基于集对分析法的糯扎渡库区水质评价

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【摘要】糯扎渡电站位于澜沧江云南段下游，将集对-可变模糊集耦合分析方法运用到糯扎渡电站库区水质评价中。计算结果表明，8个监测点水质均达到国家《地表水环境质量标准》Ⅱ类水标准以上，为工程施工期及工程蓄水后的水质监测提供了参考依据。最后提出，应确保施工期的污水排放处理达标，并在施工期和工程蓄水后按环评要求进行水质监测，以确保库区水质达标。

【关键词】集对-可变模糊集分析法，糯扎渡电站，水质评价

中图分类号：U665文献标识码： A

1.引言

水电站工程的建设过程中，会对周围环境产生影响，其中对河流水质的影响尤为明显。《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)按照水中各因子含量，将地表水水质质分为五类，以便于进行单因子评价。但在进行水质综合评价时，各单因子所属水质类别不同，从而表现出了实际评价的水质同标准值之间的不确定性关系。这种不确定性关系，可以利用传统的模糊分析途径中的隶属度来度量。灰色关联度同样可以衡量这种不确定性关系。集对分析方法[1]是一种新近发展的不确定性关系分析途径。相比于传统方法，它更能够从整体和局部的层面上分析对象之间的相互联系，具有相当的科学价值和实用意义。集对分析-可变模糊集耦合评价法[2]是将集对分析与可变模糊集[3]的相对隶属度函数结合而形成的一种分析方法，在文献[1]中，其合理性已得到证明。文献[4]提出了适用于环境质量评价的集对分析方法。本文将这种方法运用到糯扎渡电站（在建）库区及其下游的水质评价中，具有一定的工程实际意义。

2.集对-可变模糊集分析法

集对分析-可变模糊集耦合评价法[1]是将集对分析与可变模糊集[2]的相对隶属度函数结合而形成的。具体而言，就是在合理确立评价指标体系及评价等级标准的基础上，将评价样本指标值与评价等级标准构建为集对，分情况计算集对的联系数；然后按评价指标的重要程度合理选取指标权重，确定综合联系数；最后依照一定的原则判断评价样本所属的等级，得出评价结论。集对分析-可变模糊集耦合评价法方法计算步骤如下：

（1）、建立评价指标体系x1,x2,…,xm(m为评价指标数目)，将评价样本某指标的指标值xl(l=1,2,…m)看作集合Al。

（2）、建立评价等级标准sk(k=1,2,…, K或K-1；K为评价等级数)，将评价等级标准sk看作集合Bk。

（3）、Al与Bk构成集对H(Al，Bk)，采用间接法计算联系数。

对于有K个等级边界值s1、s2、…、sK对应K个等级，即sk(k=1,2,…,K)为第k级的聚类中心的情况，当s1≤s2≤…≤sK时用式(1)~式(3)计算：

（1）

（2）

（3）

当s1≥s2≥…≥sK时用式(1-4)~式(1-6)计算：

（4）

（5）

（6）

（4）、计算评价指标l的权重。这里用改进的熵权定义各评价指标的权重。具体计算方法见文献[5]。

（5）、计算样本与评价标准等级k之间的综合联系数。

（7）

（6）、计算样本隶属于模糊集“评价等级k”的隶属度vk。综合联系数∈[-1,1]，样本与等级k间的同一性越小，越接近于-1，样本越倾向于不隶属于等级k；样本与等级k间的同一性越大，越接近于1，样本越倾向于隶属于等级k。可见综合联系数就是模糊集“等级k”的一种相对差异度[3]，则样本隶属于模糊集“等级k”的相对隶属度为

（8）

（7）、判断评价样本所属的等级。采用置信度准则[6]

（9）

式中，

评判样本的安全等级，即样本属于hk所对应的k级。式中，λ为置信度，一般在[0.50,0.70]内取值，λ越大则评价结果越倾向于保守和稳妥。由此式便可判断样本所属的评价等级，即样本属于hk所对应的k级。

3.糯扎渡库区水质综合评价

3.1.工程概况

糯扎渡水电站位于云南省思茅区和澜沧县交界处的澜沧江下游干流上（，是澜沧江中下游河段八个梯级规划的第五级。糯扎渡水电站距上游大朝山水电站河道距离215km，距下游景洪水电站河道距离102km。

糯扎渡水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有多年调节性能。水库库容为237.03×108m³，水库正常蓄水位EL.812m，死水位EL.765m，校核洪水位EL.817.99m。电站装机容量5850MW（9×650MW），保证出力2406MW，多年平均发电量239.12×108kW•h。

水库正常蓄水位EL.812.00m时，干流回水至大朝山水电站坝址处，长度约215km，水库库岸总长度1842km，水库淹没总面积322.67km2(其中陆地面积290.07 km2 )。水库总库容237.03×108m3，为不完全多年调节水库，除干流澜沧江回水至大朝山，库长215km外，尚有较大支流小黑江、黑河和黑江，库长分别为37km、32km、100km。

