基于物元分析法的吐鲁番市灌溉用水水质综合评价

阿不都沙拉木·加拉力丁 王欣 师芸宏

摘要：利用物元分析法构建新疆吐鲁番市各项灌溉用水水质评价综合物元模型，对吐鲁番市各项灌溉用水（如渠水、泉水、坎儿井水、机井水）的水质进行评定。结果表明：10月份灌溉用水水质较好，为Ⅰ级或Ⅱ级；5月份部分灌溉水质为Ⅲ级，水质较差，易造成土壤盐碱化；3月份检测的煤窑沟流域水样水质均为Ⅳ级，不适宜作为农田灌溉用水。对物元分析法、模糊评价法的评价结果对比显示，2种方法的评价结果基本吻合，并且取得了较好的一致性。

关键词：物元分析法；灌溉用水；水质评价；吐鲁番市

中图分类号：S274.4；X824 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0397-03

随着土壤盐渍化、次生盐渍化问题的不断加剧，农业灌溉用水的质量成为制约干旱区农业发展的一个重大问题[1]。新疆吐鲁番地区是新疆重要的天山北麓农牧业发展带，常年降水量稀少，蒸发量巨大，地表水稀缺，这与其农业巨大的需水量形成鲜明的矛盾。因此，对吐鲁番市灌溉用水质量进行正确评价是非常重要的，也是有效预防当地土壤盐渍化的重要手段之一。目前用于灌溉水质的评价方法主要有盐害和碱害双系数法、灌溉系数法、水土综合评价法等[2]，上述评价方法多为单方面评价水质某一方面的因子，存在着一定的局限性。而物元分析方法是通过建立事物多指标性能参数的质量评定模型，用定量的数值表示评定结果，从而能够较完整地反映事物质量的综合水平[3-4]。本研究采用物元分析法建立水质评价的物元模型，对新疆吐鲁番市各项灌溉用水水质状况进行综合评价，以期为吐鲁番市灌溉用水资源的合理使用、防止对土壤造成潜在盐渍化提供参考依据。

1 物元模型的构建

1.1 物元模型

将所研究的事物记作N，N的特征记作C，关于C的量值记作V，则三元有序数组R=（N C V）称为物元。若事物N的特征有多个，用c1，c2，c3，…，cn表示，其量值用v

评价参数ci（i=1，2，…，n）的量值域，称为经典域。对于经典域，构造其节域：建立物

1.2 点与有限区间距离的计算

点与有限区间距离的计算公式为：

1.3 关联函数

关联度函数Ki（xj）的定义为：

1.4 权系数

对于评价等级Ni（i=1，2，…，m）的门限值xij（j=1，2，…，n），权系数为：

aij=xij/∑ni=1xij，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。（3）

1.5 关联度及评价等级

关联函数K（x）的数值表示评价单元符合某标准范围的隶属程度。当K（x）≥1.0时，表示被评价对象超过标准对象上限，数值越大，开发潜力越大；当0≤K（x）<1.0时，表示被评价对象符合标准要求的程度，数值越大，越接近标准上限；当-1.0≤K（x）<0时，表示被评价对象不符合标准对象要求，但具备转化为标准对象的条件，数值越大，越容易转化；当K（x）≤-1.0 时，表示被评价对象不符合标准对象要求，且又不具备转化为标准对象的条件[5]。令Kj（p）=∑ni=1aijKj（xi），j=1，2，…，m，称Kj（p）为待评价对象P关于等级j的关联度。若Kj0=max{Kj（P）}，j∈{1，2，…，m}，则评定P属于等级j0。

2 吐鲁番市灌溉用水水质评价

分别于2013年3月[6]、2013年10月[7]、2014年5月分3次对吐鲁番市各项灌溉用水水样（包括渠水、泉水、坎儿井水、井水）进行采集，参照GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》对水样的pH值、电导率、矿化度、8大离子等水质指标进行检测。采样点分布如图1所示。

2.1 选定评价因子及标准

分别选取水样的矿化度、钠吸附比（sodium adsorption ratio，SAR）、盐碱害综合危害系数K值、灌溉系数Ka值、Cl离子作为评价因子，分别采用矿化度分类限值[8]、SAR值对土壤透水性危害的分极标准[9]、综合危害系数评价标准[9]、灌溉系数评价标准[9]、Cl离子毒害性指标[10]为评价标准。灌溉用水水质标准综合限值见表1。

2.2 数据处理

由于各个评价指标的量化值所在的区间不完全相同，有的评价指标是数值越小级别越高（如矿化度、SAR、K值、Cl离子）；而有的则相反（如Ka值），因此对各项评价指标和评价标准进行归一化处理。

对于矿化度等：di=xi/x4；

对于Ka值：di=1.0-（xi-x4）/x1。

式中：di、xi、x1、x4分别为归一化后的标准值、归一化的标准值、Ⅰ级标准值、Ⅳ级标准值。归一化的评价标准见表2，归一化后的实测指标见表3。

2.3 水质评价的物元模型

2.3.1 经典域及节域 根据表2，取归一化后的Ⅰ～Ⅳ级标准对应的取值范围作为经典域。

沿河的水质较好，基本为Ⅰ级水，上、中、下游水质基本保持不变；塔尔郎河、黒沟的渠水基本为Ⅱ级水；煤窑沟水质较差，灌溉期前后变化浮动较大，尤其是春季的水质出现Ⅲ级水和Ⅳ级水，不适宜作为灌溉用水。从各大河流附近的井水来看，各大流域井水水质较均衡，水质在灌溉期前后有一定变化，除煤窑沟附近井水在3月为Ⅳ级外，其余井水为Ⅰ级或Ⅱ级，水质较好。从各大河流附近的坎儿井水来看，除煤窑沟附近坎儿井水在3月为Ⅳ级外，大河沿河流域、 5—10月煤窑沟附近坎儿井水水质最好，为Ⅰ级水，其余坎水水质较好，为Ⅰ或Ⅱ级水，水质在灌溉期前后变化较小。从吐鲁番市主要泉水来看，泉水水质在灌溉期前后有一定变化，分别为Ⅰ至Ⅲ级不等，水质差别较大。

综合来看，10月灌溉用水水质较好，基本为Ⅰ级或Ⅱ级，5月部分灌溉水质为Ⅲ级，水质较差，易造成土壤盐碱化，3月检测的煤窑沟流域水样水质均为Ⅳ级，不适宜作为农田灌溉用水。所以实际中在3—5月春季灌溉用水的应用中，尤其是煤窑沟流域应注意灌溉方式，多种灌溉用水混合灌溉，避免加重土壤盐碱化。

物元分析法在本吐鲁番市灌溉用水水质综合评价的应用中取得的结果与前期模糊综合评价法结果[7]基本吻合，取得较好的一致性，并且符合客观实际，表明物元理论用于灌溉水质评价问题是可行的，为今后灌溉用水的合理使用提供了较为可靠的科学依据。

参考文献：

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