汪鑰龍 魏煒 覃家飛 范文陽 吳佳昌

（1、廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530023 2、廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530023）

水質(zhì)評價是按照選定的指標(biāo)，對各類型的水體質(zhì)量進(jìn)行定性或定量的檢測，根據(jù)一定的水質(zhì)評價方法和水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀評價的過程。2018 年1 月1 日，經(jīng)第二次修訂的《中國人民共和國水污染防治法》正式實行，其中與水質(zhì)要求相關(guān)的條款更趨嚴(yán)格，而水質(zhì)評價作為水體情況評定、水資源管理和水污染防治問題的主要途徑，對水資源的開發(fā)利用和污水處理等起著決定性作用。

水質(zhì)評價方法有單因子評價法[1]、主成分分析法[2]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[3]和健康風(fēng)險綜合指數(shù)法[4]等。在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中明確指出，地表水質(zhì)評價應(yīng)根據(jù)水域功能類別，選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行單因子評價，評價的結(jié)果應(yīng)該說明水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，超標(biāo)部分應(yīng)說明清楚超標(biāo)項目、倍數(shù)以及達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。單因子評價法可以直觀的觀察出各個水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)污染程度，以單項最差的水質(zhì)因子所對應(yīng)的類別作為此評價區(qū)域的等級。雖然該方法概念明確、易于操作、計算簡單，但是由于其“一票否決”和范圍性原則，該方法不能準(zhǔn)確的表達(dá)出各同類水體的綜合情況，存在單一性和局限性。因此，本文將密切值法[5]引入到水質(zhì)評價中的單因子評價法中，作為對單因子評價方法的補(bǔ)充和完善。

1 密切值法在水質(zhì)評價單因子評價法中的步驟

密切值法（Close Value Method）是工程學(xué)中一種常用的多目標(biāo)決策的優(yōu)選方法，此方法通過找出各評價對象中影響因子指標(biāo)的“最優(yōu)點”和“最劣點”界限，分別計算出對應(yīng)指標(biāo)到“最優(yōu)點”和“最劣點”之間的歐氏距離，求出評價對象的密切值，再按照所求密切值的大小排列出評價對象間的優(yōu)劣順序，從而將多目標(biāo)決策轉(zhuǎn)換為單一的綜合值進(jìn)行評價，密切值越小，則表明評價對象越優(yōu)。對同類型的水質(zhì)進(jìn)行優(yōu)劣評價是典型的多目標(biāo)評價，因此，本文嘗試將密切值法應(yīng)用到水質(zhì)評價單因子評價法中，為單因子評價法中同類型水質(zhì)情況提供科學(xué)合理的排序，具體步驟如下:

1.1 構(gòu)建原始的影響因子指標(biāo)矩陣

假定某水資源論證項目n 個擬定取水口均為某類水，各擬定取水口的水樣中有m 個影響因子指標(biāo)，則可以構(gòu)建n×m 階的影響因子指標(biāo)矩陣Y:

其中，m 表示影響因子指標(biāo)的項數(shù)；n 表示取水樣品的個數(shù)；anm表示第m 個取水樣品的第n 項影響因子指標(biāo)的值。

1.2 影響因子指標(biāo)矩的同向化和規(guī)范化

在構(gòu)建原始影響因子矩陣的評價指標(biāo)中，既有對水質(zhì)評價產(chǎn)生正向作用的因子，也有對水質(zhì)評價產(chǎn)生負(fù)向作用的因子，為了使各指標(biāo)具有可比性，需對其進(jìn)行同向化處理，即將對水質(zhì)評價結(jié)果產(chǎn)生負(fù)向作用的指標(biāo)前添加負(fù)號。又因為不同評價指標(biāo)的數(shù)量級和量綱不同，為了獲得無量綱的規(guī)范化矩陣，需要對原始矩陣（1）按規(guī)范化公式（3）進(jìn)行處理。

1.3 確定各項的“最優(yōu)點”和“最劣點”

利用Excel 計算出各項“最優(yōu)點”和“最劣點”，構(gòu)建構(gòu)建“最優(yōu)點”矩陣A+（4）和“最劣點”矩陣A-（5）。

各項“最優(yōu)點”和“最劣點”計算公式：

1.4 計算各水質(zhì)評價因子到最優(yōu)點和最劣點的距離

1.5 計算各水質(zhì)密切值并排序

分別計算各水質(zhì)的密切值Ci，然后根據(jù)密切值的大小進(jìn)行排序。

2 水質(zhì)評價工程實例

2021 年，編者所在課題組承接的廣西隆安縣某水廠取水口設(shè)置項目中，計劃從三個取水口處擇優(yōu)進(jìn)行取水，因此需對項目所在水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在項目所在的論證河段的擬取水的3 個斷面進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，評價根據(jù)《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃（2011-2030 年）》（2017），3 個斷面水質(zhì)均執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，課題組委托某監(jiān)測公司與2021 年10 月17-10 月19 日連續(xù)三天對三個斷面的水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測，根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值（表1）和地表水監(jiān)測結(jié)果（表2），計算出各影響因子項目平均值及各指標(biāo)屬性（表3）：

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值單位：mg/L（pH 值除外）

表2 地表水監(jiān)測結(jié)果單位：mg/L，特別注明除外

根據(jù)表3 按照公式（1）構(gòu)建判斷矩陣Y：

表3 各斷面水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果均值及各指標(biāo)屬性情況表單位：mg/L，特別注明除外

按公式（3）對矩陣Y 進(jìn)行同向化和規(guī)范化處理，得到規(guī)范化矩陣R:

按公式（4）和公式（5）求出各指標(biāo)的最優(yōu)矩陣A+和最劣矩陣A-:

按公式（8）和公式（9）計算出各斷面影響因子指標(biāo)到其“最優(yōu)點”和“最劣點”的歐氏距離：

根據(jù)公式（10）求出各斷面水質(zhì)的密切值，得到1#斷面的密切值0.036，2#斷面的密切值0.240，3#斷面的密切值0.487，由于密切值越小代表越水質(zhì)越好，因此1#斷面的水質(zhì)最好，取水口應(yīng)設(shè)于此處。

3 討論

根據(jù)工程實例的計算，最終選擇水質(zhì)最優(yōu)的1#取水

點進(jìn)行取水，因為綜合來看，1#斷面的水質(zhì)情況最好，在9 項水質(zhì)指標(biāo)中，有溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷4項是最優(yōu)指標(biāo)，僅有1 項是最差指標(biāo)，因此在綜合計算中，1#斷面水質(zhì)評價得到的密切值最小，水質(zhì)最優(yōu)。廣西隆安縣某水廠取水口設(shè)置項目中實例的計算結(jié)果表示1#斷面水質(zhì)是最好的，在實際的取水口選擇鐘，項目評審專家認(rèn)定1#斷面水質(zhì)相對更好，在其他條件相似的情況下最終選擇1#斷面為取水口，與實際工程選擇是相同的，這說明密切值法在水質(zhì)評價中是切實可行的。

4 結(jié)論

本文將密切值法用于水質(zhì)單因子評價法中，對于同類水的優(yōu)劣進(jìn)行更為詳細(xì)的排序，是對單因子評價法的完善和補(bǔ)充，在水質(zhì)評價中具有重要的借鑒意義。