三峽庫區次級河流水質的模糊綜合評價—以臨江河為例

呂青鋒，羅固源，劉子巖

（重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶400045）

三峽庫區次級河流污染十分嚴重，直接影響著三峽庫區的水環境［1］。本文選取三峽庫區庫尾的次級河流之一的臨江河，采用模糊綜合評價模型定量評價其水質的污染程度，以此為庫區次級河流的重點治理和規劃提供研究方法和依據［2］。

1 水質模糊綜合評價理論

目前的水質評價方法主要有綜合評價指數法、模糊綜合評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經網絡（ANNs）評價法和地理信息系統（GIS）［3］。由于水質評價包含一些模糊、不明確的方面，而模糊綜合評價法能很好地反映水質級別的模糊性與連續性，其評價結果比較合理也更加接近客觀實際，是定量研究水質的有效方法［4］。本文利用基于模糊數學理論的模糊綜合評價法作為庫區次級河流臨江河的水質評價方法。

1.1 水質評價因子集和權重集

根據一定原則及實際監測的數據，選取對評價對象有影響各指標建立評價因子集，設選取m個指標，將他們組成一個普通集合，即因子集U，U＝｛u1，u2，…um｝，是一個m維的向量。

模糊綜合評價模型中由于各因素對評價對象影響程度不同，因此對每個評價因子Ui，賦予一個反映其對評價對象重要性的的數值ai（i＝1，2，…，m），稱為權數。為進行模糊運算對各權數歸一化處理后組成的集合A即為權重集，A＝｛a1，a2，…，am｝。將模糊綜合評價模型引入河流水質評價時，權重表示指標對水質污染影響的大小［5］。

1.2 計算隸屬度及模糊關系矩陣

用隸屬度來刻畫反映水質污染的各評價指標對各級水質標準的隸屬程度。在河流水質模糊綜合評價中，設隸屬度rij，（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n），m為評價因子數，n為水體的環境質量級別數。設評價因子和水質標準的模糊關系矩陣R，R＝

矩陣R中第i行表示第i種評價因子的數值對各級標準的隸屬度。R中的第j列表示各評價因子數值對第j級標準的隸屬程度。隸屬度具體數值由采用的隸屬函數來確定。

1.3 模糊綜合評價模型

建立模糊綜合評價模型B，B＝A·R＝（a1，a2，…，am）·R＝（b1，b2，…，bm，…，bn）

式中，向量B是由向量A和模糊矩陣R通過模糊關系運算得到，其中，bj是由A與R的第j列運算得到的，它表示被評價事物從整體上對j等級模糊子集的隸屬程度。最后對結果向量進行分析，從而完成模糊綜合評價［6－7］。

2 臨江河水環境質量的模糊綜合評價

臨江河是長江北岸小支流，發源于重慶市永川縣西部寶峰鄉萬壽山麓，經江津縣境，于朱洋溪鎮鎮匯入長江，是三峽庫區庫尾的一條次級河流。臨江河污染情況十分嚴重，屬重度污染河流。根據《三峽庫區及其上游水污染防治規劃》臨江河被列為重慶市19條水污染綜合治理的次級河流之一。臨江河的污染來源主要是永川、江津兩區排放的工業廢水、生活污水及沿途農業面源污染水體［8］。因此對其進行水質評價進而進行整治是迫在眉睫。

2.1 監測項目和實驗方法

在臨江河下游河段上設置5個監測斷面，控制河段長4km，進行實地監測和實驗（見圖1），每月監測2～3次。考慮臨江河的實際污染情況，本監測選取化學需氧量COD，溶解氧DO，總氮TN和總磷TP 4個水質指標。為了保證實現數據的準確，DO當場通過溶解氧儀測定，其余3個指標均由美國哈希DR2800便攜式分光光度計現場實驗測定。

2.2 建立評價因子集和評價集

考慮臨江河的實際污染情況，本監測選取化學需氧量COD，溶解氧DO，總氮TN和總磷TP四個水質指標作為評價因子，建立評價因子集U，U＝｛COD，TP，TN，DO｝。考慮數據的代表性選取3月和5月份的監測數據為評價基礎。2010年3月份和5月份臨江河各監測斷面污染指標的實際監測值見表1和表2。

圖1 臨江河采樣點位置圖

表1 臨江河各斷面水質3月監測數據表mg·L－1

表2 臨江河水質5月監測數據表 mg·L－1

我國水質標準將地表水水環境質量分為5類，所以設評價集V＝｛Ⅰ類，Ⅱ類，Ⅲ類，Ⅳ類，Ⅴ類｝，各類限值見表3。

表3 地表水環境質量標準基本項目標準限值mg·L－1

2.3 確定權重集A

模糊綜合評價中，各單項指標由于高低不同，在總體污染中的作用大小不僅與實測數據大小有關，而且與某種用途水中各元素的允許濃度有關，實測數據相同時其允許濃度含量比標準低的，對污染程度影響要小，因此進行權重計算很有必要。計算公式如下：

