河流水環境質量評價分析

趙應鳳

（天津市水務工程建設管理中心，天津 300204）

1 引言

1.1 研究目的和意義

水是生命的起源，隨著社會經濟的快速發展，水環境出現了嚴重的污染問題，這是一個全世界范圍內急需解決的問題。水資源質量評價是針對天然水（地表水、地下水）進行的，是水資源數量評價前開展的一項基礎性工作，是眾多評價參數的綜合結果。通過對山西省桑干河河流水環境質量進行評價，了解影響本地區環境質量的主要污染源和污染因子，進而為保護河流水環境提供科學依據。

1.2 發展趨勢

水環境質量綜合評價法具有十分成熟的基本理論和方法。模糊數學等方法將不斷應用于環境評價中，并將成為今后的一大熱門研究，其隨機性、模糊性往往共存于所研究的對象和問題中，水環境評價中不同的方法耦合是科學發展的必然結果。因而，運用模糊分析等方法的耦合思路研究水資源評價將得到人們的關注。

模糊綜合評價法是依據水質標準，使用隸屬函數敘說各評價參數的分類界限，考慮界限的模糊性，建立水質參數的模糊集合，形成其模糊關系矩陣；根據各評價參數的作用，確定不同的權重，建立權重矩陣，通過運算推求出水質評價的隸屬函數，以隸屬度最大者為評價的分類標準。

2 應用模糊綜合評價法評價桑干河水環境質量

2.1 桑干河概況

桑干河是山西省境內的主要河流，上游多座水庫擔負著向官廳水庫供水的任務。其中，東榆林水庫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支流上。山西省是我國環境污染嚴重的省份之一，全省有73%的監測斷面水質超過國家地表水V類水質標準，喪失了使用功能。

2.2 桑干河水環境質量評價

（1）建立評價對象的因素集。考慮到山西省工業廢水和生活污水的特點，根據我國地表水環境質量標準（GB3838-2002），按照監測數據和主要污染物的代表性確定5 個參數作為評價因子：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（CODMn）。山西省桑干河東榆林水庫、固定橋、堡子灣和艾莊4個監測斷面水質監測數據，見表1。

表1 桑干河水體水質監測數據 mg/L

（2）建立評價集。根據地表水環境質量標準（GB3838-2002）（見表2），將河流分為5 個等級，即評價集：V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 地表水環境質量標準基本項目標準限值 mg/L

（3）各參數隸屬度及模糊關系矩陣的確立。水污染程度和水質分級標準具有模糊性，根據各個指標的5 級標準，確定出5 個級別的隸屬函數。除DO外，各個評價指標以數值小為最優。

DO采用偏大型分布，其隸屬函數如下：

式中：DOu1（c）、DOu2（c）、DOu3（c）、DOu4（c）、DOu5（c）為DO評價因素水質隸屬度，c為實測濃度值（mg/L）。

NH3-N采用偏小型分布，其隸屬函數如下：

式中：NH3-Nu1（c）、NH3-Nu2（c）、NH3-Nu3（c）、NH3-Nu4（c）、NH3-Nu5（c）為NH3-N 評價因素水質隸屬度，c為實測濃度值（mg/L）。

氟化物采用偏小型分布，其隸屬函數如下：

式中：氟化物u1，2，3（c）、氟化物u4，5（c）為氟化物評價因素水質隸屬度，c為實測濃度值（mg/L）。

BOD5采用偏小型分布，其隸屬函數如下：

式中：BOD5u1，2（c）、BOD5u3（c）、BOD5u4（c）、BOD5u5（c）為BOD5評價因素水質隸屬度，c為實測濃度值（mg/L）。

CODMn采用偏小型分布，其隸屬函數如下：

式 中：CODMnu1（c）、CODMnu2（c）、CODMnu3（c）、CODMnu4（c）、CODMnu5（c）為CODMn評價因素水質隸屬度，c為實測濃度值（mg/L）。

有了各評價指標的隸屬函數，就可以進行隸屬度的計算（在隸屬度相同的情況下，為了趨于安全的考慮，確定隸屬度為等級較高的），建立模糊關系矩陣（R）。

現以東榆林水庫為例，根據各評價指標的實測值，分別代入各指標的隸屬度函數，算出各個指標的隸屬度，得到其模糊關系矩陣（R）為：

同理，其余各斷面的模糊矩陣為：

（4）評價因素模糊權重集的確定。DO、BOD5等指標對水質的影響程度不同，根據污染物對水質的污染程度原則來決定權重的大小。

以東榆林水庫為例，計算各參數的權重為：

式中：w為各參數的污染指數值（權重值）；c為各參數的實測濃度值；s為各參數的各級水質標準值的算數平均值。

對各參數的權重值進行歸一化運算，得到：

進而，得出東榆林水庫斷面的權重集為：

同理，其余各斷面的權重集為：

（5）評價結果計算。將上述計算的各參數組成的權重集(A)與各評價對象和評價標準組成的模糊矩陣(R)進行復合運算(A×R)，以東榆林水庫為例，得到模糊綜合評價結果為：

根據上述步驟，可以計算出其他3 個監測斷面的模糊綜合評價結果。各斷面的模糊綜合評價結果，見表3。

表3 各斷面模糊綜合評價結果

（6）評價結果。評價結果的值為對應各級水質的隸屬度，取其中最大者作為該水體的綜合評價級數，若有兩個數值相同，應取兩個數值中相鄰數值較大者。

東榆林水庫屬于Ⅱ類水質，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（CODMn）超標較輕。固定橋屬于Ⅴ類水質，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（CODMn）超標非常嚴重。堡子灣屬于Ⅴ類水質，該斷面的溶解氧（DO）超標較輕，氨氮（NH3-N）超標非常嚴重，高錳酸鹽指數（CODMn）超標較嚴重。艾莊屬于Ⅴ類水質，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（CODMn）超標非常嚴重。

3 結論

筆者運用模糊綜合評價法對桑干河水體水質進行了科學的評定，得出東榆林水庫屬于Ⅱ級水質和固定橋、堡子灣、艾莊均屬于Ⅴ級水質。由對桑干河監測統計的排放量可知，各區段COD 排放總量為18 665.8 t/a、氨氮排放總量為1 862.3 t/a、揮發酚排放總量為213.6 t/a，可見造成桑干河流域水污染的主要污染物有COD、氨氮和揮發酚。

針對桑干河流域污染嚴重的狀況，應強化桑干河流域政府和居民的環保意識。

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