东圳水库水质模糊评价

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[摘要] 结合2003年-2007年东圳水库水质的监测数据及分析结果，运用模糊数学的基本理论，依据GB3838-2002《地表水环境质量标准》建立相应的隶属函数表达式，并应用模糊综合评价模型，对东圳水库的三个监测断面的水质作出评价。

[关键词] 模糊数学东圳水库水质评价

水环境质量评价是水资源保护的基础工作和重要手段。水环境质量评价按评价内容分类包括水体的有机类污染评价、富营养化评价、水生态系统评价等。按评价方法分为单因子评价方法和综合评价方法等。目前，常用单因子评价方法对地表水环境质量进行评价，而本文则尝试运用模糊数学的基本理论对东圳水库的水质进行模糊综合评价，供环境管理部门参考。

1东圳水库水环境概况

1.1东圳水库库区自然环境概况

东圳水库位于福建省莆田市城厢区常太镇木兰溪支流的延寿溪中游, 1960年4月建成,库区涉及城厢、仙游两县区的部分乡镇,总面积321. 23 km2 ,水库总库容4. 35亿m3 ,正常蓄水位8015 m,正常水位水库水面面积17. 8 km2 ,库区多年平均径流量3. 02亿m3 ,是一座集供水、灌溉、防洪、发电于一体的综合性多功能大型水库。随着莆田市经济和社会的发展 ,东圳水库作为我市最大的蓄水库 ,其饮用水源地和工业用水的功能日趋突出 ,保护好水库水质对莆田市的发展具有战略性意义。

1.2东圳水库水质监测基本情况

按照《福建省水环境监测技术规定》中规定，分别在东圳水库进口、库心、出口设置监测垂线，取上层水质进行监测，2003年～2005年监测频次为每年二次（每年3月、9月各监测一次），2006年～2007年监测频次为每年三次（每年3月、7月、11月各监测一次）。

2水质现状评价

2.1 评价标准

选择地面水环境质量标准GB3838-2002《地表水环境质量标准》作为评价标准，见表1。

表1　地表水环境质量标准基本项目标准限值

2.2 分析数据来源

依据莆田市环境监测站2003年-2007年监测数据及分析结果，见表2。

表2　2003年-2007年东圳水库各监测断面的监测结果

3模糊数学方法的运用

3.1 确定评价因素的因子集合结合饮用水源地和水库的水质特征，选择DO，CODMn，BOD5，TP，TN，NH3-N六项指标作为评价因子。

即μ=DO，CODMn，BOD5，TP，TN，NH3-N

3.2 确定评价集合根据GB3838―2002《地表水环境质量标准》中湖、库水质评价标准，把水质分为5个等级，即评价集b：(I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，V)。

3.3建立隶属函数

环境质量标准划为五个等级，若污染物浓度低于I级标准，则它对I级标准的隶属度为1，对其它级别的隶属度为0；若污染物浓度较V级的高，则对第V级的隶属度为1，对其余的为0。一般地，污染物浓度C ，对各级水质标准的隶属度定义如下：

对I级水质标准：

对j级水质标准：

对第n级水质标准：

式中：i＝1，2，3…6； j=1，2…5； n=5；Ci为第i种污染物的实测浓度，Sij 为第i种污染物的第j级水质标准。

以水库出口为例计算六项指标的隶属度,组成六行五列单因子模糊矩阵R:

3.4建立权重集：指标权重是表示各指标在决定水质上所起的作用的度量，计算公式为： ， 。

对于DO，由于它的实测浓度越大越好，所以它的权重计算公式应为 。

式中：Ci―第i种污染物的实测浓度；

―第i种污染物的权重；

―多级标准浓度的平均值。

Sij为第i种污染物的第j级水质标准，n为水质标准的级数。

对权重进行归一化处理，公式为 ，m为参数总数。

建立权重集A＝｛A1，A2…A6｝

东圳水库出口断面各污染物的权重计算结果见表3。

表3 各污染物权重一览表

同样方法建立东圳水库中心、进口的模糊矩阵R、权重集。

3.5水质的模糊综合评价

采用B＝AR进行评判，再对B进行归一化处理，根据模糊数学的最大隶属度原则，最大者的等级为水样评定等级。模糊评价模型通常有4种，本文只采用其中的一种取大取小法，即 ：B＝ 。

对水库出口、中心、进口分别计算，得到最终的矩阵如下：

水库出口水库中心

(0.411 0.246 0 0 0)(0.392 0.266 0 0 0)

(0.259 0.173 0 0 0)(0.201 0.204 0.204 0 0)

(0.257 0.261 0.261 0 0) (0.253 0.269 0.269 0 0)

(0.225 0.182 0.383 0.160 0) (0.225 0.184 0.388 0.16 0)

(0.257 0.298 0.298 0 0) (0.316 0.255 0.074 0 0)

水库进口

(0.385 0.275 0 0 0)

(0.238 0.181 0.12 0 0)

(0.252 0.27 0.27 0 0)

(0.222 0.189 0.385 0.12 0)

(0.315 0.28 0.19 0 0)

3.6 评价结果

根据最大隶属度原则,取最大值作为评价级别特征值，水质等级评价结果，见表4。

表4 2003年～2007年水质评价结果

从表4可以看出，近几年东圳水库出口、中心、进口三个点位的水质状况变化不明显，东圳水库的水质总体状况较好，除2006年水质达Ⅲ类外，其余年份均为Ⅰ类或趋向Ⅰ类水质，水质状况优。

参考文献

[1] 王淞，林香民．模糊数学在地表水水质评价中的应用[J]．能源与环境，2006, (2).

[2] 黄鹄，陆赤峰．利用模糊数学模型评价南宁市南湖水质现状[J]．广西科学学院学报，1998, (2).

[3] 杨纶标，高英仪．模糊数学原理及应用[M]. 广州：华南理工大学出版社，2001.

[4] 赵泽斌．模糊数学在湖泊水质富营养化评价中的应用[J]．黑龙江水专学报，2007,(2).

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