趙應(yīng)鳳

（天津市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，天津 300204）

1 引言

1.1 研究目的和意義

水是生命的起源，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境出現(xiàn)了嚴(yán)重的污染問題，這是一個全世界范圍內(nèi)急需解決的問題。水資源質(zhì)量評價是針對天然水（地表水、地下水）進(jìn)行的，是水資源數(shù)量評價前開展的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是眾多評價參數(shù)的綜合結(jié)果。通過對山西省桑干河河流水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價，了解影響本地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的主要污染源和污染因子，進(jìn)而為保護(hù)河流水環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 發(fā)展趨勢

水環(huán)境質(zhì)量綜合評價法具有十分成熟的基本理論和方法。模糊數(shù)學(xué)等方法將不斷應(yīng)用于環(huán)境評價中，并將成為今后的一大熱門研究，其隨機(jī)性、模糊性往往共存于所研究的對象和問題中，水環(huán)境評價中不同的方法耦合是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。因而，運(yùn)用模糊分析等方法的耦合思路研究水資源評價將得到人們的關(guān)注。

模糊綜合評價法是依據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使用隸屬函數(shù)敘說各評價參數(shù)的分類界限，考慮界限的模糊性，建立水質(zhì)參數(shù)的模糊集合，形成其模糊關(guān)系矩陣；根據(jù)各評價參數(shù)的作用，確定不同的權(quán)重，建立權(quán)重矩陣，通過運(yùn)算推求出水質(zhì)評價的隸屬函數(shù)，以隸屬度最大者為評價的分類標(biāo)準(zhǔn)。

2 應(yīng)用模糊綜合評價法評價桑干河水環(huán)境質(zhì)量

2.1 桑干河概況

桑干河是山西省境內(nèi)的主要河流，上游多座水庫擔(dān)負(fù)著向官廳水庫供水的任務(wù)。其中，東榆林水庫和固定橋位于桑干河的干流上游，堡子灣及艾莊位于桑干河的二級支流上。山西省是我國環(huán)境污染嚴(yán)重的省份之一，全省有73%的監(jiān)測斷面水質(zhì)超過國家地表水V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，喪失了使用功能。

2.2 桑干河水環(huán)境質(zhì)量評價

（1）建立評價對象的因素集。考慮到山西省工業(yè)廢水和生活污水的特點(diǎn)，根據(jù)我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），按照監(jiān)測數(shù)據(jù)和主要污染物的代表性確定5 個參數(shù)作為評價因子：溶解氧（DO），氨氮（NH3-N），氟化物，五日生化需氧量（BOD5），高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）。山西省桑干河?xùn)|榆林水庫、固定橋、堡子灣和艾莊4個監(jiān)測斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，見表1。

表1 桑干河水體水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù) mg/L

（2）建立評價集。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）（見表2），將河流分為5 個等級，即評價集：V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值 mg/L

（3）各參數(shù)隸屬度及模糊關(guān)系矩陣的確立。水污染程度和水質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)具有模糊性，根據(jù)各個指標(biāo)的5 級標(biāo)準(zhǔn)，確定出5 個級別的隸屬函數(shù)。除DO外，各個評價指標(biāo)以數(shù)值小為最優(yōu)。

DO采用偏大型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：DOu1（c）、DOu2（c）、DOu3（c）、DOu4（c）、DOu5（c）為DO評價因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測濃度值（mg/L）。

NH3-N采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：NH3-Nu1（c）、NH3-Nu2（c）、NH3-Nu3（c）、NH3-Nu4（c）、NH3-Nu5（c）為NH3-N 評價因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測濃度值（mg/L）。

氟化物采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：氟化物u1，2，3（c）、氟化物u4，5（c）為氟化物評價因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測濃度值（mg/L）。

BOD5采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：BOD5u1，2（c）、BOD5u3（c）、BOD5u4（c）、BOD5u5（c）為BOD5評價因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測濃度值（mg/L）。

CODMn采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式 中：CODMnu1（c）、CODMnu2（c）、CODMnu3（c）、CODMnu4（c）、CODMnu5（c）為CODMn評價因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測濃度值（mg/L）。

有了各評價指標(biāo)的隸屬函數(shù)，就可以進(jìn)行隸屬度的計(jì)算（在隸屬度相同的情況下，為了趨于安全的考慮，確定隸屬度為等級較高的），建立模糊關(guān)系矩陣（R）。

現(xiàn)以東榆林水庫為例，根據(jù)各評價指標(biāo)的實(shí)測值，分別代入各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，算出各個指標(biāo)的隸屬度，得到其模糊關(guān)系矩陣（R）為：

同理，其余各斷面的模糊矩陣為：

（4）評價因素模糊權(quán)重集的確定。DO、BOD5等指標(biāo)對水質(zhì)的影響程度不同，根據(jù)污染物對水質(zhì)的污染程度原則來決定權(quán)重的大小。

以東榆林水庫為例，計(jì)算各參數(shù)的權(quán)重為：

式中：w為各參數(shù)的污染指數(shù)值（權(quán)重值）；c為各參數(shù)的實(shí)測濃度值；s為各參數(shù)的各級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的算數(shù)平均值。

對各參數(shù)的權(quán)重值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，得到：

進(jìn)而，得出東榆林水庫斷面的權(quán)重集為：

同理，其余各斷面的權(quán)重集為：

（5）評價結(jié)果計(jì)算。將上述計(jì)算的各參數(shù)組成的權(quán)重集(A)與各評價對象和評價標(biāo)準(zhǔn)組成的模糊矩陣(R)進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算(A×R)，以東榆林水庫為例，得到模糊綜合評價結(jié)果為：

根據(jù)上述步驟，可以計(jì)算出其他3 個監(jiān)測斷面的模糊綜合評價結(jié)果。各斷面的模糊綜合評價結(jié)果，見表3。

表3 各斷面模糊綜合評價結(jié)果

（6）評價結(jié)果。評價結(jié)果的值為對應(yīng)各級水質(zhì)的隸屬度，取其中最大者作為該水體的綜合評價級數(shù)，若有兩個數(shù)值相同，應(yīng)取兩個數(shù)值中相鄰數(shù)值較大者。

東榆林水庫屬于Ⅱ類水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)較輕。固定橋?qū)儆冖躅愃|(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)非常嚴(yán)重。堡子灣屬于Ⅴ類水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）超標(biāo)較輕，氨氮（NH3-N）超標(biāo)非常嚴(yán)重，高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)較嚴(yán)重。艾莊屬于Ⅴ類水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)非常嚴(yán)重。

3 結(jié)論

筆者運(yùn)用模糊綜合評價法對桑干河水體水質(zhì)進(jìn)行了科學(xué)的評定，得出東榆林水庫屬于Ⅱ級水質(zhì)和固定橋、堡子灣、艾莊均屬于Ⅴ級水質(zhì)。由對桑干河監(jiān)測統(tǒng)計(jì)的排放量可知，各區(qū)段COD 排放總量為18 665.8 t/a、氨氮排放總量為1 862.3 t/a、揮發(fā)酚排放總量為213.6 t/a，可見造成桑干河流域水污染的主要污染物有COD、氨氮和揮發(fā)酚。

針對桑干河流域污染嚴(yán)重的狀況，應(yīng)強(qiáng)化桑干河流域政府和居民的環(huán)保意識。

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