河流水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)分析

趙應(yīng)鳳

（天津市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，天津 300204）

1 引言

1.1 研究目的和意義

水是生命的起源，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境出現(xiàn)了嚴(yán)重的污染問(wèn)題，這是一個(gè)全世界范圍內(nèi)急需解決的問(wèn)題。水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)是針對(duì)天然水（地表水、地下水）進(jìn)行的，是水資源數(shù)量評(píng)價(jià)前開(kāi)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是眾多評(píng)價(jià)參數(shù)的綜合結(jié)果。通過(guò)對(duì)山西省桑干河河流水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解影響本地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的主要污染源和污染因子，進(jìn)而為保護(hù)河流水環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)法具有十分成熟的基本理論和方法。模糊數(shù)學(xué)等方法將不斷應(yīng)用于環(huán)境評(píng)價(jià)中，并將成為今后的一大熱門(mén)研究，其隨機(jī)性、模糊性往往共存于所研究的對(duì)象和問(wèn)題中，水環(huán)境評(píng)價(jià)中不同的方法耦合是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。因而，運(yùn)用模糊分析等方法的耦合思路研究水資源評(píng)價(jià)將得到人們的關(guān)注。

模糊綜合評(píng)價(jià)法是依據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使用隸屬函數(shù)敘說(shuō)各評(píng)價(jià)參數(shù)的分類(lèi)界限，考慮界限的模糊性，建立水質(zhì)參數(shù)的模糊集合，形成其模糊關(guān)系矩陣；根據(jù)各評(píng)價(jià)參數(shù)的作用，確定不同的權(quán)重，建立權(quán)重矩陣，通過(guò)運(yùn)算推求出水質(zhì)評(píng)價(jià)的隸屬函數(shù)，以隸屬度最大者為評(píng)價(jià)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

2 應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)桑干河水環(huán)境質(zhì)量

2.1 桑干河概況

桑干河是山西省境內(nèi)的主要河流，上游多座水庫(kù)擔(dān)負(fù)著向官?gòu)d水庫(kù)供水的任務(wù)。其中，東榆林水庫(kù)和固定橋位于桑干河的干流上游，堡子灣及艾莊位于桑干河的二級(jí)支流上。山西省是我國(guó)環(huán)境污染嚴(yán)重的省份之一，全省有73%的監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)超過(guò)國(guó)家地表水V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，喪失了使用功能。

2.2 桑干河水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

（1）建立評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集。考慮到山西省工業(yè)廢水和生活污水的特點(diǎn)，根據(jù)我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），按照監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和主要污染物的代表性確定5 個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)因子：溶解氧（DO），氨氮（NH3-N），氟化物，五日生化需氧量（BOD5），高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）。山西省桑干河?xùn)|榆林水庫(kù)、固定橋、堡子灣和艾莊4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 桑干河水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) mg/L

（2）建立評(píng)價(jià)集。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）（見(jiàn)表2），將河流分為5 個(gè)等級(jí)，即評(píng)價(jià)集：V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值 mg/L

（3）各參數(shù)隸屬度及模糊關(guān)系矩陣的確立。水污染程度和水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)具有模糊性，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的5 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定出5 個(gè)級(jí)別的隸屬函數(shù)。除DO外，各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)以數(shù)值小為最優(yōu)。

DO采用偏大型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：DOu1（c）、DOu2（c）、DOu3（c）、DOu4（c）、DOu5（c）為DO評(píng)價(jià)因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測(cè)濃度值（mg/L）。

NH3-N采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：NH3-Nu1（c）、NH3-Nu2（c）、NH3-Nu3（c）、NH3-Nu4（c）、NH3-Nu5（c）為NH3-N 評(píng)價(jià)因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測(cè)濃度值（mg/L）。

氟化物采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：氟化物u1，2，3（c）、氟化物u4，5（c）為氟化物評(píng)價(jià)因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測(cè)濃度值（mg/L）。

BOD5采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式中：BOD5u1，2（c）、BOD5u3（c）、BOD5u4（c）、BOD5u5（c）為BOD5評(píng)價(jià)因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測(cè)濃度值（mg/L）。

CODMn采用偏小型分布，其隸屬函數(shù)如下：

式 中：CODMnu1（c）、CODMnu2（c）、CODMnu3（c）、CODMnu4（c）、CODMnu5（c）為CODMn評(píng)價(jià)因素水質(zhì)隸屬度，c為實(shí)測(cè)濃度值（mg/L）。

有了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)，就可以進(jìn)行隸屬度的計(jì)算（在隸屬度相同的情況下，為了趨于安全的考慮，確定隸屬度為等級(jí)較高的），建立模糊關(guān)系矩陣（R）。

現(xiàn)以東榆林水庫(kù)為例，根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值，分別代入各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)，算出各個(gè)指標(biāo)的隸屬度，得到其模糊關(guān)系矩陣（R）為：

同理，其余各斷面的模糊矩陣為：

（4）評(píng)價(jià)因素模糊權(quán)重集的確定。DO、BOD5等指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的影響程度不同，根據(jù)污染物對(duì)水質(zhì)的污染程度原則來(lái)決定權(quán)重的大小。

以東榆林水庫(kù)為例，計(jì)算各參數(shù)的權(quán)重為：

式中：w為各參數(shù)的污染指數(shù)值（權(quán)重值）；c為各參數(shù)的實(shí)測(cè)濃度值；s為各參數(shù)的各級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的算數(shù)平均值。

對(duì)各參數(shù)的權(quán)重值進(jìn)行歸一化運(yùn)算，得到：

進(jìn)而，得出東榆林水庫(kù)斷面的權(quán)重集為：

同理，其余各斷面的權(quán)重集為：

（5）評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算。將上述計(jì)算的各參數(shù)組成的權(quán)重集(A)與各評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)組成的模糊矩陣(R)進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算(A×R)，以東榆林水庫(kù)為例，得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

根據(jù)上述步驟，可以計(jì)算出其他3 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。各斷面的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)表3。

表3 各斷面模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

（6）評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)結(jié)果的值為對(duì)應(yīng)各級(jí)水質(zhì)的隸屬度，取其中最大者作為該水體的綜合評(píng)價(jià)級(jí)數(shù)，若有兩個(gè)數(shù)值相同，應(yīng)取兩個(gè)數(shù)值中相鄰數(shù)值較大者。

東榆林水庫(kù)屬于Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)較輕。固定橋?qū)儆冖躅?lèi)水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)非常嚴(yán)重。堡子灣屬于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）超標(biāo)較輕，氨氮（NH3-N）超標(biāo)非常嚴(yán)重，高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)較嚴(yán)重。艾莊屬于Ⅴ類(lèi)水質(zhì)，該斷面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）超標(biāo)非常嚴(yán)重。

3 結(jié)論

筆者運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)桑干河水體水質(zhì)進(jìn)行了科學(xué)的評(píng)定，得出東榆林水庫(kù)屬于Ⅱ級(jí)水質(zhì)和固定橋、堡子灣、艾莊均屬于Ⅴ級(jí)水質(zhì)。由對(duì)桑干河監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的排放量可知，各區(qū)段COD 排放總量為18 665.8 t/a、氨氮排放總量為1 862.3 t/a、揮發(fā)酚排放總量為213.6 t/a，可見(jiàn)造成桑干河流域水污染的主要污染物有COD、氨氮和揮發(fā)酚。

針對(duì)桑干河流域污染嚴(yán)重的狀況，應(yīng)強(qiáng)化桑干河流域政府和居民的環(huán)保意識(shí)。

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