库区左岸从下游到上游依次属云南省普洱市的思茅、宁洱、景谷、景东、镇沅、澜沧等6个县（区）辖区，右岸下游段为思茅地区的澜沧拉祜族自治县地界，上游段为临沧地区的双江、临翔、云县等3 个县(区)所辖。水库淹没共涉及云南省普洱、临沧两个市9个县（市）32个乡（镇）113个村民委员会597个村民小组，涉及移民约4万余人。

库区两岸植被良好，林木茂盛，以亚热带常绿阔叶林、思茅松林和竹林为主，间有次生稀疏灌丛。库区内保护植物为澜沧栎和以澜沧栎为优势的森林群落、榆绿木群落和江边刺葵群落，主要包括国家一级保护植物：篦齿苏铁、宽叶苏铁；国家二级保护植物：金毛狗、苏铁蕨、合果木、千果榄仁、勐仑翅子树、黑黄檀、红椿；珍贵植物：戟叶黑心蕨和疣粒野生稻；以江边刺葵、澜沧栎、榆绿木三种植物为主的群落。

库区野生动物有蜂猴、水獭、中国穿山甲、黑颈长尾雉、绿孔雀、红隼、巨蜥、蟒蛇、山瑞鳖、大壁虎、眼镜蛇等。珍稀特有鱼类有中国结鱼、中华刀鲇、巨、后背鲈鲤、红鳍方口、叉尾鲇等。库区为少数民族聚居区，有哈尼族、彝族、拉祜族、佤族、傣族、白族、布朗族等民族，各民族有自己的语言和风俗习惯，民族风情浓郁。村庄居民点分布于位置较高的阶地上和水源条件较好的支流两岸。

3.2.水质取样点

选取普洱市和临沧市环境监测站对库区江段8个监测点的监测结果年均值进行评价。监测点分别为大山、糯扎渡（坝址）、热水塘（右支黑河）、云仙桥（左支小黑江支流普洱河）、大新山（左支小黑江汇入澜沧江前）、景谷（左支小黑江上游威远江）、大朝山（干流库尾）、景临桥（干流库中）。在监测的24项指标中，大部分指标均达到Ⅰ级指标，因此只选取氨氮、总氮、总磷、锌、粪大肠菌群等5个未达到Ⅰ级的指标进行评价。水质监测结果部分指标值见表1。

表1 糯扎渡库区部分水质指标监测值

3.3.库区水质评价

选取氨氮x1、总氮x2、总磷x3、锌x4、粪大肠菌群x5 构成水环境质量综合评价体系Al（m=5）。根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)将评价等级分为5级（K=5）。按照《标准》，上述5个评价指标均为“越小越好”，因此利用式（1）～式（3）计算联系数。由改进的熵权公式计算得到的各权重分别为：0.1955，0.2093，0.1959，0.1962，0.2031。再利用公式（7）计算综合联系度，由式（8）可计算出相对隶属度vk。取置信度λ=0.55，根据式（9）计算h k ，当h k 开始大于λ时，该k值即为该监测点水质所属级别。计算结果见表2。

表2 各监测点水质评价计算结果表

8个监测点中，大山和景谷2处水质达到Ⅰ类水标准，而糯扎渡坝址、热水塘、云仙桥、大新山、大朝山和景临桥等6处监测点的水质也达到Ⅱ类水标准。由此可见，库区水质在施工前均达到Ⅱ类标准。

4.结语

根据本工程环评要求，施工生产生活废污水经处理达《污水综合排放标准（GB8978―1996）》I级标准后方能排放；控制库区区间流域污染源的污水排放；确保污染控制目标要求水库水质达到Ⅲ类水体要求。因此在施工期应确保污水排放处理措施得到有效实施，以保证水库水质能够达标。此外，施工期以及工程蓄水后，应严格按照环评报告提出的要求进行水质监测，随时关注库区水质变化情况，以确保取用水用户的用水安全。

参考文献

[1]赵克勤. 集对分析及其初步应用[M ] . 杭州: 浙江科技出版社, 2000

[2]吴开亚,金菊良,周玉良,等. 流域水资源安全评价的集对分析-可变模糊集耦合模型[J]. 四川大学学报(工程科学版),2008,40(3):5-9

[3]陈守煜. 水资源与防洪系统可变模糊集理论与方法[M]. 大连: 大连理工大学出版社,2005

[4]陈晶，王文圣，陈媛. 基于集对分析的全国生态环境质量评价研究[J]. 2009，27（2）：40-43.

[5]侯保灯，李佳蕾，潘妮，梁川. 基于改进熵权的灰色关联模型在湿地水质综合评价中的应用[J]. 2008，8（6）：80-83

[6]程乾生.属性识别理论模型及其应用[J].北京大学学报(自然科学版),1997,33(1):12-20

1.作者简介:

（1）罗启云(1984 ―)，男，布依族，贵州安龙人，助理工程师，主要从事水电工程建设管理、水库运行管理、水电站安全监测等工作。

（2）辛春红(1986―)，男，汉族，重庆人，助理工程师，河海大学水利水电工程专业，主要从事水库运行管理工作。