八一水庫水質(zhì)模糊綜合評價

八一水庫水質(zhì)模糊綜合評價高文志1朱俊峰2(1.河北省石家莊水文水資源勘測局河北石家莊050031；2.河北省承德水文水資源勘測局河北承德067000)摘要：模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評標方法是用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。在水質(zhì)評價中應(yīng)用時，莫糊綜合評價法考慮到了水質(zhì)分級界限的模糊性和污染因素的權(quán)重，能夠客觀地反映水體的水質(zhì)現(xiàn)狀，其評價的結(jié)果具有較強的代表性，是一種客觀、有效的水質(zhì)定量評價方法。關(guān)鍵詞：水質(zhì)；模糊；綜合評價；地表水BayiReservoirFuzzyComprehensiveEvaluationOfWaterQualityGAOwen-zhi1,ZHUjun-feng2(1.HydrologyandWaterResourcesBureauofShijiazhuangCity，Shijiazhang050051,China；

2.HydrologyandWaterResourcesBureauofChengdeCity，Chengde067000,China)Abstract:Fuzzycomprehensiveevaluationmethodisacomprehensiveevaluationmethodbasedonfuzzymathematics,Itusesfuzzymathematicstomakeanoverallassessmentofthethingsorobjectswhichconstrainedbyavarietyoffactors.Whenthefuzzycomprehensiveevaluationmethodisappliedinwaterqualityassessment,whichtakesintothehierarchicalboundariesofthewaterqualityandtheweightofpollutionfactors,thismethodcanobjectivelyreflectthestatusofwaterquality,itsevaluationresultshavestrongrepresentationThismethodisobjectiveandeffectivemethodforthequantitativeevaluationofwaterquality.Keywords:waterquality;fuzzy;comprehensiveevaluation;surfacewater引言：八一水庫位于河北省元氏縣潴龍河中游東陽村，控制流域面積139.l平方公里,水庫總庫容7387萬立方米,調(diào)洪庫容5177萬立方米,興利庫容3365萬立方米,設(shè)計灌溉面積8萬畝,是一座以防洪、灌溉為主,結(jié)合旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、發(fā)電等綜合利用的中型水利樞紐工程。其水環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響到水庫的運行和周邊及下游的生態(tài)環(huán)境，運用模糊數(shù)學的方法對八一水庫進行綜合水質(zhì)評價，是為八一水庫從客觀上真實反映其水質(zhì)情況提供理論依據(jù)。1模糊綜合評價法的原理及方法原理所謂模糊評價，就是根據(jù)給出的評價標準和實測值，經(jīng)過模糊變換對事物作出評價的一種方法。一個事物往往具有多種屬性，故評價事物必須同時考慮各種因素，但很多問題往往難以用一個簡單的數(shù)值表示，即常常帶有模糊性，這是就應(yīng)該采用模糊綜合評價。模糊綜合評價可以用數(shù)學模型來表示：B二AxR式中，A――輸入,它是由參加評價因子的權(quán)重經(jīng)歸一化處理得到的1個1xn階行矩陣；R――“模糊變換器”，它是由各單因子評價行矩陣組成的1個nxm階模糊關(guān)系矩陣；B――輸出，是要求的綜合評判結(jié)果，它是1個1xm階矩陣的形式。步驟建立因子集和評價集設(shè)影響水質(zhì)的污染因素有n個，組成評價因素集合：U二b,u,u，…,u｝，1 2 3n評價等級共m個等級，組成評價等級集合：V=b,v,v，…v｝。1 2 3m建立單因素隸屬函數(shù)隸屬函數(shù)是各單項水質(zhì)指標模糊評價的依據(jù)，各單項指標的評價又是多因素模糊綜合評價的基礎(chǔ)。因此，確定各因素對各級的隸屬函數(shù)是問題的關(guān)鍵。根據(jù)水的用途和特征，將水質(zhì)劃分為m個等級標準，用這些標準可以逐個刻劃各因素對各級標準的隸屬度，隸屬度通過隸屬函數(shù)計算得到。因此，需要建立隸屬函數(shù)，一般通過取線性函數(shù)來確定各級水質(zhì)的隸屬函數(shù)。第1級水質(zhì)，即j=1時，隸屬函數(shù)為:s-x

