八一水库水质模糊综合评价

八一水库水质模糊综合评价高文志1朱俊峰2（1.河北省石家庄水文水资源勘测局河北石家庄050031；2.河北省承德水文水资源勘测局河北承德067000）摘要：模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法,是用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。在水质评价中应用时，模糊综合评价法考虑到了水质分级界限的模糊性和污染因素的权重，能够客观地反映水体的水质现状，其评价的结果具有较强的代表性，是一种客观、有效的水质定量评价方法。关键词：水质；模糊；综合评价；地表水BayiReservoirFuzzyComprehensiveEvaluationOfWaterQualityGAOwen-zhi1,ZHUjun-feng2（1.HydrologyandWaterResourcesBureauofShijiazhuangCity，Shijiazhang050051,China；2.HydrologyandWaterResourcesBureauofChengdeCity，Chengde067000,China）Abstract:Fuzzycomprehensiveevaluationmethodisacomprehensiveevaluationmethodbasedonfuzzymathematics,Itusesfuzzymathematicstomakeanoverallassessmentofthethingsorobjectswhichconstrainedbyavarietyoffactors.Whenthefuzzycomprehensiveevaluationmethodisappliedinwaterqualityassessment,whichtakesintothehierarchicalboundariesofthewaterqualityandtheweightofpollutionfactors，thismethodcanobjectivelyreflectthestatusofwaterquality，itsevaluationresultshavestrongrepresentation，Thismethodisobjectiveandeffectivemethodforthequantitativeevaluationofwaterquality.Keywords:waterquality;fuzzy;comprehensiveevaluation;surfacewater引言：八一水库位于河北省元氏县潴龙河中游东阳村，控制流域面积139.l平方公里，水库总库容7387万立方米，调洪库容5177万立方米,兴利库容3365万立方米，设计灌溉面积8万亩，是一座以防洪、灌溉为主，结合旅游、水产养殖、发电等综合利用的中型水利枢纽工程。其水环境质量的好坏直接影响到水库的运行和周边及下游的生态环境，运用模糊数学的方法对八一水库进行综合水质评价，是为八一水库从客观上真实反映其水质情况提供理论依据。1模糊综合评价法的原理及方法1.1原理所谓模糊评价，就是根据给出的评价标准和实测值，经过模糊变换对事物作出评价的一种方法。一个事物往往具有多种属性，故评价事物必须同时考虑各种因素，但很多问题往往难以用一个简单的数值表示，即常常带有模糊性，这是就应该采用模糊综合评价。模糊综合评价可以用数学模型来表示：RAB式中，A——输入，它是由参加评价因子的权重经归一化处理得到的1个n1阶行矩阵；R——“模糊变换器”，它是由各单因子评价行矩阵组成的1个mn阶模糊关系矩阵；B——输出,是要求的综合评判结果，它是1个m1阶矩阵的形式。1.2步骤1.2.1建立因子集和评价集设影响水质的污染因素有n个，组成评价因素集合：nuuuuU,,,,321，评价等级共m个等级，组成评价等级集合：mvvvvV,,,321。1.2.2建立单因素隶属函数隶属函数是各单项水质指标模糊评价的依据，各单项指标的评价又是多因素模糊综合评价的基础。因此，确定各因素对各级的隶属函数是问题的关键。根据水的用途和特征，将水质划分为m个等级标准，用这些标准可以逐个刻划各因素对各级标准的隶属度，隶属度通过隶属函数计算得到。因此，需要建立隶属函数，一般通过取线性函数来确定各级水质的隶属函数。第1级水质，即1j时，隶属函数为：iijijiijijijiijijiijxssxsssxssxr1111,0,0,1第2级水质至第(m-1)级水质，即1,,3,2mj时，其隶属函数为：111111,,,1ijiijijijiijijiijijijijiijiijsxsssxssxssssxsxr末级水质，即mj时，其隶属函数为：1111,0,,1ijiijiijijijijiijiijsxsxssssxsxr以上各式中，ix——第i个因素iu的实测值11ijijijsss、、——因素iu的第11jjj、、级水质的标准值。当ix给定后，可以用以上的隶属函数求出iu对各级水质的隶属度。1.2.3建立模糊评价矩阵R根据单因素隶属度确定模糊评价矩阵R。rijR=mnmmnnrrrrrrrrr2122221112111.2.4建立评价因子的权重矩阵A在综合模糊评判中应考虑到各指标高低有所不同，在总的污染中所起的作用亦有所差别。因此，有必要对各参评因子赋予权重。目前，常用“污染物浓度超标法”来计算权重，即按照各评判因子超标情况进行加权，超标越多，权重值越大，针对溶解氧的数值越大则水质越好的情况，其权重应为iW1。nisxiiiW,,2,1,0kjijikjnisks1,0,,2,1;,,2,11式中：Wi——因素iu的权重；ix——第i个因素iu的实测值ijs——因素iu的第j级水质的评价标准值；si0——因素iu的各级评价标准的均值；k——水质评价分级总数。