河流水环境质量评价分析

赵应凤

（天津市水务工程建设管理中心，天津 300204）

1 引言

1.1 研究目的和意义

水是生命的起源，随着社会经济的快速发展，水环境出现了严重的污染问题，这是一个全世界范围内急需解决的问题。水资源质量评价是针对天然水（地表水、地下水）进行的，是水资源数量评价前开展的一项基础性工作，是众多评价参数的综合结果。通过对山西省桑干河河流水环境质量进行评价，了解影响本地区环境质量的主要污染源和污染因子，进而为保护河流水环境提供科学依据。

1.2 发展趋势

水环境质量综合评价法具有十分成熟的基本理论和方法。模糊数学等方法将不断应用于环境评价中，并将成为今后的一大热门研究，其随机性、模糊性往往共存于所研究的对象和问题中，水环境评价中不同的方法耦合是科学发展的必然结果。因而，运用模糊分析等方法的耦合思路研究水资源评价将得到人们的关注。

模糊综合评价法是依据水质标准，使用隶属函数叙说各评价参数的分类界限，考虑界限的模糊性，建立水质参数的模糊集合，形成其模糊关系矩阵；根据各评价参数的作用，确定不同的权重，建立权重矩阵，通过运算推求出水质评价的隶属函数，以隶属度最大者为评价的分类标准。

2 应用模糊综合评价法评价桑干河水环境质量

2.1 桑干河概况

桑干河是山西省境内的主要河流，上游多座水库担负着向官厅水库供水的任务。其中，东榆林水库和固定桥位于桑干河的干流上游，堡子湾及艾庄位于桑干河的二级支流上。山西省是我国环境污染严重的省份之一，全省有73%的监测断面水质超过国家地表水V类水质标准，丧失了使用功能。

2.2 桑干河水环境质量评价

（1）建立评价对象的因素集。考虑到山西省工业废水和生活污水的特点，根据我国地表水环境质量标准（GB3838-2002），按照监测数据和主要污染物的代表性确定5 个参数作为评价因子：溶解氧（DO），氨氮（NH3-N），氟化物，五日生化需氧量（BOD5），高锰酸盐指数（CODMn）。山西省桑干河东榆林水库、固定桥、堡子湾和艾庄4个监测断面水质监测数据，见表1。

表1 桑干河水体水质监测数据 mg/L

（2）建立评价集。根据地表水环境质量标准（GB3838-2002）（见表2），将河流分为5 个等级，即评价集：V={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}。

表2 地表水环境质量标准基本项目标准限值 mg/L

（3）各参数隶属度及模糊关系矩阵的确立。水污染程度和水质分级标准具有模糊性，根据各个指标的5 级标准，确定出5 个级别的隶属函数。除DO外，各个评价指标以数值小为最优。

DO采用偏大型分布，其隶属函数如下：

式中：DOu1（c）、DOu2（c）、DOu3（c）、DOu4（c）、DOu5（c）为DO评价因素水质隶属度，c为实测浓度值（mg/L）。

NH3-N采用偏小型分布，其隶属函数如下：

式中：NH3-Nu1（c）、NH3-Nu2（c）、NH3-Nu3（c）、NH3-Nu4（c）、NH3-Nu5（c）为NH3-N 评价因素水质隶属度，c为实测浓度值（mg/L）。

氟化物采用偏小型分布，其隶属函数如下：

式中：氟化物u1，2，3（c）、氟化物u4，5（c）为氟化物评价因素水质隶属度，c为实测浓度值（mg/L）。

BOD5采用偏小型分布，其隶属函数如下：

式中：BOD5u1，2（c）、BOD5u3（c）、BOD5u4（c）、BOD5u5（c）为BOD5评价因素水质隶属度，c为实测浓度值（mg/L）。

CODMn采用偏小型分布，其隶属函数如下：

式 中：CODMnu1（c）、CODMnu2（c）、CODMnu3（c）、CODMnu4（c）、CODMnu5（c）为CODMn评价因素水质隶属度，c为实测浓度值（mg/L）。

有了各评价指标的隶属函数，就可以进行隶属度的计算（在隶属度相同的情况下，为了趋于安全的考虑，确定隶属度为等级较高的），建立模糊关系矩阵（R）。

现以东榆林水库为例，根据各评价指标的实测值，分别代入各指标的隶属度函数，算出各个指标的隶属度，得到其模糊关系矩阵（R）为：

同理，其余各断面的模糊矩阵为：

（4）评价因素模糊权重集的确定。DO、BOD5等指标对水质的影响程度不同，根据污染物对水质的污染程度原则来决定权重的大小。

以东榆林水库为例，计算各参数的权重为：

式中：w为各参数的污染指数值（权重值）；c为各参数的实测浓度值；s为各参数的各级水质标准值的算数平均值。

对各参数的权重值进行归一化运算，得到：

进而，得出东榆林水库断面的权重集为：

同理，其余各断面的权重集为：

（5）评价结果计算。将上述计算的各参数组成的权重集(A)与各评价对象和评价标准组成的模糊矩阵(R)进行复合运算(A×R)，以东榆林水库为例，得到模糊综合评价结果为：

根据上述步骤，可以计算出其他3 个监测断面的模糊综合评价结果。各断面的模糊综合评价结果，见表3。

表3 各断面模糊综合评价结果

（6）评价结果。评价结果的值为对应各级水质的隶属度，取其中最大者作为该水体的综合评价级数，若有两个数值相同，应取两个数值中相邻数值较大者。

东榆林水库属于Ⅱ类水质，该断面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高锰酸盐指数（CODMn）超标较轻。固定桥属于Ⅴ类水质，该断面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高锰酸盐指数（CODMn）超标非常严重。堡子湾属于Ⅴ类水质，该断面的溶解氧（DO）超标较轻，氨氮（NH3-N）超标非常严重，高锰酸盐指数（CODMn）超标较严重。艾庄属于Ⅴ类水质，该断面的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）和高锰酸盐指数（CODMn）超标非常严重。

3 结论

笔者运用模糊综合评价法对桑干河水体水质进行了科学的评定，得出东榆林水库属于Ⅱ级水质和固定桥、堡子湾、艾庄均属于Ⅴ级水质。由对桑干河监测统计的排放量可知，各区段COD 排放总量为18 665.8 t/a、氨氮排放总量为1 862.3 t/a、挥发酚排放总量为213.6 t/a，可见造成桑干河流域水污染的主要污染物有COD、氨氮和挥发酚。

针对桑干河流域污染严重的状况，应强化桑干河流域政府和居民的环保意识。

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