2015年～2018年西安境内河流水质分析

孙向军，郑俊凡，杨巍巍，莫铁祥，张 兰，范文睿，焦 娇，王 萌

（西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048）

自2013年西安市被水利部确定为全国水生态文明建设试点城市以来，西安市通过实施“八水绕西安”生态恢复工程，水体环境得到了明显的改善[1]。因此分析近年来西安河流水质情况，对巩固西安市水生态文明建设成果与进一步深化水生态文明建设具有重要意义。

1 监测断面及数据来源

数据来源于陕西省环保厅公布的渭河水质月报，涵盖西安境内入渭河口的十个断面，分别是皂河、临河、漕运明渠、幸福渠、黑河、涝河、灞河、泾河、沣河、新河入渭河口断面（编号1-10）。

由于水质监测指标的季节变化性，本文选取每年1、4、7、10月的监测数据进行分析[2]（2016年春季选取3月份，2017年夏季涝河入渭河断面选取6月份）。

2 建立水质模糊综合评价模型

2.1 因素集和评价集

在水质评估中，因素集为水质指标组成的模糊子集。

在《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中，将地表水水质分成了5类，故评价集Ⅴ=｛Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ｝。

表1 GB3838-2002地表水环境质量标准值

2.2 隶属函数的确定

在水质模糊评估中，对于浓度越小越优的指标，如COD（化学需氧量）、NH3-N（氨氮）、TP（总磷）等，采用降半梯型隶属函数；对于浓度越大越优的指标，如DO（溶解氧）等，采用升半梯型隶属函数[3]。

2.3 各指标权重的确定

在客观赋权法中，目前应用最为广泛的是浓度超标加权法，其根据各分指数超标情况进行加权，超标越多，加权越大[4]。ωj=权重，式中x为因子的实测值，μj为Ⅲ类水质的标准限值。

对于μj的取值，由于各评价因子不同水质级别间阶梯变化幅度不同，采用五类标准限值的均值可能会改变某些因子的实际表征作用，故本文采用Ⅲ类标准限值作为基准，这样既能直接表明该评价因子是否超出国家标准的要求，又能反映超出标准的程度，从而使结果更加符合客观实际[5]。

最后对各因子的权重值归一化后即可得出最终权重，归一化公式为：

2.4 模糊综合评价

将各因子模糊矩阵R与各因子权重集A进行复合运算，便可得到综合评判结果B，归一化后按照最大隶属度原则即可判定水质级别。

对于复合运算，目前常采用模糊矩阵并运算,其主要强调了超标最大因子的作用，但评价因子较多时，容易造成水质信息的丢失，无法获得预期的评价结果[6]。由严格的数学证明[7]可知，在进行综合评判时，可采取实数的加乘运算来代替交并运算，得到的结果仍是一个F集，故本文采用加乘运算，这样充分考虑了各因素对最终结果的影响，比用并运算更加精细[8]。

针对目前模糊综合评价法中评价结果无法对同一类别水体水质优劣进行比较的不足，本文引入级别特征值J的概念，设级别变量为j，其所对应的隶属度为bj，则J=值越大，水质越优，这样即可精细化比较水质优劣。

3 计算示例

3.1 原始数据

以2018年夏季计算为例，见表2。

表2 2018年7月监测断面各指标值

3.2 模糊关系矩阵的建立

构建因素集 U=｛COD，NH3-N，DO，TP｝，评价集 V=｛Ⅰ ⅡⅢ Ⅳ Ⅴ｝，根据隶属函数求各监测断面的隶属度，建立模糊关系矩阵，例如2018年7月泾河入渭河断面隶属矩阵为：

3.3 权重的建立

根据浓度超标法计算可得权重，例如2018年7月泾河入渭河断面权重向量为A8=［0.328 0.234 0.375 0.063］。

3.4 模糊综合评判

对R8与A8进行模糊取积求和运算并归一化得B8=［0.047 0.508 0.412 0.033 0］，按照最大隶属度原则可判定2018年夏季（7月）泾河入渭河断面水质为Ⅱ类。由于B8·VT=2.431，故2018年夏季（7月）泾河入渭河断面的水质级别特征值J8为2.431。同理可得Bi、Ji（i=1,…，7，9，10），各Bi组成对评价等级的隶属矩阵B，各Ji组成级别特征值向量。

4 结果分析

按照上述方法计算得2015年夏季～2018年夏季各季节水质情况，见表3、表 4。

表3 2015年～2018年各季节各监测断面水质级别

表4 2015年～2018年各季节各监测断面水质级别特征值

4.1 水质明显改善断面分析

图1 西安市水质明显改善断面级别特征值

由图1并结合实际可知：新河、漕运明渠、幸福渠通过一系列水环境综合治理工程，水质得到了极大改善。沣河与灞河水质在2015年、2016年由于管控治理不严，污染加剧，但自2017年实施诸如像沣河综合治理工程、沣河湿地生态修复工程、灞河生态区河道保洁项目等一系列极具针对性的工程以来，水质呈不断好转趋势。

4.2 水质改善不明显断面分析

图2 西安市水质改善不明显断面级别特征值

由图2可知：黑河水质常年较好，大多数季节水质属Ⅰ类，这与西安市实施严格的水源地管理是离不开的。皂河水质常年较差，均属Ⅴ类，这与西安市每天有近百万吨生活污水排入皂河现状相符合。临河、涝河水质呈规律性季节变化，涝河冬春季水质较差，临河秋季水质差，这与枯水期大量污水入河有关。泾河水质呈无规律波动，这符合泾河支流众多、难以统一管控、水土流失严重的特点。

5 结论

本文针对目前模糊综合评价法中评价结果无法对同一类别水体水质优劣进行比较的不足，引入级别特征值的概念，精细化地比较了西安市各主要河流水质优劣。从结果可以看出，西安市近年来水系生态环境修复效果显著，但其仍有较大改进空间，尤其是临河、涝河、皂河，具体的整改措施包括以下三点：

（1）在工程方面，为了进一步深化生态文明建设，应进一步强化污染物排放管理。除进一步加强污染较重河段整治工作外，还应注意已整治河段。

（2）在政策方面，为了西安市经济可持续发展，应考虑河流纳污能力。城市和工业发展规模应与河流的纳污能力相协调，应鼓励发展低能耗、低污染的工业和第三产业。

（3）在技术方面，应进一步提高水循环率，减少排污，提高污水处理水平，减少污染物排放量。