王 澤 吳 月

（1.安徽省蚌埠閘工程管理處 蚌埠 233000 2.淮河水利委員會(huì)治淮工程建設(shè)管理局 蚌埠 233001）

1 研究方法

本次研究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）執(zhí)行。

1.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法是將水體中各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)測(cè)值與水環(huán)境質(zhì)量項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)照，選取水質(zhì)最差的單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別作為水體綜合水質(zhì)類別。

1.2 水污染指數(shù)法

水污染指數(shù)法（WPI 法）是基于單因子法的基本原則，內(nèi)插計(jì)算出各污染指標(biāo)的WPI 值，選取WPI 值的最高值來判定水體水質(zhì)污染等級(jí)。水質(zhì)類別和水質(zhì)污染指數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

表1 水質(zhì)類別和水質(zhì)污染指數(shù)對(duì)應(yīng)表

各水污染指數(shù)WPI 值的計(jì)算：

Ⅰ～Ⅳ類水質(zhì)類別限值內(nèi)，水質(zhì)污染指數(shù)WPI計(jì)算公式為：

V 類和劣V 類水質(zhì)類別限值內(nèi)，水質(zhì)污染指數(shù)WPI 計(jì)算公式為：

式中：C(i)為第i 個(gè)污染物實(shí)測(cè)濃度值，Cl(i)為第i 個(gè)污染物所在類別標(biāo)準(zhǔn)的下限濃度值，Ch(i)為第i 個(gè)污染物所在類別標(biāo)準(zhǔn)的上限濃度值，C5(i)為第i 個(gè)污染物V 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，W(i)為第i個(gè)污染物所對(duì)應(yīng)的指數(shù)值，Wl(i)為第i 個(gè)污染物所在類別標(biāo)準(zhǔn)下限濃度值對(duì)應(yīng)的指數(shù)值，Wh(i)為第i個(gè)污染物所在類別標(biāo)準(zhǔn)上限濃度值對(duì)應(yīng)的指數(shù)值。

此外，對(duì)于有下限值的污染物溶解氧（DO），溶解氧（DO）≥7.5mg/l，W(i)=20；2mg/l ≤溶解氧（DO）＜7.5mg/l，W(i)計(jì)算公式為（3），溶解氧（DO）＜2mg/l，W(i)計(jì)算公式為（4）。

1.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是基于模糊數(shù)學(xué)理論，以各水污染物指標(biāo)的水質(zhì)等級(jí)為集，通過計(jì)算隸屬度矢量和所占權(quán)重獲得對(duì)應(yīng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重矩陣，對(duì)二者進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算確定水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.3.1 用隸屬度劃分水質(zhì)分級(jí)界限

為表示屬于某種標(biāo)準(zhǔn)值的百分?jǐn)?shù)，可用隸屬度函數(shù)y 描述與濃度x 間的線性關(guān)系見（圖1）。

圖1 隸屬度y 與濃度x 的關(guān)系圖

當(dāng)實(shí)測(cè)濃度x 位于左端屬于Ⅰ級(jí)的隸屬度為：

當(dāng)實(shí)測(cè)濃度x 位于中間屬于i 級(jí)的隸屬度為：

當(dāng)實(shí)測(cè)濃度x 位于右端屬于n 級(jí)的隸屬度為：

1.3.2 對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)分別評(píng)價(jià)

取U 為污染物單項(xiàng)指標(biāo)A 的集合{A1,A2,…,Am}，取V 為水體分級(jí)的集合{I 類水，II 類水，…，n 類水}。通過計(jì)算隸屬函數(shù)，得出m×n 模糊矩陣，即：

1.3.3 計(jì)算權(quán)重

各污染因子對(duì)水體質(zhì)量影響的大小是通過權(quán)重來體現(xiàn)的，權(quán)重越大就代表該污染因子在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的影響越大。對(duì)各分指標(biāo)超標(biāo)情況加權(quán)對(duì)各參數(shù)給予權(quán)重，計(jì)算公式為：

式中：

Ci為第i 種污染物實(shí)測(cè)濃度；Si為第i 種污染物某種用途下各級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的算數(shù)平均值。

將各個(gè)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，即：

對(duì)U 中m 項(xiàng)指標(biāo)給予權(quán)重，組成一個(gè)1×m 的矩陣B，即：

1.3.4 模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算

模糊矩陣的運(yùn)算方式為：兩數(shù)相乘取小值為“積”，諸數(shù)相加取大數(shù)為“和”，即通過（∧，∨）算子進(jìn)行矩陣復(fù)合運(yùn)算，可表達(dá)為：

1.3.5 按最大隸屬度原則確定水質(zhì)級(jí)別

選取綜合隸屬度矩陣S=[Y11,Y22,…,Y1n]中最大值所在的級(jí)別作為評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)等級(jí)。

2 實(shí)例研究

位于淮河入江水道下段的某工業(yè)集鎮(zhèn)，工業(yè)廠房密集、人口數(shù)量激增，水體均存在不同程度的污染。為因地制宜開展水污染治理，現(xiàn)對(duì)轄區(qū)9 條內(nèi)河進(jìn)行水質(zhì)斷面監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表2。

