模糊综合评价法在巢湖市饮用水水源保护区水质评价中的应用

模糊综合评价法在巢湖市饮用水水源保护区水质评价中的应用 陶涛，孙世群 （1. 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥230009） 摘要：本文将模糊综合评价应用到巢湖市饮用水水源保护区的水质评价中，通过确定所选取因子的权重和隶属度，对该保护区4个监测断面的不同时期水质进行综合评价，评价结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：该保护区水质状况不容乐观，8月水质相对较差，主要污染因子为氮、COD和高锰酸盐。 同时，将模糊评价结果与单因子评价结果进行对比，体现了单因子评价法在确定水质级别中的从严性，而模糊评价法能有效地解决水质级别划定时的亦此亦彼性，能为制定水域的环保政策和规划提供合理、科学的理论依据。 关键词：水源保护区；水质评价；模糊综合评价法；单因子评价； Fuzzy Comprehensive Evaluation Method Apply in the Drinking Water Source Protection Zone Water Quality in Chaohu City Tao Tao1, Sun Shiqun1, Jiang Dongdong1, Fang Hongwei1 (1. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China) Abstract: The mothod of fuzzy comprehensive evaluation was applied in water quality assessment of drinking water source protection in the city of Chaohu in this paper. We have evaluated comprehensively water quality in different times of 4 monitoring sections in the protected zone by weights and membership of factor we determined and selected. Evaluation results showed that the water quality of protected area is not optimstic, the water quality in August is relatively poor which mostly polluted factors are nitrogen, COD and permanganate. Comparing the result of fuzzy evaluation with the single-factor evaluation’s, the single-factor evaluaiton was reflected preciseness in determining the level of water. However the fuzzy evaluation can effectively resolve 亦此亦彼性 as delimiting the water level, and it can provide a reasonable and scientific theoretical basis when laying down enviromental policy and programming for water area. Key words: source protection zones；water quality assessment; fuzzy comprehensive evaluation; single factor evaluation 0 引言 饮用水水源地的保护是关系国计民生的重大问题，关系到亿万百姓的健康和饮水安全，其水质状况受到社会各界越来越多的关注[1]。在实际工作中，常采用单因子指数法进行水质评价，其能很好的突出影响水质的主要污染因子，体现了单因子否决权，但应用单因子评价法经常会遇到亦此亦彼的模糊概念。而模糊综合评价法用隶属函数剖析水质分类界限，有效克服了评价过程中可能出现的不确定性，保证了评价结果的准确及客观性[2-3]。 1 模糊综合评价法概述 综合评价，就是对受多种因素影响的事物或现象进行总体的评价，在评价的过程中如果涉及到模糊现象或模糊概念，就称之为模糊综合评价。模糊综合评价首先要进行单因子模糊评价，然后对所有因子进行综合评价。 1.1建立评价对象的因子集 在水环境质量评价中，因子集就是参与评价的m个污染因子的实际检测浓度组成的一个普通的集合。通常如下表示： U={U1，U2，…，Um} 各元素Ui(i=1，2，…，m)代表参与评价的m个污染因子的浓度值。 1.2 建立评价集 评价集是对评价对象可能做出的各种评价集合的总体。通常如下表示： V={V1，V2，…，Vn} 各元素Vi(i=1，2，…，n)代表各种可能的总评价结果。 1.3 建立评价因子的权重集 由于各因子的重要程度一般不相同，为了反映各因子的重要程度，对各因子Ui应赋予一个相应的权数ai(i=1，2，…，m),这些权数组成了权重集： ={a1，a2，…，am} 并且各权数ai(i=1，2，…，m)应满足归一性和非负条件: 计算权重的方法很多，其中以因子污染贡献率的情况决定权重的方法较普遍，即按照各个因子在水环境质量评价中的作用大小分别赋予不同的权重。各因子对污染的贡献越大，从而权重越大，然而有些因子如DO，贡献越大，反而权重越小，因此，它的权重赋值则取其倒数[4-5]。