r={ s-x

r={ —i-ijS-Sj+10,j1,x-sr=/—i ij-1ijs-sij ij-1s-x—j+1 Ls—sij+1 ijx=siij

s<x<sij-1 iijs<x<siji ij+10<x<siijs<x<sijiij+1s<Xij+1i第2級水質(zhì)至第(m-1)級水質(zhì)，即j=2,3,...,m-1時，其隸屬函數(shù)為:末級水質(zhì)，即j=m時，其隸屬函數(shù)為:ijsij1,-s0,ijsij1,-s0,ij-1x>siijs<x<sij-1i ijx <siij-1以上各式中，x——第i個因素u的實測值iis、s、s s、s、s 因素u的第j-1、j、j+1級水質(zhì)的標準值。ij-1ijij+1 i當x給定后，可以用以上的隸屬函數(shù)求出u對各級水質(zhì)的隸屬度。ii1.2.3建立模糊評價矩陣R根據(jù)單因素隸屬度確定模糊評價矩陣R。rInr2nR=[1ijr11r12r21r22rm1rm1rm2mn1.2.4建立評價因子的權(quán)重矩陣A在綜合模糊評判中應(yīng)考慮到各指標高低有所不同，在總的污染中所起的作用亦有所差別。因此，有必要對各參評因子賦予權(quán)重。目前，常用“污染物濃度超標法”來計算權(quán)重，即按照各評判因子超標情況進行加權(quán)，超標越多，權(quán)重值越1大，針對溶解氧的數(shù)值越大則水質(zhì)越好的情況，其權(quán)重應(yīng)為一。Wi'W=二,i-1,2,...,niSi0s=丄工si=1,2,…,n;j=1,2,…,ki0k ij,j=1式中：W 因素u的權(quán)重；iix 第i個因素u的實測值iiSj—因素ui的第j級水質(zhì)的評價標準值;Si0Si0因素u的各級評價標準的均值；ik——水質(zhì)評價分級總數(shù)。為進行模糊運算，各單項權(quán)重還必須進行歸一化處理，即：為進行模糊運算，各單項權(quán)重還必須進行歸一化處理，即：a二丄2a.二1'工Wi=i'ii=1那么就得到一個1Xn的模糊權(quán)重矩陣A，即:A=(a a…a)1 2 n1.2.5進行模糊綜合評價將權(quán)重矩陣A和模糊矩陣R代入公式B=A-R,求出結(jié)果，然后對其進行分析與評價。2八一水庫水質(zhì)現(xiàn)狀的模糊綜合評價法應(yīng)用2.1建立因子集U根據(jù)八一水庫2012年7月份的水質(zhì)特點和監(jiān)測數(shù)據(jù)，本文選取了五個主要因素：U=｛溶解氧，化學需氧量，高錳酸鹽指數(shù)，氨氮，總磷，總氮，硫化物｝,各斷面的監(jiān)測項目和數(shù)據(jù)見表1。

