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        基于物元分析的松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價

        2017-12-20 06:23:16鄭國臣王兆波何佳吉谷際岐
        東北水利水電 2017年12期
        關(guān)鍵詞:省界冰封松花江

        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

        1 概況

        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。

        2 物元分析法

        2.1 物元的確定

        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。

        2.2 關(guān)聯(lián)度的確定

        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。

        2.3 計算權(quán)系數(shù)

        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

        2.4 水質(zhì)類別的確定

        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)。

        3 實例應(yīng)用

        3.1 監(jiān)測樣本的選取

        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。

        3.2 物元矩陣的確定

        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:

        3.3 權(quán)系數(shù)的計算

        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)

        3.4 松花江省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價

        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。

        4 結(jié)論

        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。

        [1]常婷婷,姜世中,羅斌,彭文甫.物元分析法在巢湖西半湖水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].四川環(huán)境,2015(05):36-40.

        [2]張文,王莉,鄭夢啟.基于熵權(quán)賦權(quán)的物元模型在河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].中國水運(下半月),2015(08):86-88+127.

        [3]孫學(xué)穎,唐德善,張新嬌.改進物元分析模型在北之江流域水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技,2014(03):55-58.

        [4]樊引琴,劉婷婷,李女畫,焦偉晨.物元分析法在黃河水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學(xué)報,2013(02):166-169.

        X824 < class="emphasis_bold"> [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

        B

        1002—0624(2017)12—0025—03

        2017-05-08

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