｝。

表1 GB3838-2002地表水環境質量標準值

2.2 隸屬函數的確定

在水質模糊評估中，對于濃度越小越優的指標，如COD（化學需氧量）、NH3-N（氨氮）、TP（總磷）等，采用降半梯型隸屬函數；對于濃度越大越優的指標，如DO（溶解氧）等，采用升半梯型隸屬函數[3]。

2.3 各指標權重的確定

在客觀賦權法中，目前應用最為廣泛的是濃度超標加權法，其根據各分指數超標情況進行加權，超標越多，加權越大[4]。ωj=權重，式中x為因子的實測值，μj為Ⅲ類水質的標準限值。

對于μj的取值，由于各評價因子不同水質級別間階梯變化幅度不同，采用五類標準限值的均值可能會改變某些因子的實際表征作用，故本文采用Ⅲ類標準限值作為基準，這樣既能直接表明該評價因子是否超出國家標準的要求，又能反映超出標準的程度，從而使結果更加符合客觀實際[5]。

最后對各因子的權重值歸一化后即可得出最終權重，歸一化公式為：

2.4 模糊綜合評價

將各因子模糊矩陣R與各因子權重集A進行復合運算，便可得到綜合評判結果B，歸一化后按照最大隸屬度原則即可判定水質級別。

對于復合運算，目前常采用模糊矩陣并運算,其主要強調了超標最大因子的作用，但評價因子較多時，容易造成水質信息的丟失，無法獲得預期的評價結果[6]。由嚴格的數學證明[7]可知，在進行綜合評判時，可采取實數的加乘運算來代替交并運算，得到的結果仍是一個F集，故本文采用加乘運算，這樣充分考慮了各因素對最終結果的影響，比用并運算更加精細[8]。

針對目前模糊綜合評價法中評價結果無法對同一類別水體水質優劣進行比較的不足，本文引入級別特征值J的概念，設級別變量為j，其所對應的隸屬度為bj，則J=值越大，水質越優，這樣即可精細化比較水質優劣。

3 計算示例

3.1 原始數據

以2018年夏季計算為例，見表2。

表2 2018年7月監測斷面各指標值

3.2 模糊關系矩陣的建立

構建因素集 U=｛COD，NH3-N，DO，TP｝，評價集 V=｛Ⅰ ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ｝，根據隸屬函數求各監測斷面的隸屬度，建立模糊關系矩陣，例如2018年7月涇河入渭河斷面隸屬矩陣為：

3.3 權重的建立

根據濃度超標法計算可得權重，例如2018年7月涇河入渭河斷面權重向量為A8=［0.328 0.234 0.375 0.063］。

3.4 模糊綜合評判

對R8與A8進行模糊取積求和運算并歸一化得B8=［0.047 0.508 0.412 0.033 0］，按照最大隸屬度原則可判定2018年夏季（7月）涇河入渭河斷面水質為Ⅱ類。由于B8·VT=2.431，故2018年夏季（7月）涇河入渭河斷面的水質級別特征值J8為2.431。同理可得Bi、Ji（i=1,…，7，9，10），各Bi組成對評價等級的隸屬矩陣B，各Ji組成級別特征值向量。

4 結果分析

按照上述方法計算得2015年夏季～2018年夏季各季節水質情況，見表3、表 4。

表3 2015年～2018年各季節各監測斷面水質級別

表4 2015年～2018年各季節各監測斷面水質級別特征值

4.1 水質明顯改善斷面分析

圖1 西安市水質明顯改善斷面級別特征值

由圖1并結合實際可知：新河、漕運明渠、幸福渠通過一系列水環境綜合治理工程，水質得到了極大改善。灃河與灞河水質在2015年、2016年由于管控治理不嚴，污染加劇，但自2017年實施諸如像灃河綜合治理工程、灃河濕地生態修復工程、灞河生態區河道保潔項目等一系列極具針對性的工程以來，水質呈不斷好轉趨勢。

4.2 水質改善不明顯斷面分析

圖2 西安市水質改善不明顯斷面級別特征值

由圖2可知：黑河水質常年較好，大多數季節水質屬Ⅰ類，這與西安市實施嚴格的水源地管理是離不開的。皂河水質常年較差，均屬Ⅴ類，這與西安市每天有近百萬噸生活污水排入皂河現狀相符合。臨河、澇河水質呈規律性季節變化，澇河冬春季水質較差，臨河秋季水質差，這與枯水期大量污水入河有關。涇河水質呈無規律波動，這符合涇河支流眾多、難以統一管控、水土流失嚴重的特點。

5 結論

本文針對目前模糊綜合評價法中評價結果無法對同一類別水體水質優劣進行比較的不足，引入級別特征值的概念，精細化地比較了西安市各主要河流水質優劣。從結果可以看出，西安市近年來水系生態環境修復效果顯著，但其仍有較大改進空間，尤其是臨河、澇河、皂河，具體的整改措施包括以下三點：

（1）在工程方面，為了進一步深化生態文明建設，應進一步強化污染物排放管理。除進一步加強污染較重河段整治工作外，還應注意已整治河段。

（2）在政策方面，為了西安市經濟可持續發展，應考慮河流納污能力。城市和工業發展規模應與河流的納污能力相協調，應鼓勵發展低能耗、低污染的工業和第三產業。

（3）在技術方面，應進一步提高水循環率，減少排污，提高污水處理水平，減少污染物排放量。