斷面名稱溶解氧化學需氧量咼錳酸鹽指數(shù)氨氮總磷總氮硫化物水頭7.52310.6<DL0.110.4400水箱3.21411.20.2240.190.6571.15下游5.11911.80.0870.390.5850.342.2建立評價集V根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002),評價等級分為5個等級，組成評價等級集合：V={I,II,III,W,V}，各等級的標準見表2。表2 部分因素地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002) (mg/L)評價指標IIIIIwV溶解氧三7.56532化學需氧量W1515203040高錳酸鹽指數(shù)W2461015氨氮w0.150.51.01.52.0總磷w0.020.10.20.30.4總氮w0.20.51.01.52.0硫化物w0.050.10.20.51.02.3建立模糊評價矩陣R以八一水庫下游斷面為例,根據(jù)各個評價因子的隸屬函數(shù)及其實測值,求出各評價因子對于各級水質(zhì)的隸屬度，并組成模糊矩陣R1。由于溶解氧的濃度在評測標準中不符合隸屬計算時標準值的遞增性,我們需要對其進行處理，即將溶解氧指標轉(zhuǎn)換為氧虧量，近似以10°C時的飽和容氧量為標準，將其轉(zhuǎn)化為氧虧量。由10C時的飽和容氧量為10.9mg/L，則相應(yīng)的氧虧量為：D二10.9-DOw依據(jù)相應(yīng)的氧虧量，即可計算溶解氧的隸屬函數(shù)，其余因素均由隸屬函數(shù)計算；另外，實測值中出現(xiàn)的未檢出(<DL)情況，則以該因素的最小檢出值計算即可，其中氨氮的最小檢出值為0.05mg/L。由此，組成的模糊矩陣如下：00.10.90000.20.8000000.640.36R=1000010000.10.900.830.1700000.530.4702.4建立評價因子的權(quán)重矩陣A以下游斷面為例，其各評價因子的權(quán)重計算結(jié)果如表3所示，表2 部分因素地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)項目溶解氧化學需氧量高錳酸鹽指數(shù)氨氮總磷總氮硫化物xi5.11911.80.0870.390.5850.34si04.7247.41.030.2041.040.37Wi0.930.781.600.081.900.560.91a0.1370.1150.2370.0130.2810.0830.135i2.5進行斷面的模糊綜合評價以八一水庫下游斷面為例，根據(jù)模糊綜合評價法的原理，B=A-R=(0.0120.1050.3150.2380.330)由模糊評價結(jié)果可見，0.330值為最大，根據(jù)最大隸屬度原則，八一水庫下游斷面的水質(zhì)評價等級為V級。按同樣方法，對其余兩個斷面的水質(zhì)進行評價，其評價結(jié)果見表4。表4 八一水庫部分斷面水質(zhì)模糊綜合評價結(jié)果斷面名稱 I II III W V 評價等級水頭0.1890.2020.1800.3860.043水箱0.0890.0680.1390.2930.412V下游0.0130.1060.3010.2430.338V表中可見，八一水庫水頭斷面水質(zhì)為W級，其余兩個斷面水質(zhì)均為V級，水質(zhì)均受到了不同程度的污染，從各斷面因子的權(quán)重值可以分析出，水頭斷面的主要污染因素為高錳酸鹽指數(shù)和化學需氧量（a值分別為0.357和0.239），水箱斷面的主要污染因素為硫化物和高錳酸鹽指數(shù)（a值為分別為0.369和0.181），下游斷面的主要污染因素為總磷和高錳酸鹽指數(shù)（a值分別為0.281和0.237）。3結(jié)語利用模糊綜合評價法對八一水庫的水質(zhì)進行評價，避免了目前環(huán)境質(zhì)量評價中常采用一個數(shù)字指標作為分界線的簡單評價法的不足，該方法應(yīng)用在水質(zhì)評價上是科學而有效的，它具有以下特點：（1） 該方法利用隸屬函數(shù)描述水質(zhì)分級界限，而這種界限存在著模糊性，可以客觀的反映水體的整體水質(zhì)現(xiàn)狀。（2） 該方法針對各單項污染因素均作了評價，并對各污染因素的權(quán)重進行了計算，可有效確定主要污染物和主要污染類型，從而為水環(huán)境治理提供有針對性的理論依據(jù)和參考建議。參考文獻：[1]付雁鵬，高嘉銳.模糊數(shù)學在水質(zhì)評價中的應(yīng)用[M].武漢:華中工學院出版社,1986.12.國家環(huán)境保護總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.中華人民共和國國家標準，地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838—2002）.2002.萬金保，李媛媛.模糊綜合評價法在鄱陽湖水質(zhì)評價中的應(yīng)用