基于模糊综合评价法的塔里木河阿拉尔段水质评价

叶文升，杜国佺，尤永军，王闪

（塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300）

新疆南疆地区水资源匮乏，人们生产生活用水主要依赖于高山融水形成的地表水。作为南疆多个地区的重要饮用水水源，塔里木河流域的地表水水质优劣，与人们的健康问题息息相关。研究塔里木河流域的水质情况，对确保地区饮用水安全有着重要意义[1]。塔里木河由发源于天山山脉的阿克苏河、发源于喀喇昆仑山的叶尔羌河以及和田河汇流而成，流域总面积1.02×106km2，流域总人口约8.30×106口人[2]。在国家日趋严格的生态环境保护要求下，塔里木河的水环境质量要在2020年达到国家地表水III类水质标准，而作为季节性河流，该区域的整体水环境质量处于不断变化中。本文于2019年5月在塔里木河源头及阿拉尔段不同地点设置取样点，检测9种水质指标，分析当地河流水质状况，并利用模糊综合评价法，判定该河段的水质等级，分析水功能区水质特点，为掌握当地的水质状况、做好水环境保护和生态环境改善工作提供理论依据。

1 研究区水环境概况

塔里木河位于新疆维吾尔自治区南部，是我国最大的内陆河，自身不产流，源流为阿克苏河、叶尔羌

河、和田河，此三个支流在阿克苏市阿瓦提县境内汇合后始称塔里木河，干流全长约1321 km，最后流入台特马湖，水系流域是一个封闭的内陆水循环和水平衡的相对独立的水文区域[3]。受蒸发-浓缩及岩石风化作用的双重影响，该区域的地表水离子成分复杂，苦咸水分布面积2163.45 km2，占总面积的77.26%[4]。长久以来，为满足周边各村镇的饮用水、农田灌水的需求，人们从塔里木河支流、干流引水，建成了多浪水库、上游水库，与塔里木河流域地表水一起成为南疆地区重要的供水来源[5-7]。阿克苏河、叶尔羌河、和田河及塔里木河沿岸城镇，常年向河流排放生活污水、工业废水、农田排水等污废水，导致河流水质变差。

2 监测点位与分析指标

为掌握塔里木河三条源流的污染状况及对塔里木河的影响效果，明确城镇排水对塔里木河水质的影响，研究分别在和田河交叉工程处的阿克苏河、叶尔羌河、和田河、三河交汇流点、塔里木河阿拉尔段前、后六处设置取样断面，取样点位置分布如图1所示。

图1 水样取样点位置分布

水样分析的化学指标包括pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（CODcr）、氨氮、总磷、电导率、浊度、矿化度、氟化物。现场用10 L采水器采集河渠水体上、中、下三层混合水样，测定水温、DO、pH，取2 L带回实验室后5℃低温冷藏保存，用于分析其他指标。水样分析方法参考《水和废水监测分析方法》（第四版）中的标准方法[8]，取样点水质监测结果如表1所示。

表1 各取样点水质监测结果

3 模糊综合评价法的建立

模糊综合评价法是一种数学评价方法，根据模糊数学的隶属度理论把水质指标的实测值与因子建立起矩阵，通过计算得到模糊积，获得一个能够表明水体水质对各级标准的隶属程度评判集，从而判断水质等级[9-10]。模糊综合评价法的优点是结果清晰、系统性强，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合水质等级不确定性的情况[11]。

3.1 选取水质指标

由于pH、电导率、浊度、矿化度4项因子未在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中进行分级，选取CODcr、氨氮、总磷、氟化物4项水质因子作为评价指标，形成评价因子集U={CODcr、氨氮、总磷、氟化物}。

3.2 确定水质指标评判标准

根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），地表水水质标准共分为5级，则上述水质因子的评判标准如表2所示。

表2 地表水水质因子评价标准

3.3 建立模糊关系矩阵

模糊关系矩阵包含4个评价指标和5种等级标准，因此就构成了一个4×5阶的单因子隶属度模糊矩阵函数，隶属度用来描述水环境质量分级界限的隶属程度，各因子隶属函数的建立方法如下[12]：

