基于模糊綜合評價法評價引黃灌區供水水質

房本巖 魏守民

(濱州市引黃灌溉服務中心，山東 濱州 256600)

水質評價是對人類所處的水環境要素進行的定量描述。在已往的水質評價中，大多采用單因子評價法或綜合指數法[1]，而水環境質量中污染程度的界線是模糊的，人為用特定分級標準去評價是不確切的，且在水質監測中，水質評價指標往往有多項，各項指標的分級也有所不同，難以用確定的方式界定該水質屬于哪類。模糊數學中的綜合評價法，可解決以上問題，可把定性評價轉化為定量評價，打破以往僅用一個水質指標來進行評判的弊端。本文以簸箕李引黃灌區為例，利用改進的模糊數學綜合評價法對供水的水質優劣情況進行評判，可為其他地區的水質評價提供參考。

1 灌區概況及指標選擇

簸箕李引黃灌區位于山東省北部，黃河下游左岸，工程規模為大(1)型，屬國家大型灌區，擔負著濱州市的惠民縣、陽信縣、無棣縣共計24個鎮(街道辦)的工業及農業生產供水任務，并兼顧108萬城鄉居民飲水保障。引黃閘設計流量為75m3/s，設計灌溉面積7.87萬hm2。2019年對簸箕李引黃灌區的供水水質共進行了5次采樣監測，選擇了對水質有較大影響的10種污染指標，將監測結果進行加權平均，結果見表1。

表1 2019年簸箕李引黃灌區供水水質監測結果 單位：mg/L

2 模糊綜合評價法評價灌區水質

2.1 評價因子集U和評判集V的確定

設定污染因子集為U，U={U1，U2，…，Ui}，其中Ui為影響評價的各因子[2]。此次評價的因子為表1中所列的10個污染因子，即U={化學需氧量，高錳酸鹽指數，氨氮，總氮，總磷，鉻(六價)，揮發酚，氰化物，石油類，pH值}。

評判集V根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的5個級別進行分級，評判集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}[3]，水質標準分級限值見表2。

表2 水質標準分級限值 單位：mg/L

2.2 建立隸屬函數

水質的污染程度及水環境質量標準劃分較為模糊，如在《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中，化學需氧量Ⅱ類水質標準為不大于15.0mg/L，如果監測值為15.1mg/L，則為Ⅲ類水質，監測值為15.0mg/L，則為Ⅱ類水質，測量值僅相差0.1mg/L，水質等級則完全不同。因此，利用隸屬度對分級界限進行描述更為客觀。隸屬度是指各污染因子隸屬水環境質量界限標準的程度，根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中各級界限值，分別建立不同分級界限的評價因子隸屬函數[2]：

Ⅰ類水，j=1時：

Ⅱ～Ⅳ類水，j=2,3,4時：

Ⅴ類水，j=5時：

式中：rij為評價矩陣R的元素；Ci為實測第i種污染因子的數值；Sij為第i種污染因子第j類水的分級界限標準值[4]。

2.3 建立單因子評價矩陣R

以評價集中單因子Ui的水環境質量情況，確定每一個Ui對評判集中元素Vj的隸屬程度rij，從而得到評價矩陣R[5]：

因污染因子集U中有10個污染因子，評判集V中有5個級別，因此i=10，j=5。

根據上述的隸屬函數，進行單因子rij評價，把污染因子的10個實測值和5個分級標準值代入隸屬函數中，可求出每一個rij的值，即

2.4 計算權重集A

由于評價因子集U中各污染因子影響水環境質量的程度不同，需對各污染因子Ui賦予不同的權重ai，使評價結果更客觀實際[6]。各污染因子權重計算結果見表3。表3中以《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)分類中的Ⅲ類水標準值為基準，利用各污染因子對該標準值的偏離程度進行度量，各實測污染因子數值越大，賦予的權重越大，其對水質污染影響程度越大。

表3 各污染因子權重計算結果

由表3可知，權重集A=(0.194，0.124，0.115，0.129，0.155，0.127，0.030，0.003，0.106，0.017)。

2.5 模糊綜合評價

根據上述的評價矩陣和權重集，可得出模糊綜合評價集B：

B=AR

式中：B為綜合判別結果；A為因素的權重集；R為單因子評價矩陣[8]。

其中

式中：bj為評價集B中第j級水的計算值。

評價集綜合考慮了各種因素的影響和各項參數在評價中的作用，既體現了污染指標濃度因素所占權重大小，又考慮了隸屬度在復合運算中的地位，因此根據評判結果能夠相對準確地判定水質狀況[9]。經兩個模糊矩陣復合運算可得出：

B=(0.179，0.247，0.439，0.136，0)

評價集運算結果表明，簸箕李引黃灌區供水水質對Ⅰ類水的隸屬度為0.179，對Ⅱ類水的隸屬度為0.247，對Ⅲ類水的隸屬度為0.439，對Ⅳ類水的隸屬度為0.136，對Ⅴ類水的隸屬度為0。因對Ⅲ類水的隸屬度最大，故簸箕李引黃灌區供水水質為Ⅲ類。

黃河水是簸箕李引黃灌區的唯一引水水源，黃河來水量與水質狀況對灌區至關重要，特別是灌區下游的無棣縣，其北臨渤海，因地下水含鹽量高而無法利用，當地居民唯一的飲用水源就是灌區供給的黃河水，且當地工農業生產也主要依賴黃河水。近年來，隨著黃河流域水土保持綜合治理和污染防治工作的深入開展，生態環境呈逐步改善趨勢[10]，與當地的水質監測數據一致。黃河水質的逐步改善，對引黃灌區影響較大，能夠提高灌溉農作物的產量和品質，居民供水處理成本進一步降低，居民飲水質量明顯提升。

3 結 語

水環境質量中污染程度的界線是模糊的，人為用特定分級標準去評價是不確切的，而模糊數學綜合評價法是一種比較科學合理的水質評價方法，克服了以往單因子評價法和綜合指數法的弊端。本文針對簸箕李引黃灌區，選擇了對水質有較大影響的10種監測指標作為評價依據，充分考慮了各種因素的影響程度，利用改進的模糊數學綜合評價法，客觀準確地判定出簸箕李引黃灌區供水水質為Ⅲ類。