《1 前言》

1 前言

目前水环境质量评价的方法很多,主要有综合指数法、层次分析法、灰色聚类法、模糊综合评价法[1 ~3]等。 其中模糊综合评价法的应用比较广泛,由于在自然条件下水环境质量存在较大的不确知性,故运用模糊数学的理论来反映水环境质量的不确定性,其在很多湖泊中得到应用并证实效果较好[4 ~8]。 笔者采用模糊综合评价法对地处内蒙古赤峰市的达里诺尔湖水质进行评价,为控制湖泊水质污染提供了一定的理论依据[1]

《2 模糊综合评价方法及步骤》

2 模糊综合评价方法及步骤

由于水环境中存在大量不确定性因素,水质级别和分类标准都是一些模糊概念,因此模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。 模糊综合评价法是通过建立评价指标级、评价级、隶属函数和权重级实现对各个样本的质量等级进行综合评价[9,10]

《2.1 确定评价指标》

2.1 确定评价指标

评价指标根据地表水环境质量标准及主要影响水质的指标而设置的,设评价指标集为:U =( x1 ,x2 , …, xi  ),xi 表示第 i  种水质评价指标。

《2.2 建立评价集》

2.2 建立评价集

依据《地表水环境质量标准》( GB3838— 2002),把水质分为{I,II,III,Ⅳ,Ⅴ}5 个评价级。地表水环境质量标准见表 1。

表 1 地表水环境质量标准(GB3838-2002)
Table 1 Environmental quality standards applicable to surface water(GB3838 -2002)

mg/L

《2.3 建立模糊矩阵 R》

2.3 建立模糊矩阵 R

根据水质污染程度和水质分级标准,用隶属度来刻画水质的分级界限。 先根据各指标的分级标准,作出 5 个级别的隶属函数。 确定各项因子对各类水质级别的隶属函数。 按式(1)计算:对第 I ~Ⅴ类水,即 j =1 ~5,其隶属函数为

式(1)中, ci 为第 i  项评价因子浓度的实测值,sj 和 sj+1 为该评价因子第  j  类和 j +1 类水质的标准值,在确定了隶属函数后,可以得到隶属函数矩阵 R 。

《2.4 计算各项因子的权系数》

2.4 计算各项因子的权系数

计算各个评价因子的权系数,即:

式(2)中, si  为该评价因子五类标准的平均值,得到权系数矩阵:A =(A1 ,A2 ,…,An )。

《2.5 进行矩阵复合运算,评判综合水质》

2.5 进行矩阵复合运算,评判综合水质

根据 B = A · R 进行矩阵复合运算,得到综合隶属度矩阵。 对综合隶属度进行比较判别,对哪一类级别的隶属度最大,就判定为哪一类等级的水体,并结合实际监测值进行分析。

《3 实例应用》

3 实例应用

《3.1 研究区概况》

3.1 研究区概况

达里诺尔湖[11,12] 位于内蒙古赤峰市克什克腾旗西部,属于内蒙古高原干旱区的封闭性湖泊,湖面面积约 228 km2,是内蒙古自治区第二大淡水湖。达里诺尔湖泊地区气候属于中温型大陆性气候,与浑善达克沙地相连,是内蒙古东部重要的水资源。湖泊水资源由贡格尔河、亮子河、沙里河和耗里河供给,年蒸发量大于年降水量,雨热同季,气候干燥,日照时间长,太阳辐射强。 由于近年来人类活动的加剧,湖泊水质严重恶化,矿化度不断提高,湖面逐年萎缩[13 ~15] 等,因此有必要对达里诺尔湖水质作出评价,以控制湖泊水质恶化并采取相应的保护措施。

《3.2 评价结果》

3.2 评价结果

运用模糊综合评价法进行评价,对湖面布设监测点,如图 1 所示,选择靠近湖边及湖泊中心部分具有代表性的点进行评价。 即选择湖面监测点 A5,B4,C7,D4,E3 和 J 点进行计算,其中湖泊水源由 4 条河流供给,把进水监测平均值定义为 J 点。 确定评价指标矩阵为 U =(COD,pH,NH3 -N,TP,DO),即:

《图1》

图 1 达里诺尔湖湖面布点图
Fig.1 Layout points map in Dalinuoer Lake

根据实际监测数据,参照《地表水环境质量标准》(GB3838—2002) 把水质分为 5 个等级,用式(1)计算得出各个点的评价隶属函数矩阵,即:

利用式(2)计算得出各个点的权系数矩阵,即:

对以上矩阵进行复合运算,即 B = A · R,得到综合隶属度矩阵,即:

根据模糊综合评价的最大隶属度原则,对哪一级水质隶属度大,则该分析水质就属于哪一级。 从隶属度矩阵可以看出, A5,B4,C7,D4,E3 对Ⅴ类水的隶属度均最大,隶属度分别为:0.686,0.818,0.771,0.672,0.764,因此水质都属于Ⅴ类水。 从进水的综合隶属度矩阵可以看出,进水对Ⅴ类水的隶属度为 0.354,对 Ⅳ 类水的隶属度为 0.212,实际水质监测值为 8.76,接近 Ⅴ 类水质标准值。 由于达里诺尔湖属于封闭性湖泊,年蒸发量大于年降水量,污染物质进入湖泊,随着湖水蒸发而逐渐浓缩,所以使湖泊水质中的总氮、总磷、含盐量等都不断增加。

《4 结语》

4 结语

通过模糊综合评价结果分析,从 A5,B4,C7,D4,E3 各点隶属度矩阵中可以看出,对Ⅴ类水的隶属度最大,分别为:0.686,0.818,0.771,0.672,0.764,因此达里诺尔湖水质都属于Ⅴ类水,但进水平均值的综合评价隶属度矩阵显示,进水也属于Ⅴ类水,但进水水质比湖泊内水质好。 根据实际情况分析,达里诺尔湖水质污染比较严重,内蒙古自治区环境状况公报也显示,达里诺尔湖水质均为Ⅴ类或劣Ⅴ类水质。 因此,评价结果符合实际情况。 其评价方法充分利用监测数据,评价结果具有较高的精确性,说明模糊综合评价法评价的合理性和可靠性,在达里诺尔湖水质评价中应用的效果较好。