对于I级水质，即当j=1时，隶属度公式为（其中，Xi：水质因子实际测定值；Sij：水质因子评价标准值）：

对于II～IV级水质，即当j=2，3，4时，隶属度公式为：

对于V级水质，即当j=5时，隶属度公式为：

以阿克苏河为例，根据水样的各评价因子实测值（表1）及其对应的隶属函数，计算出隶属度后，形成模糊关系矩阵R1：

同理可以得到其余5个取样点的模糊关系矩阵。

3.4 建立权重矩阵

根据污染物对水质的污染大权重大、污染小权重小的原则[13-15]，确定各指标权重的大小。由于权重的不同定义，导致最终评价结果有较大差别，因此应将权重归一化。权重计算方法如下：

式中，Wi：评价因子i的权重值；Xi：评价因子 i的实测值；Si：评价因子i的评价标准算数平均值。

由上述公式计算出各取样点的单项权重系数值Wi，结果如表3所示。

表3 各取样点的权重系数值

3.5 建立模糊综合评价结果矩阵

建立权重矩阵W和模糊矩阵R之后，两个矩阵相乘可以得到各水质因子的最终矩阵B。以阿克苏河取样点为例，最终矩阵B1=W·R1=[0.1360.08100.2480.523]

同理可得其他取样点的模糊综合评价结果。

3.6 确定水质等级

根据模糊综合评价结果中隶属度的最大值，确定综合评价等级[16]。

4 结果与讨论

4.1 水质污染特征

将表1中的水质指标检测结果与国内外河流水质比较发现，该区域河流的电导率和矿化度偏高，与前人研究结果一致，这主要是由于南疆地区独特的地理位置，形成大面积的盐碱土，水土环境相互影响，极易在夏季雨水冲刷作用下，形成高盐份径流汇入地表水体和地下水，造成塔里木河水质本底盐份升高。

采用单因子评价法对六处取样点的水进行分级，结果如表4所示。采用氨氮、氟化物作为评价指标时，6处地表水体的水质等级基本在III类水及以上，达到水功能区“集中式生活饮用水地表水源地二级保护区”的要求；而采用CODcr、总磷作为评价指标时，6处地表水体的水质等级在IV类及以下，尤以CODcr等级最低，为劣V类，说明该条河流中有机污染物超标。三河汇流后，塔里木河中氨氮、CODcr的评级不变，总磷、氟化物的评级下降，其水质与阿克苏河较接近，且河流水质沿程逐渐呈现恶化现象，可能是塔里木河周边城镇排放的污废水、灌区农业生产排放的农田退水，通过多种渠道流入到塔里木河中，使塔里木河水污染程度加重。

表4 各取样点水质单因子评价结果

4.2 基于模糊综合评价法的水质等级

通过上述关于模糊综合评价法的论述与计算，6个取样点的模糊综合评价结果如表5所示。由表5可知，塔里木河的三条源流中，叶尔羌河的水质评级为IV级，好于阿克苏河与和田河，后两者水质评级为V级。塔里木河流经阿拉尔地区后，水质处于逐渐恶化的趋势中，对V级标准的隶属度增大。对比权重数据发现，6个取样点的污染贡献最高的为CODcr，其次为总磷，说明塔里木河不同区域受到有机物的污染最重，这可能与当地农业生产使用大量化肥农药有关，农田排水携带的化肥农药随地表径流进入地表水，形成的农田面源，在水土环境的复杂作用下相互影响，对整个塔里木河流域的产生了不利影响[18]。

表5 各取样点水质模糊综合评价结果

对比单因子评价与模糊综合评价的评级结果可知，前者的评级结果比后者低一个等级，这可能与两种评价方法在处理评价因子权重时的差异有关。两种方法的评级结果均表明，塔里木河阿拉尔段的河流水质等级低于IV级，与水功能分区的水质要求不相符。作为南疆居民生产生活用水的主要来源，塔里木河流域的水质应至少达到III类水，评价结果显示该地区的地表水状况非常不理想。

5 结论

本文对塔里木河源流及阿拉尔段的6处地表水质进行检测，采用模糊综合评价法进行水质评价。结果表明：作为我国最大的内陆河，塔里木河流域的地表水体主要受到有机物和总磷的污染，且盐度较高；采用模糊综合评价法得出，塔里木河的三条源流水质较差，水质等级在IV级及以下；塔里木河阿拉尔段的水质评级为V级，与国家规定的水环境功能等级不相符；对比源流与塔里木河干流在流经阿拉尔段的隶属度数据和水质等级可知，塔里木河干流水质沿程逐渐变差，说明城镇排水对塔里木河水质造成了影响，应采取相应的水污染防治措施，促进污染物减排，保护塔里木河水质良性发展。