基于模糊数学法对赋石水库流域河流水质的分析

王小云 孙红艳

摘要 [目的]为了了解安吉县赋石水库流域内河流水质状况。

[方法]2010年7月对该流域河流中15个点进行监测取样，采用室内测试分析和模糊数学综合分析法，分析了各测点DO、CODMn、NH4+N、TN和TP 5项指标。[结果]构建了评价因素和评价等级的论域，计算了各监测点评价因子的关系矩阵，确定了监测因子的权重，并采用模糊数学综合评价法对各监测点的水质进行了评价。评价结果表明该流域河流水质为V类水，主要污染物为CODMn和TN。[结论]2010年7月以后该流域水质出现恶化，主要污染因子为CODMn和TN，需要加强对面源污染的管控。

关键词 模糊综合评价；监测因子；水质；评价；赋石水库流域

中图分类号 S181.3；X832 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）20-06656-03

Rivers Water Quality Analysis in Fushi Reservoir Watershed by Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

WANG Xiaoyun，SUN Hongyang

（Institute of Shanxi Soil and Water Conservation， Taiyuan， Shanxi 030045；Institute of Chemical and Biological Technology，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，Shanxi 030021）

Abstract [Objective] To understand water quality of Fushi reservoir watershed rivers in Anji County. [Method] 15 monitoring points in rivers of Fushi reservoir watershed were monitored in July 2010， using indoor test analysis and fuzzy comprehensive analysis， 5 indicators of DO， CODMn， NH4+N， TN and TP were analyzed. [Result] The domain of evaluation factors and rank was established， the relation matrices of evaluation factors in each monitoring site were calculated， the weights of monitoring factor were determined. The water quality of every monitoring point was evaluated by the fuzzy comprehensive evaluation method. The evaluation results showed that the water quality of rivers in Fushi reservoir watershed was grade Ⅴ， and the main pollution sources were CODMn and TN. [Conclusion] After July in 2010， the water quality has degraded by the CODMn and TN， so it is necessary to strengthen management and control of the non-point source pollution.

Key words Fuzzy comprehensive evaluation； Monitoring factor； Water quality； Evaluation； Fushi reservoir

隨着我国经济的高速发展，我国所面临的生态环境压力也日趋增大，而水污染问题已经成为制约我国社会经济发展和生态文明建设的主要因素之一。目前我国大型湖库均面临着水体恶化和富营养化的危害，而偏远山区和农林业发展地带的河流由于农业生产中大量肥料的使用面临着农业面源污染的风险。目前这种状况已经引起了我国相关部门的重视，并逐渐提高了管理和治理的力度。目前针对水质的评价方法有指数评价法[1]、向量分类机评价法[2]、灰色关联分析法[3]、人工神经网络法[4]、模糊综合评价法与地理信息系统的联用等[5]。由于赋石水库流域主要为农业区，污染物来源复杂且支流干流间相互交替，因此为了更直观地反映这种水质的不确定性，笔者采用模糊综合评价法对该流域河流的水体质量进行了评估[6-7]，以期为该流域管理部门政策制定和管理措施的实施提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概括

赋石水库（30°38′N、119°30′E）位于浙江省安吉县境内，流域面积达331 km2，是典型的低山丘陵地区。该水库于1980年建在西苕溪上游的西溪上，库容2×108 m3，以蓄洪、发电和提供饮用水为主。该水库灌溉农田8 000 hm2，年发电量5.4×104 kW，每天为安吉县人民提供饮用水2.5×104 m3，为该县主要的集中式生活用水供应区。流域内主要种植水稻和蔬菜，山坡和丘陵地段主要以毛竹和板栗为主，因此有“中国竹乡”之称。该流域是典型的海洋季风气候，年平均降水量为1 344.1 mm，年平均气温为16.6 ℃，最高和最低气温分别为38.7和-8.5 ℃。

1.2 样品采集点的布置

依据赋石水库流域河流分布的特征，将流域内样品采集点分为两部分。第一部分为赋石水库流域内的干流-西溪和主要支流上所布置的监测点，其中西溪上共布置G1～G6共6个取样点，G1、G2、G3、G5和G6所对应处的支流上布置Z1、Z2、Z3、Z5和Z6共5个取样点；第二部分为赋石水库支流（直接注入赋石水库但相对较小的河流-大坑溪和尚梅溪），支流西溪从上游到下游布置6个取样点，西溪上较大支流各布置1个取样点。尚梅溪为赋石水库支流，布置1个监测点，大坑溪由于有较大的支流七管溪，故布置3个点。取样点布置位置如图1所示。

1.3 样品的采集和测试项目

从2010年7月对赋石水库流域上游河流水体进行取样，并立即运回实验室测试分析溶解氧（DO）、pH、化学耗氧量（CODMn）、铵态氮（NH4+N）、总氮（TN）、总磷（TP）共5项含量。

1.4 测试分析方法

所有项目分析方法均采用国标方法[8]。其中DO采用便携式溶解氧法、CODMn采用酸性法测量、NH4+N 采用水杨酸次氯酸钠法、总氮采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法、总磷采用碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法。该试验所使用水质监测因子均为3次实测值的均值。

在对赋石水库流域河流水质进行分级时采用《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）[9]，对水质进行评价采用模糊数学法[10-11]。