表2 轄區(qū)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表（單位：mg/L）

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子評(píng)價(jià)結(jié)果

基于單因子評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3 單因子評(píng)價(jià)法河流水質(zhì)斷面等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表

3.2 水污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

基于水污染指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果見表4（主要污染物僅列出前兩位）。

表4 水污染指數(shù)法河流水質(zhì)斷面等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)模型計(jì)算得到不同污染物指標(biāo)的權(quán)重值，見表5（主要污染物僅列出前兩位）。將表5所得權(quán)重矩陣進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算后得到綜合隸屬度矩陣及水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，見表6。

表5 模糊綜合評(píng)價(jià)法河流水質(zhì)斷面權(quán)重值歸一化結(jié)果表

表6 模糊綜合評(píng)價(jià)法河流水質(zhì)斷面綜合隸屬度及等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果比較及分析

3.4.1 水質(zhì)類別定性比較及分析

從9 條河流的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，三種評(píng)價(jià)方法得出的水質(zhì)等級(jí)差異不大，水質(zhì)能達(dá)到Ⅳ類（適用于一般工業(yè)用水區(qū)）的河流：?jiǎn)我蜃釉u(píng)價(jià)法4條，水污染指數(shù)法4 條，模糊綜合評(píng)價(jià)法5 條，與實(shí)際水質(zhì)情況更符合。

在河流水質(zhì)等級(jí)評(píng)定上，單因子評(píng)價(jià)法與水污染指數(shù)法的結(jié)果一致，模糊綜合評(píng)價(jià)法的結(jié)果略好于其他兩種方法（分別是河流①、⑦、⑨），且水質(zhì)等級(jí)差異不超過1 個(gè)類級(jí)。

3.4.2 主要污染物指標(biāo)定量比較及分析

評(píng)價(jià)單一河流主要污染物指標(biāo)時(shí)，單因子法由水質(zhì)最差類別對(duì)應(yīng)的污染物指標(biāo)來確定，但當(dāng)水質(zhì)最差類別對(duì)應(yīng)多個(gè)污染物指標(biāo)時(shí)，無法判斷這多個(gè)污染物指標(biāo)對(duì)水質(zhì)影響程度的主次。相比之下，水污染指數(shù)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法能通過WPI 值和權(quán)重矩陣B 定量描述各污染物指標(biāo)對(duì)水質(zhì)污染的影響程度。但較水污染指數(shù)法能直觀比對(duì)WPI值相比，模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)總體數(shù)據(jù)的模糊運(yùn)算在一定程度上削弱了主因素的作用，導(dǎo)致在分析主要污染物時(shí)不容易作出判斷。

綜合評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)多條河流主要污染物指標(biāo)時(shí)，單因子法判斷主要污染物指標(biāo)時(shí)亦存在多個(gè)最差類別水質(zhì)對(duì)應(yīng)多個(gè)污染物指標(biāo)，進(jìn)而無法確定多個(gè)污染物指標(biāo)對(duì)水質(zhì)影響程度主次的問題；模糊綜合評(píng)價(jià)法中的權(quán)重矩陣B 值僅為單一河流內(nèi)的相對(duì)值，應(yīng)用于不同河流對(duì)比中不具實(shí)際意義。而污染物指數(shù)法能清晰通過各河流的WPI 值比較得出該地區(qū)主要污染物為氨氮、總磷。

3.4.3 劣五類水體水質(zhì)比較及分析

在此次研究中，三種評(píng)價(jià)方法評(píng)出的劣Ⅴ類河流數(shù)量一致，皆為河流②、③、⑥，三條劣Ⅴ類河流的主要污染物皆為氨氮、總磷，表明該地區(qū)的工業(yè)廢水（養(yǎng)殖業(yè)、化肥廠）以及生活污水（服務(wù)餐飲、含磷洗衣粉）極大可能存在未達(dá)標(biāo)處理的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，單因子評(píng)價(jià)法原理直觀，計(jì)算簡(jiǎn)單，采用“最差規(guī)則”分級(jí)能夠快速確定地表水環(huán)境的超標(biāo)指標(biāo)，對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)有著較好的評(píng)價(jià)意義，但是僅由最差等級(jí)決定水質(zhì)等級(jí)的理念過于消極，對(duì)整體數(shù)據(jù)的應(yīng)用和水體綜合環(huán)境的考慮稍顯不足。水污染指數(shù)法雖然基于單因子評(píng)價(jià)法的原理，但可以定量描述各個(gè)污染物對(duì)水質(zhì)的影響程度，在主要污染物的分析上更具優(yōu)勢(shì)。模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)自然界模糊性考慮充足，能充分利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并綜合評(píng)定各污染物指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的綜合影響，具有一定的合理性和科學(xué)性，與實(shí)際污染狀況比較吻合，但在主要污染物的判別上操作性欠佳■