汪鑰龍 魏煒 覃家飛 范文陽(yáng) 吳佳昌

（1、廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530023 2、廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530023）

水質(zhì)評(píng)價(jià)是按照選定的指標(biāo)，對(duì)各類(lèi)型的水體質(zhì)量進(jìn)行定性或定量的檢測(cè)，根據(jù)一定的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法和水質(zhì)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的過(guò)程。2018 年1 月1 日，經(jīng)第二次修訂的《中國(guó)人民共和國(guó)水污染防治法》正式實(shí)行，其中與水質(zhì)要求相關(guān)的條款更趨嚴(yán)格，而水質(zhì)評(píng)價(jià)作為水體情況評(píng)定、水資源管理和水污染防治問(wèn)題的主要途徑，對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用和污水處理等起著決定性作用。

水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法[1]、主成分分析法[2]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[3]和健康風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)法[4]等。在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中明確指出，地表水質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)水域功能類(lèi)別，選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)該說(shuō)明水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，超標(biāo)部分應(yīng)說(shuō)明清楚超標(biāo)項(xiàng)目、倍數(shù)以及達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。單因子評(píng)價(jià)法可以直觀的觀察出各個(gè)水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)污染程度，以單項(xiàng)最差的水質(zhì)因子所對(duì)應(yīng)的類(lèi)別作為此評(píng)價(jià)區(qū)域的等級(jí)。雖然該方法概念明確、易于操作、計(jì)算簡(jiǎn)單，但是由于其“一票否決”和范圍性原則，該方法不能準(zhǔn)確的表達(dá)出各同類(lèi)水體的綜合情況，存在單一性和局限性。因此，本文將密切值法[5]引入到水質(zhì)評(píng)價(jià)中的單因子評(píng)價(jià)法中，作為對(duì)單因子評(píng)價(jià)方法的補(bǔ)充和完善。

1 密切值法在水質(zhì)評(píng)價(jià)單因子評(píng)價(jià)法中的步驟

密切值法（Close Value Method）是工程學(xué)中一種常用的多目標(biāo)決策的優(yōu)選方法，此方法通過(guò)找出各評(píng)價(jià)對(duì)象中影響因子指標(biāo)的“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”界限，分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)指標(biāo)到“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”之間的歐氏距離，求出評(píng)價(jià)對(duì)象的密切值，再按照所求密切值的大小排列出評(píng)價(jià)對(duì)象間的優(yōu)劣順序，從而將多目標(biāo)決策轉(zhuǎn)換為單一的綜合值進(jìn)行評(píng)價(jià)，密切值越小，則表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu)。對(duì)同類(lèi)型的水質(zhì)進(jìn)行優(yōu)劣評(píng)價(jià)是典型的多目標(biāo)評(píng)價(jià)，因此，本文嘗試將密切值法應(yīng)用到水質(zhì)評(píng)價(jià)單因子評(píng)價(jià)法中，為單因子評(píng)價(jià)法中同類(lèi)型水質(zhì)情況提供科學(xué)合理的排序，具體步驟如下:

1.1 構(gòu)建原始的影響因子指標(biāo)矩陣

假定某水資源論證項(xiàng)目n 個(gè)擬定取水口均為某類(lèi)水，各擬定取水口的水樣中有m 個(gè)影響因子指標(biāo)，則可以構(gòu)建n×m 階的影響因子指標(biāo)矩陣Y:

其中，m 表示影響因子指標(biāo)的項(xiàng)數(shù)；n 表示取水樣品的個(gè)數(shù)；anm表示第m 個(gè)取水樣品的第n 項(xiàng)影響因子指標(biāo)的值。

1.2 影響因子指標(biāo)矩的同向化和規(guī)范化

在構(gòu)建原始影響因子矩陣的評(píng)價(jià)指標(biāo)中，既有對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)生正向作用的因子，也有對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)產(chǎn)生負(fù)向作用的因子，為了使各指標(biāo)具有可比性，需對(duì)其進(jìn)行同向化處理，即將對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)向作用的指標(biāo)前添加負(fù)號(hào)。又因?yàn)椴煌u(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量級(jí)和量綱不同，為了獲得無(wú)量綱的規(guī)范化矩陣，需要對(duì)原始矩陣（1）按規(guī)范化公式（3）進(jìn)行處理。

