張二麗， 汪太行，王玉龍，馮 宇

(鄭州財經學院 信息工程學院，河南 鄭州 450044)

引言

黨的十八大以來，在習近平總書記生態(tài)文明思想的指引下，河南省積極落實黨中央、國務院有關生態(tài)文明建設的決策安排，大力推進生態(tài)文明建設的相關工作，出臺了《關于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》和《河南省污染防治攻堅戰(zhàn)三年行動計劃(2018-2020年)》.東風渠位于鄭州市北部，一直承擔著鄭州市東郊區(qū)農田灌溉用水的重要補給河流的責任，也是鄭州市居民生活污水和工業(yè)廢水排放的河流之一[1]，在鄭州市的生態(tài)環(huán)保體系中發(fā)揮著十分重要的作用.

基于鄭州市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的2018年9月至2019年8月鄭州市東風渠流入七里河處的水資源監(jiān)測數(shù)據[2]，利用模糊綜合評價模型對東風渠的水環(huán)境質量進行評價分析.通過計算一年中東風渠流入七里河處的溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP) 四個評價因子的權重值可知，東風渠水體的主要污染物為溶解氧(DO)和化學需氧量(COD).這為鄭州市生態(tài)環(huán)境局對東風渠水體污染物的治理提供了理論依據和科學支持.

1 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法.根據模糊數(shù)學的隸屬度理論，模糊綜合評價方法是將定性評價轉化為定量評價，從多方面綜合評價被評判事物的隸屬度狀況.模糊數(shù)學概念的引入滿足了水質評價的客觀要求[3].為了全面了解東風渠現(xiàn)階段的水質狀況及污染情況，本文以2018年9月至2019年8月一年內鄭州市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的東風渠流入七里河處水質監(jiān)測數(shù)據為對象，對東風渠水環(huán)境質量進行評價與分析.

1.1 模型建立的思想

根據模糊數(shù)學的思想，將描述水質的數(shù)據、判斷和各種定性表述轉化為模糊語言，綜合識別和判斷水質狀況[4]，從而建立模糊綜合評價數(shù)學模型.

1.2 建立綜合評價因子集

選擇水質檢測數(shù)據的若干檢測指標作為評價因子，建立因子集[5].按照監(jiān)測條件，選擇2018年9月至2019年8月東風渠流入七里河處的4項指標作為評價因子，即綜合評價的因子集為:U={u1,u2,u3,u4}，簡記為U={ui}.其中u1表示溶解氧(DO)，u2表示化學需氧量(COD)，u3表示氨氮(NH3-N)，u4表示總磷(TP)，ui表示第個污染因子值.

1.3 建立綜合評價集

由水質監(jiān)測數(shù)據建立各因子指標對各級標準的隸屬度集，形成隸屬矩陣，再把因子權重集與隸屬度矩陣相乘，得到模糊積，獲得一個綜合評價集[6].在環(huán)境質量評價中，水體污染程度本身是一個模糊概念，評價水體污染程度的分級標準也具有模糊的特征[7].根據國家地表水環(huán)境質量標準(GB3838-2002)[8]，依據水域環(huán)境功能和保護目標，將水質類別劃分為5級，建立綜合評價集為：V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}，簡記為V=(vi).其中vi代表ui的評判標準集，各級指標為地表水環(huán)境質量目標準限值，如表1所示.

表1 目標準限值 mg/L

1.4 計算權重確定因子權向量

權重是能夠很好反映出各個參評因子在總體水環(huán)境質量中地位的數(shù)值.在評價過程中，每個因子的重要程度是不同的，為此，對集合U中的每個因子ui賦以一個相應的權重αi，構成權重集A=(α1,α2,α3…αn).計算權重的方法較多，本文采用污染物濃度超標加權法.該方法為：

上式中，ci是因子ui的濃度實測值，si是因子ui在各級環(huán)境標準的均值，sij是第i個因子第j級的標準值，k為評判標準集分級數(shù).

本文選取的是2018年9月至2019年8月一年的東風渠流入七里河處監(jiān)測數(shù)據，如表2所示.

