鄭國臣,王兆波,何佳吉,谷際岐
基于物元分析的松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價
鄭國臣1,王兆波2,何佳吉1,谷際岐3
(1.松遼流域水資源保護局,吉林長春130021;2.長春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程學(xué)院,吉林長春130021;3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,黑龍江哈爾濱150030)
根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù),以松花江省界緩沖區(qū)2015年44個斷面作為評價對象,選取化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅共5項水質(zhì)指標(biāo),基于物元分析方法對松花江省界緩沖區(qū)進行水質(zhì)評價。結(jié)果表明:松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)總體狀態(tài)良好,非冰封期水質(zhì)劣于冰封期水質(zhì),下游水質(zhì)劣于上游水質(zhì)。
松花江;省界緩沖區(qū);水質(zhì)綜合評價;物元分析
省界緩沖區(qū)是為控制相鄰省份水污染或上游對下游的水質(zhì)影響,協(xié)調(diào)省際間的用水關(guān)系,一般為跨省、自治區(qū)行政區(qū)河流、?。▍^(qū))邊界河流、湖泊的邊界附近等水域。省界緩沖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測與評價,可以明確跨界污染責(zé)任,落實國家水資源保護政策,還可以加強水資源污染防治與預(yù)警,對協(xié)調(diào)?。▍^(qū))際間建立和諧用水關(guān)系具有重要意義。為使省界緩沖區(qū)水資源保護工作全面到位,必須對省界緩沖區(qū)水資源質(zhì)量監(jiān)測工作進行系統(tǒng)研究,及時總結(jié)監(jiān)測工作進展,為水行政主管部門開展水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價工作提供科學(xué)可行的技術(shù)支撐。
松花江流域地跨黑、吉、蒙等省區(qū),是中國東北重工業(yè)集中地和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地,冰封期每年長達(dá)5個月。松花江流域污染主要表現(xiàn)為點面源污染并重、城市污染排放較為集中、水污染事故風(fēng)險高等特點。目前,松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價主要采用單因子評價法。單因子評價法簡單直觀,但就綜合水質(zhì)評價而言,用最差的單項指標(biāo)水質(zhì)來決定水體綜合水質(zhì)情況,不能科學(xué)地評斷其綜合水質(zhì)情況,綜合水質(zhì)評價已成為流域水環(huán)境質(zhì)量評價中一個發(fā)展最快的方向。水質(zhì)綜合評價方法主要有物元分析法、模糊數(shù)學(xué)法、污染指數(shù)法等。這些水質(zhì)綜合評價方法各有優(yōu)缺點,物元分析理論因其簡便及可靠性,常常用于研究不相容問題,能夠利用其物元模型將不相容問題轉(zhuǎn)化為相容問題,可以對流域水質(zhì)定量分析。采用物元分析法評價松花江省界緩沖區(qū)的水質(zhì)情況,對松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)的冰封期、非冰封期情況做出系統(tǒng)的分析。
物元理論以有序三元組RM=(M ,c,v)作為描述事物的基本單元,稱RM=(M ,c,v)為物元。其中M表示事物;c表示事物的特征;v表示量值。在水水質(zhì)綜合評價中,需要確定3個物元集:經(jīng)典域?qū)ο笪镌仃?、?jié)域?qū)ο笪镌仃?、待評物元矩陣。
式中:Kjvi是第i項水質(zhì)指標(biāo)對第j類水質(zhì)的關(guān)聯(lián)度;ρ(vi,vij)代表的距離;其中a,b分別是某一水質(zhì)類別的上下限。
確定各水質(zhì)指標(biāo)對各水質(zhì)類別的權(quán)重,計算綜合水質(zhì)對各水質(zhì)類別的關(guān)聯(lián)度。為了使權(quán)重系數(shù)更符合實際情況,需要對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
式中:aij代表第i個水質(zhì)指標(biāo)對第j類指標(biāo)的權(quán)系數(shù);vij代表第i項水質(zhì)指標(biāo)第j類水質(zhì)的取值范圍,水質(zhì)指標(biāo)i對應(yīng)第j類水質(zhì)的權(quán)系數(shù)計算見表1。
表1 水質(zhì)指標(biāo)i對應(yīng)第j類水質(zhì)的權(quán)系數(shù)計算
求總關(guān)聯(lián)度:
Kj(M)≥0時,完全符合被評價的類別,最大值對應(yīng)的水質(zhì)類別即為水質(zhì)評價結(jié)果;-1≤Kj(M)<0時,基本符合被評價的類別,最大值對應(yīng)的水質(zhì)類別,即為水質(zhì)評價結(jié)果;當(dāng)Kj()M<-1時,為劣V類水質(zhì)。
選取2015年松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)主要監(jiān)測斷面44個。根據(jù)實際測量的水質(zhì)數(shù)據(jù),選取化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅共5項水質(zhì)指標(biāo)作為松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價指標(biāo)。為了更全面地體現(xiàn)在2015年間44個水質(zhì)斷面的水質(zhì)變化情況,選取2個特征明顯的時間節(jié)點作為水質(zhì)評價節(jié)點:冰封期與非冰封期。冰封期選取1,2月數(shù)據(jù)均值,非冰封期選取6—8月數(shù)據(jù)均值,分別對松花江省界緩沖區(qū)的冰封期與非冰封期水質(zhì)進行分析。
根據(jù)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》確定5項監(jiān)測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值,見表2。
表2 水質(zhì)指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)mg/L
則經(jīng)典域物元矩陣為:
根據(jù)式(1)(2)確定各個樣本的關(guān)聯(lián)度后,利用公式(3)確定水質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重,見表3。
圖1 松花江省界緩沖區(qū)2015年水質(zhì)評價等級
表3 水質(zhì)指標(biāo)在不同水質(zhì)類別的權(quán)系數(shù)
按照上文的判定方法,對松花江省界緩沖區(qū)44個斷面在2015年冰封期、非冰封期的水質(zhì)情況進行類別分析,得到松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價結(jié)果,見圖1。
綜上所述,得到以下結(jié)論:松花江省界緩沖區(qū)斷面水質(zhì)情況總體較為良好,大多為Ⅰ—Ⅲ類水質(zhì)。部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)超標(biāo),其中龍家亮子斷面在冰封期與非冰封期水質(zhì)均達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)較差;浩特營子、塔虎城渡口、同江斷面在非冰封期水質(zhì)均達(dá)到Ⅳ類;白沙灘、同江斷面在冰封期為Ⅳ類水質(zhì),同江斷面在冰封期與非冰封期水質(zhì)均為Ⅳ類;從冰封期與非冰封期水質(zhì)比較來看,松花江省界緩沖區(qū)非冰封期水質(zhì)明顯劣于冰封期水質(zhì),主要污染指標(biāo)是農(nóng)業(yè)面源污染,氮磷污染嚴(yán)重;從松花江省界緩沖區(qū)監(jiān)測斷面上下游的空間來看,從加西到原種場,多數(shù)斷面水質(zhì)為Ⅰ類,而從兩家子水文站到同江斷面,Ⅱ類到Ⅲ類水質(zhì)居多,因此,松花江流域上游水質(zhì)明顯優(yōu)于下游。
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X824 < class="emphasis_bold"> [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B
B
1002—0624(2017)12—0025—03
2017-05-08