1.3 確定各項(xiàng)的“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”

利用Excel 計(jì)算出各項(xiàng)“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”，構(gòu)建構(gòu)建“最優(yōu)點(diǎn)”矩陣A+（4）和“最劣點(diǎn)”矩陣A-（5）。

各項(xiàng)“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”計(jì)算公式：

1.4 計(jì)算各水質(zhì)評(píng)價(jià)因子到最優(yōu)點(diǎn)和最劣點(diǎn)的距離

1.5 計(jì)算各水質(zhì)密切值并排序

分別計(jì)算各水質(zhì)的密切值Ci，然后根據(jù)密切值的大小進(jìn)行排序。

2 水質(zhì)評(píng)價(jià)工程實(shí)例

2021 年，編者所在課題組承接的廣西隆安縣某水廠取水口設(shè)置項(xiàng)目中，計(jì)劃從三個(gè)取水口處擇優(yōu)進(jìn)行取水，因此需對(duì)項(xiàng)目所在水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在項(xiàng)目所在的論證河段的擬取水的3 個(gè)斷面進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)根據(jù)《全國(guó)重要江河湖泊水功能區(qū)劃（2011-2030 年）》（2017），3 個(gè)斷面水質(zhì)均執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，課題組委托某監(jiān)測(cè)公司與2021 年10 月17-10 月19 日連續(xù)三天對(duì)三個(gè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值（表1）和地表水監(jiān)測(cè)結(jié)果（表2），計(jì)算出各影響因子項(xiàng)目平均值及各指標(biāo)屬性（表3）：

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值單位：mg/L（pH 值除外）

表2 地表水監(jiān)測(cè)結(jié)果單位：mg/L，特別注明除外

根據(jù)表3 按照公式（1）構(gòu)建判斷矩陣Y：

表3 各斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果均值及各指標(biāo)屬性情況表單位：mg/L，特別注明除外

按公式（3）對(duì)矩陣Y 進(jìn)行同向化和規(guī)范化處理，得到規(guī)范化矩陣R:

按公式（4）和公式（5）求出各指標(biāo)的最優(yōu)矩陣A+和最劣矩陣A-:

按公式（8）和公式（9）計(jì)算出各斷面影響因子指標(biāo)到其“最優(yōu)點(diǎn)”和“最劣點(diǎn)”的歐氏距離：

根據(jù)公式（10）求出各斷面水質(zhì)的密切值，得到1#斷面的密切值0.036，2#斷面的密切值0.240，3#斷面的密切值0.487，由于密切值越小代表越水質(zhì)越好，因此1#斷面的水質(zhì)最好，取水口應(yīng)設(shè)于此處。

3 討論

根據(jù)工程實(shí)例的計(jì)算，最終選擇水質(zhì)最優(yōu)的1#取水

點(diǎn)進(jìn)行取水，因?yàn)榫C合來(lái)看，1#斷面的水質(zhì)情況最好，在9 項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中，有溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷4項(xiàng)是最優(yōu)指標(biāo)，僅有1 項(xiàng)是最差指標(biāo)，因此在綜合計(jì)算中，1#斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)得到的密切值最小，水質(zhì)最優(yōu)。廣西隆安縣某水廠取水口設(shè)置項(xiàng)目中實(shí)例的計(jì)算結(jié)果表示1#斷面水質(zhì)是最好的，在實(shí)際的取水口選擇鐘，項(xiàng)目評(píng)審專(zhuān)家認(rèn)定1#斷面水質(zhì)相對(duì)更好，在其他條件相似的情況下最終選擇1#斷面為取水口，與實(shí)際工程選擇是相同的，這說(shuō)明密切值法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中是切實(shí)可行的。

4 結(jié)論

本文將密切值法用于水質(zhì)單因子評(píng)價(jià)法中，對(duì)于同類(lèi)水的優(yōu)劣進(jìn)行更為詳細(xì)的排序，是對(duì)單因子評(píng)價(jià)法的完善和補(bǔ)充，在水質(zhì)評(píng)價(jià)中具有重要的借鑒意義。