为进行模糊运算，各单项权重还必须进行归一化处理，即：1,11niiniiiiaWWa那么就得到一个n1的模糊权重矩阵A，即：naaaA211.2.5进行模糊综合评价将权重矩阵A和模糊矩阵R代入公式RAB，求出结果，然后对其进行分析与评价。2八一水库水质现状的模糊综合评价法应用2.1建立因子集U根据八一水库2012年7月份的水质特点和监测数据，本文选取了五个主要因素：U={溶解氧，化学需氧量，高锰酸盐指数，氨氮，总磷，总氮，硫化物},各断面的监测项目和数据见表1。表1八一水库部分断面水质监测结果(mg/L)断面名称溶解氧化学需氧量高锰酸盐指数氨氮总磷总氮硫化物水头7.52310.6DL0.110.4400水箱3.21411.20.2240.190.6571.15下游5.11911.80.0870.390.5850.342.2建立评价集V根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），评价等级分为5个等级，组成评价等级集合：V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，各等级的标准见表2。表2部分因素地表水环境质量标准(GB3838-2002)(mg/L)评价指标ⅠⅡⅢⅣⅤ溶解氧≥7.56532化学需氧量≤1515203040高锰酸盐指数≤2461015氨氮≤0.150.51.01.52.0总磷≤0.020.10.20.30.4总氮≤0.20.51.01.52.0硫化物≤0.050.10.20.51.02.3建立模糊评价矩阵R以八一水库下游断面为例，根据各个评价因子的隶属函数及其实测值，求出各评价因子对于各级水质的隶属度，并组成模糊矩阵1R。由于溶解氧的浓度在评测标准中不符合隶属计算时标准值的递增性，我们需要对其进行处理，即将溶解氧指标转换为氧亏量，近似以10℃时的饱和容氧量为标准，将其转化为氧亏量。由10℃时的饱和容氧量为10.9mg/L，则相应的氧亏量为：DODw9.10依据相应的氧亏量，即可计算溶解氧的隶属函数，其余因素均由隶属函数计算；另外，实测值中出现的未检出(DL)情况，则以该因素的最小检出值计算即可，其中氨氮的最小检出值为0.05mg/L。由此，组成的模糊矩阵如下：047.053.0000017.083.009.01.00000000136.064.0000008.02.00009.01.001R2.4建立评价因子的权重矩阵A以下游断面为例，其各评价因子的权重计算结果如表3所示，表2部分因素地表水环境质量标准(GB3838-2002)项目溶解氧化学需氧量高锰酸盐指数氨氮总磷总氮硫化物ix5.11911.80.0870.390.5850.340is4.7247.41.030.2041.040.37iW0.930.781.600.081.900.560.91ia0.1370.1150.2370.0130.2810.0830.1352.5进行断面的模糊综合评价以八一水库下游断面为例，根据模糊综合评价法的原理，330.0238.0315.0105.0012.0RAB由模糊评价结果可见，0.330值为最大，根据最大隶属度原则，八一水库下游断面的水质评价等级为Ⅴ级。按同样方法，对其余两个断面的水质进行评价，其评价结果见表4。表4八一水库部分断面水质模糊综合评价结果断面名称ⅠⅡⅢⅣⅤ评价等级水头0.1890.2020.1800.3860.043Ⅳ水箱0.0890.0680.1390.2930.412Ⅴ下游0.0130.1060.3010.2430.338Ⅴ表中可见，八一水库水头断面水质为Ⅳ级，其余两个断面水质均为Ⅴ级，水质均受到了不同程度的污染，从各断面因子的权重值可以分析出，水头断面的主要污染因素为高锰酸盐指数和化学需氧量（a值分别为0.357和0.239），水箱断面的主要污染因素为硫化物和高锰酸盐指数（a值为分别为0.369和0.181），下游断面的主要污染因素为总磷和高锰酸盐指数（a值分别为0.281和0.237）。3结语利用模糊综合评价法对八一水库的水质进行评价，避免了目前环境质量评价中常采用一个数字指标作为分界线的简单评价法的不足，该方法应用在水质评价上是科学而有效的，它具有以下特点：(1)该方法利用隶属函数描述水质分级界限，而这种界限存在着模糊性，可以客观的反映水体的整体水质现状。(2)该方法针对各单项污染因素均作了评价，并对各污染因素的权重进行了计算，可有效确定主要污染物和主要污染类型，从而为水环境治理提供有针对性的理论依据和参考建议。参考文献：[1]付雁鹏，高嘉锐.模糊数学在水质评价中的应用[M].武汉：华中工学院出版社，1986.12.[3]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.中华人民共和国国家标准，地表水环境质量标准（GB3838—2002）.2002.[4]万金保，李媛媛.模糊综合评价法在鄱阳湖水质评价中的应用[J].上海环境科学，2007.[5]汪尚鹏，李江云，郑旭荣等.水质模糊评价的探讨[J].中国农村水利水电，2005，（1）：49-51.[6]奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境检测[M].北京：高等教育出版社，1995.[7]贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津：天津科技出版社，1983.[8]高荣松等.环境影响评价原理和方法[M].四川：四川科学技术出版社，1989.[9]丁桑岚.环境评价概论[M].北京：化学工业出版社，2001（4）：17-52.[10]刘勇.南彭水库饮用水源水质模糊综合评价[J].三峡环境与生态，2013.1.