2 结果与分析

2.1 河流水质评价因子分析

2010年7月对赋石水库流域河流各取样点水质进行测试分析，由表1可知，该流域各河流中DO的含量均大于6，若以DO为因子进行单因子标识指数法[12]评价，该流域河流水质均属于一类水，可以作为饮用水源和国家保护区；监测点中有27%的取样点CODMn含量小于地表水质标准中一类水的临界值（2 mg/L），其余各取样点均介于一类水和二类水之间；该流域各河流中NH4+N的含量均小于地表水一类水的临界值（0.15 mg/L），因此该河流中不存在氨氮污染；该流域河流各监测点有近27%的监测点TN含量在1.0～1.5 mg/L，属于四类水，有13%的监测点TN含量在1.5～2.0 mg/L，属于五类水，有60%的监测点TN含量>2 mg/L，属于劣五类水，存在氮污染问题；该流域各河流监测点TP含量介于0.02～0.10 mg/L，属于二类水，可以作为集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等[9]。

2.2 评价因素论域的建立

此次选取溶解氧（DO），化学耗氧量（CODMn）、NH4+N、TN和TP共5项参数作为评价因子， 因此评价因素的论域为U={DO、CODMn、NH4+N、TN、TP}。

2.3 评价等级论域的建立

2.4 模糊关系矩阵的建立

根据隶属度函数[11]计算2010年7月赋石水库流域河流各监测点5个因子实测值与地表水水质标准所组成的评价集之间的模糊关系矩阵分别为：

2.5 监测因子权重的确定

由于每个参与评价的因子對水质影响的贡献率不同，因此需对评价因子赋予不同的权重。由根据均方差法计算的2010年7月赋石水库流域河流取样点水质各污染因子权重值（表2）可知，2010年7月流域河流有67%的监测点主要污染因子为CODMn，次要污染因子为TN；近33%的监测点主要污染因子为TN，次要污染因子为CODMn。由此可知，该流域河流中主要的污染因子为CODMn和TN，其中CODMn所占的比重较大。由各监测点污染因子权重值可知，G1、G2、G3点和Z1、Z2、Z3点处主要和次要污染因子均相同，G5、G6点和Z5、Z6点处污染因子则相反；直接流入赋石水库的小河流上的取样点CS3和SM两点的主要污染因子为CODMn，而CS1和CS2分别为CS3点处的支流，它们的主要污染因子分别为TN和CODMn。由权重值可知，该流域地表水分析因子中TP的权重值最小，其次为NH4+N，而DO的权重值略大于NH4+N，且与污染因子间的差异较大。由此可知该流域河流中不存在TP和NH4+N的污染。

由于该流域干流各监测点之间相距不远，且地质地貌、社会经济状况均比较相似，而调查范围内点源排水口主要为拉丝厂。通过对拉丝厂排水的分析表明拉丝厂并没有形成污染，故该流域内的点源污染忽略不计。检测区域面源污染主要为农业面源污染和农家所进行的小规模鸡、鸭和鹅畜禽养殖，此评价结果可能反映出造成赋石水库流域河流的有机物污染具有相同的因素。

2.6 模糊数学综合评价结果分析

运用模糊数学综合评价的方法对2010年7月赋石水库流域河流各监测点水质进行模糊综合评价，并按最大隶属度原则确定流域内各监测点的水质类别，结果表明，按照隶属度最大原则，2010年7月赋石水库河流水质均为V类水，水质较差，处于污染状态。

3 结论

通过对赋石水库流域河流水体监测、分析和评价表明，该流域河流水体中5项评价指标中， CODMn和TN的权重最大，其次为DO，而TP最小。由此可知，该流域河流水体的主要超标污染物为CODMn和TN，而NH4+N 和TP没有对水体质量造成较大影响。通过调查可知，该流域2个明显的生活和生产特点是造成水体污染的主要原因。由于该流域大面积种植毛竹，且每年均施肥，因此化肥的大量使用是造成该流域TN超标的原因之一；该流域农村还保留着在河里直接洗涤、倾倒生活和生产用品的传统习惯，这造成了河流水体有机物的超标，从而造成CODMn污染。对该流域河流5项监测指标的模糊数学综合评价结果表明，该流域水体质量为国家Ⅴ类水，处于污染状态，急需进行管理和整治。

安徽农业科学 2014年

参考文献

[1]

范志峰，王丽卿，陈林兴，等.水质表识指数法在淀山湖水质评价中的应用[J].上海海洋大学学报，2009，18（3）：314-320.

[2] 陈娟，刘凌，王建中.支持向量分类机在湖泊富营养化评价中的应用[J].人民长江，2008（2）：55-56.

[3] 岳隽，王仰麟，李贵才，等.深圳市西部库区景观格局与水质的关联特征[J].应用生态学报，2008（1）：203-207.

[4] 蔡煜东，汪列，姚林声.水质富营养化程度的人工神经网络决策模型[J].中国环境科学， 1995，15（2）：123-127.

[5] 龚绍琦，黄家柱，李云梅等.基于GIS 下的太湖水质富营养化模糊综合评价[J].环境科学，2005（5）：34-37.

[6] 何桂芳，袁国明.用模糊数学对珠江口近20 a 来水质进行综合评价[J].海洋环境科学， 2007，26（1）：53-57.

[7] 孙晓梅，刘宏，包思琪，等. 基于模糊数学法的向海水库水质现状评价[J].长春理工大学学报：自然科学版，2012，35（3）：172-175.

[8] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002：243-257.

[9] 国家环境保护总局.中华人民共和国地表水环境质量标准 GB3838-2002[S].北京：中国环境科学出版社，2002.

[10] 隋文斌.模糊数学法在水环境质量综合评价中的应用[J].长春工业大学学报：自然科学版，2012，33（4）：367-370.

[11] 张平，黄钰玲，陈媛媛，等.模糊数学在香溪河库湾富营养化评价中的应用[J].环境科学与技术，2012，35（6）：173-179.

[12] 张宇红，胡成.单因子标识指数法在浑河抚顺段水质评价中的应用[J].环境科学与技术，2011（S1）：276-279.