式中Sij表示水質為j類i指標的標準濃度限值；m為水質分類的級數。

由于溶解氧DO與其它因素性質相反，實測DO濃度大，說明水質污染不嚴重，水質好。所以DO的權重賦值取倒數。

最后將各權數值進行歸一化處理得權重集A＝［a1，a2，a3，a4］。

經計算3月河5月各斷面權重集表示為下，見表4表5；

式中：ai為i指標的權數值；Ci為i指標的實測濃度值；Si為i指標的各類水質標準限值的平均值。其

表4 3月份各斷面權重計算結果表

表5 5月份各斷面權重計算結果表

2.4 計算隸屬度，建立模糊關系矩陣

建立隸屬函數，選取降半梯形分布函數，計算隸屬度。

隸屬函數表達式如下：

Ⅱ、Ⅲ類、Ⅳ類：

式中：x為某斷面i指標的實測濃度；Sij表示水質為j類i指標的標準濃度限值［5］。

以3月份河口斷面為例，根據給出的隸屬函數和表1的實際監測數據計算出各隸屬度組成模糊關系矩陣R：

2.5 水質模糊綜合評價

計算模糊向量B，取算子“∨”和“∧”（取大取小算法），這樣可得出總體對于各級水質的隸屬度，一般采取隸屬度最大的原則。如果在模糊矩陣復合運算結果中出現2個最大值，則考慮與次大值貼近的那個結果所在的水質級別。對各斷面水質進行聚類并評價，評價結果見表6和表7。

表6 3月份河流水質模糊綜合評價結果

表7 5月份河流水質模糊綜合評價結果

3 結果分析和建議

從評價結果可以得出，臨江河水質污染情況相當嚴重，各斷面都很明顯處于Ⅴ類水質級別。此外從污染因子的權重計算過程中可知，TP和TN權重較大，污染因子以TP和TN為主，表明臨江河水體富營養化十分嚴重。

因此通過以上水質評價可以看出重慶地區以臨江河為代表次級河流污染形式嚴峻，尤其富營養化嚴重，為此筆者通過本文提出兩點建議。

1.考慮污染原因，解決臨江河為代表的次級河流水質惡化的問題，歸根到底要求政府來進行全面規劃，充分發揮水體的自凈能力，必須要求上游及沿河企業不斷改革工藝，最大限度地減少廢水排放量，防止工業廢水污染，要加大對不法排污企業的整治打擊力度，沖破地方保護主義的防線，徹底清查環境違法行為，嚴肅查處一切危害水環境質量的違法行為。

2.引起河流富營養化的氮、磷來自于城市生活和工業點源以及農業面源，而庫區次級河流主要來自沿河的農業面源污染［8］。因此本文建議要加強對流域附近日趨嚴重的農業面源污染以及畜禽養殖污染進行有效控制，如減少化肥的使用，增施有機肥生物肥；對沿岸的養殖場加強管理等等。從而減少二者對河流水體的污染。以此，也可為三峽庫區次級河流的治理提供一定的借鑒。

［1］ 付永川，楊海蓉.對重慶市次級河流水污染綜合整治的思考［J］.安徽農業科學，2007，35（18）：5535－5536，5596.

［2］ 薛巧英.水環境質量評價方法的比較分析［J］.環境保護科學，2004，30（4）：64－67.

［3］ 秦壽康.綜合評價原理與應用［M］.北京：電子工業出版社，2003.

［4］ 萬金保，侯得印.水質模糊綜合評價模型的建立與應用［J］.中國給水排水，2006，22（20）：101－104.

［5］ 孫靖南，鄒志紅，任廣平.模糊綜合評價在天然水體水質評價中的應用研究［J］.環境污染治理技術與設備，2005，6（2）：45－48.

［6］ 曾 永，樊引琴，王麗偉，等.水質模糊綜合評價法與單因子指數評價法比較［J］.人民黃河，2007，29（2）：64－65.

［7］ 羅顧源，卜發平，許曉毅.三峽庫區臨江河回水區總氮和總磷的動態特征［J］.土木建筑與環境工程，2009，31（5）：106－111.

［8］ 洪一平，葉 閩，臧小平.三峽水庫水體中氮磷影響研究［J］.中國水利，2004，20：23－24.