计算公式如下： 式中：ci——第i个评价因子的浓度实测值，mg/L si——第i个评价因子的各级评价 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的均值，mg/L ai——第i个评价因子的权重值，mg/L 1.4 单因子模糊评价 单因子模糊评价是指单独对一个影响因子进行评价，以确定评价对象对评价集元素的隶属程度，一般用rij(i=1，2，…，m； j=1，2，…，n)表示。 1.4.1 隶属度的确定及隶属函数的建立 影响因子对评价集的隶属度可以通过对该因子的隶属函数的计算来确定，本研究采取降半梯形来确定隶属度，隶属函数公式如下： 式中ri1，…，rik，…，rin分别为评价因子对于这n类水质标准的隶属度。 由于DO不是污染物，其浓度越大表明水质越好，因此在运用隶属函数求解DO隶属度的时候，需将上式中的大于改为小于，小于改为大于[6-7]。 1.4.2 建立单因子模糊矩阵 模糊矩阵是反映每个因子对其各个环境质量标准等级的隶属程度，根据上述隶属函数的公式，计算出各单因子评价集的隶属度，得出模糊关系矩阵： 式中，m为污染因子数，n为水质类别数。 1.5 模糊综合评价 单因子模糊评价，仅仅翻译了一个因子对评价对象的影响，而我们需要考虑所有因子的综合影响，这就是模糊综合评价。该方法将权重集与单因子模糊评价矩阵复合，得到模糊综合评价矩阵，表示为： 2 巢湖市饮用水水源保护区水质模糊综合评价及结果分析 2.1 计算过程 本文选取了评价区的4个监测断面，根据4个断面2008年的监测数据（见表1），选取了具有代表性的7项指标组成因子集，即U={溶解氧，高锰酸盐指数，生化需氧量，氨氮，总氮，总磷，化学需氧量 }。参照《地表水环境质量标准》（GB3838 – 2002）[8]，建立评价集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，将水质分为5类。 表1  2008年巢湖市饮用水水源保护区水质监测数据 单位mg/L 监测断面 月份 DO 高锰酸盐指数 BOD5 NH3-N 总氮 总磷 COD 巢湖坝口 2 10.85 3.98 2 0.247 1.13 0.068 16 5 7.77 4.30 2 0.565 1.49 0.107 15 8 6.01 5.46 2 0.432 1.70 0.060 15 巢湖船厂 2 10.75 3.81 2 0.231 1.08 0.047 15 5 7.87 4.21 2 0.435 1.71 0.094 16 8 5.79 3.81 2 0.449 1.65 0.094 15 柘皋河口 2 10.11 3.40 3 0.121 1.18 0.106 17 5 6.81 5.68 3 0.462 1.57 0.121 17 8 6.60 7.65 3 0.455 1.77 0.086 20 裕溪河口 2 10.75 3.73 2 0.153 1.22 0.096 15 5 7.87 4.26 2 0.473 1.67 0.085 20 8 7.66 4.74 3 0.295 1.32 0.077 22                   根据前文提到的方法步骤，运用模糊综合评价法对评价区水质进行评价，并列出单因子评价的结果进行对比，见表2。 表2  巢湖市饮用水水源保护区模糊综合评价结果与单因子评价结果  单位：mg/L 监测断面 月份 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 模糊评价水质级别 单因子评价水质级别 巢湖坝口 2 0.181 0.181 0.295 0.295 0 Ⅲ Ⅲ 5 0.128 0.123 0.123 0.305 0 Ⅳ Ⅲ 8 0.160 0.151 0.151 0.335 0.335 Ⅳ Ⅳ 巢湖船厂 2 0.127 0.181 0.301 0.160 0 Ⅲ Ⅲ 5 0.126 0.141 0.141 0.347 0.347 Ⅳ Ⅳ 8 0.095 0.176 0.176 0.326 0.300 Ⅳ Ⅳ 柘皋河口 2 0.117 0.176 0.285 0.285 0 Ⅲ Ⅲ 5 0.130 0.145 0.145 0.285 0.147 Ⅳ Ⅳ 8 0.124 0.124 0.181 0.297 0.297 Ⅳ Ⅳ 裕溪河口 2 0.135 0.135 0.313 0.313 0 Ⅲ Ⅲ 5 0.123 0.117 0.171 0.330 0.330 Ⅳ Ⅳ 8 0.131 0.137 0.271 0.271 0 Ⅲ Ⅲ                   2.2 结果分析 （1）根据上述模糊综合评价的评价结果可以看出：巢湖市饮用水水源保护区的水质随着季节的变化而变化。4个监测断面2月水质均为Ⅲ类，5月均为Ⅳ，8月除裕溪河口为Ⅲ类外均为Ⅳ类，该保护区水环境状况不容乐观。 （2）模糊综合评价在巢湖坝口5月水质评价中为Ⅳ类，而单因子评价结果为Ⅲ类，存在分歧。这是因为在单因子指数评价中是以最差因子的评价结果作为最终的评价结果，体现了单因子否决权，具有很强的从严性。而模糊综合评价法是综合了各主要因子的权重和隶属度以确定水质类别，其结果更为准确、客观。 3. 结论 1．从表二可以看出，巢湖市饮用水水源保护区的水质总体较差，氮、COD、高锰酸盐对水质起主导作用，尤其是氮。 2．对水质需要从严管理或有特殊要求的情况下，适合于用单因子评价法。而要求既能反映出各种因子共同作用下的水质状况，又能确定影响水体的主要污染物及污染类型时，则适合于用模糊综合评价法。其不仅为制定环保政策和规划提供了科学的依据，而且避免了因水质级别划分从严导致的资金浪费。 参考文献： [1] 周晓铁,韩宁宁,孙世群等. 安徽省河流和湖泊型饮用水水源地水质评价[J]. 湖泊科学,2010,22(2): 176-180. 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