表2 2018年9月至2019年8月東風渠流入七里河處監(jiān)測數(shù)據 mg/L

按照氣象部門季節(jié)劃分法，將數(shù)據劃分為2018年9月到11月(秋季)，2018年12月到2019年2月(冬季)，2019年3月到5月(春季)，2019年6月到8月(夏季).以2018年9月到11月，即秋季東風渠流入七里河處溶解氧(DO)u1指標為例，根據以下公式計算各級環(huán)境標準的平均值為：

s1=(7.5+6+5+3+2)/5=4.7，

α1=7.8/4.7=1.66.

同理，得出東風渠流入七里河處u2、u3、u4指標的權重值為：

α2=1.04，α3=0.23，α4=0.64.

A={0.468,0.294,0.063,0.175}.

同理可得東風渠流入七里河處其他三個季節(jié)評價因子的權重值，如表3所示.

表3 東風渠流入七里河處季節(jié)評價因子權重值

1.5 確定隸屬度向量，建立模糊關系矩陣

假設隸屬度為線性函數(shù)，建立一個U到F(V)的模糊映射f:U→F(V)，通過f誘導得出模糊關系矩陣R，本文采用分段線性函數(shù)來確定隸屬函數(shù)[9].

已知東風渠水質分為5個級別，即V=(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ)，ci.水質等級的隸屬函數(shù)為：

其中，sij是第i個因子第j級的標準值.根據此式可得秋季模糊關系矩陣R秋：

同理可得其他季節(jié)的模糊矩陣如下：

1.6 建立模糊綜合評價模型

單因子模糊評價法只能反映出單個因子對評價對象的影響.正常情況下，影響評價對象的因子不止一個，所以必須考慮所有因子的影響，即綜合評價[10].將模糊關系矩陣與權重集合A復合，記為:B=A°R, 其中°為綜合評價合成算子.本文取成一般的矩陣乘法為B=A*R=(B1，B2，…Bn).

1.7 水質評價結果及分析

東風渠流入七里河處秋季水質綜合評價向量：

同理可得東風渠流入七里河處冬季、春季、夏季的模糊綜合評價結果，如表4所示.

表4 模糊綜合評價結果

由表4可以看出，在4個季節(jié)評價結果中，冬季的評價結果為Ⅰ類，春季的評價結果為Ⅲ類，夏季和秋季的評價結果均為Ⅳ類，水環(huán)境質量不容樂觀.對4個季節(jié)排序，可以看出受污染輕重程度依次為：冬季<春季<夏季<秋季.

通過分析各因子的權重值得知，在影響東風渠水質的四類指標中，DO和COD對水質的影響程度相對較大.這也是導致東風渠水體富營養(yǎng)化的主要污染物.

2 結論

基于鄭州市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的東風渠流入七里河處的水質監(jiān)測數(shù)據，運用模糊數(shù)學評價方法，建立模糊綜合評價模型，對東風渠實測的DO、COD、NH3-N、TP四個指標進行評價與分析.評價結果表明，東風渠水體受污染主要是由DO和COD造成的.同時，按照季節(jié)劃分法，將選取的數(shù)據劃分為春、夏、秋、冬四個季節(jié)進行評價分析，結果顯示，受污染輕重程度依次為：冬季<春季<夏季<秋季.

夏季、秋季是水污染的易發(fā)期，應及時對河流中含有的DO、COD等化學因素進行處理.最大限度地減少廢水排量，防止工業(yè)廢水污染；加強凈化處理和過濾中和，最大限度地降低廢水中DO、COD的濃度.

3 展望

鄭州市東風渠的檢測位點較多，本文只選擇了東風渠流入七里河處水質進行評價研究，不能全面反映東風渠整條河流的水質情況.在今后的研究中可以進一步增加水質樣本容量，深入研究確定水質評價指標，以期最終選取的權重能真實、客觀地體現(xiàn)各因子的作用，為鄭州市生態(tài)環(huán)境局水環(huán)境污染防治提供一定的科學參考.