南四湖典型河流入湖口区水质综合评价_王龙凤.doc

《南四湖典型河流入湖口区水质综合评价_王龙凤.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南四湖典型河流入湖口区水质综合评价_王龙凤.doc（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 年 海 洋 湖 沼 通 报 南四湖典型河流入湖口区水质综合评价 王龙 凤 ， 杨丽 原 ， 曹 锋 ， 朱静 儒 ， 王云 倩 （ 济南大学 资源与环境学院 ，山 东 济南 ； 济 宁市水利局 ，山 东 济宁 ） 摘 要 ：为 了解南四湖 条典型河流入湖口区的水质状况 ，本研究利用污染分担 率值确定评价因子 ，并 应用模糊数学改进层次分析法（ ）确 定权重 ，同时求出各水质级别的模糊隶属函数并计 算相应的隶 属度 ， 最后应用模糊综合评价法对其进行评价 。 结果 表 明 ： 河流入湖口区的水质均较差 ， 绝 大 多 数 属 于 类 ， 和 对水质的影响程度较大并远远超出发生富营养化的临界条件

2、 。 梁济运河和城郭河入湖 口区的水质甚至达到了 类 ， 泗河和韩庄运河入湖 口区 的 水 质 较 好 ， 属 于 类 ， 能够达到南水北调东线 工程所规划的功能用水的水质要求。与 至 年 的研究相比 ， 、 的平均含量总体上呈下降 趋势 ， 说明近年来南四湖流域环境监管力度成效显著 。 关键词 ： 水 质评价 ； 模 糊综合评价 ； 改进层次分析法 ； 权 重 ； 南 四湖 中图分类 号 ： 文献标志 码 ： 文章编 号 ： （ ） DOI:10.13984/37-1141.2014.04.012 引言 南四湖位于山东省西南 部 （ ， ） ， 是南水北调东 线 工程的重要 输 水 通道和调

3、蓄湖泊 ， 其水质对湖区工农业生 产 、 生 态及南水北调的水质具有重大的影 响 。 南水北调东 线 工程中所规 划 的 功 能用水要求其水质达 到 地 表 水 环 境 质 量 标 准 （ ） 中 的 类 水 质 标 准 。 近年来 ， 尽管地方政府投入了大量人 力 物力建设南四湖流域入湖河流截污导流等工 程 ， 但 随着 城 市 的扩张及工农业的发 展 ， 大量工业污 水 、 生活 污 水 及农业面源污染物仍在丰水季节通过入湖河道进 入 南四湖 ， 导致湖水水质下 降 ， 因此控制入湖河道污染物对于湖泊治理至关重 要 ， 而对河 流 入湖口区水质 的 合理评价是判别水环境质量及对其进行规划的

4、基 础 ， 为水环境管理及水污染防治提供数据支持与依 据 。 目前常用的水质评价方法有单因子评价 法 、 污 染指数 法 、 模 糊数学评价 法 、 层 次分析 法 、 人 工神经 网 络法 等 。 近年来 ， 模糊数学 和 层次分析法相结合的模糊层次分析法在环境科学领域得 到 了 广 泛 的 应 用 。 模糊数学评价法是由监测数据建立各评价因子对各级标准的隶属度 集 ， 形 成隶属度矩 阵 ， 再 把 因 子 的权重集与隶属度矩阵相 乘 ， 获得 个综合评判 集 。 该综合评判集表明评价 水 体水质对各级标准 水 质 的隶属程度 ， 反映了综合水质级别的模糊 性 ， 模 糊数学评价法的关键在

5、于目标权重的确 定 。 层次分 析 法 （ ） 是 种成熟的确定权 重 的方 法 ， 但 其构造矩阵时容易产 生随意 性 。 本文利用改进层次分析 法 （ ） ， 并在此基础上应用模糊综合评价法对南 四 湖 条典型河流入湖口区的水质进行综合评 价 ， 确定水质的分类和质 量 。 样品及方法 样品采集 采样在 年 月中旬进行 ， 在离水面 处采集水样 ， 装入聚乙烯 瓶内 ， 每个采样点采样 次。 各个采样点利用 定位 ， 采样点位置见图 。 基金项目 ： 山东省自然科学基金 （ ）； 国家自然科学基金 （ ， ）； 山东省中南部湖区 生态地球化学环 境调 查与保护技术开发 （ ） 资 助 第一

6、作者简 介 ： 王 龙 凤 （ ） ， 女 ， 山 东潍坊 人 ， 硕 士研究 生 ， 主要从事水环境及水生态研 究 。 ： 。 通讯作 者 ： 杨 丽 原 ， 教 授 ， 博 士 ， 主要从事水环境变化与环境地球化学研 究 。 ： 。 收稿日 期 ： 期 南四湖典型河流入湖口区水质综合评价 监测指标与测定方法 监 测 指 标 主 要 包 括 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 等 。 除 在现场 进行测定 外 ， 其 余指标均 在 中国冶金地质总局 山东局测试中心进行测 定 ， 监 测方法均 参 照 水和废水监测分析方 法 （ 第四 版 ） 规定的方法进 行 。 评价原理与方 法 模糊综

7、合评价 是在考虑 与 被评价对象相关的主要因子 后 ， 利用模糊运算法则和最大隶属度原则 ， 对其所做的评价 。 评价因子及评价标准 ） 评价因子 评价因子即评价对象的指标体 系 。 为了使模糊综合评价 的计算简单化及选 取的评价因子代表性 强 ， 本 文 在现有监 测 指 标的基础 上 ， 以南水北调东线工程要求 的 类水质为标 准， 通过计算 条河流入湖口区处的水质指标的污染分担率值 ， 确定 出 污染分担率之和大 于 的 水 质 指 标 作 为 评 价 因 子 ， 即 、 、 和 。 ） 评价标准 参照 地表 水环境质量标准 （ ） 制 定 分 级 评价标准 ， 见表 。 评价方法 采用

8、一级模糊综合评价法评价 。 表达式为 图 采样点位置图 （ ） 式 中 为模糊综合评价结果向 量 ； 为评价因子集的权重向 量 ； （ ， ， ， ， ） ， 为 第 个评价因子的权重 值 ； 为评价因子隶属于 不同水质级别的隶属度矩 阵 ； 为 种模糊运算法 则 。 评 价 结果向量按最大隶属度原则确定水质级 别 ， 如果同 时 存 在 个 或 个以上最大值 时 ， 则 考虑隶属度次 大 值所属的水质级别作为最后评价结果的级 别 。 河流入湖口区水质的模糊综合评价 表 为南四湖 条典型河流入湖口区的四项评价因 子 （ 、 、 和 ） 的实测结果平均 值 。 建立因子集 由于需要综合评 价 条

9、河流入湖口区的水质状 况 ， 且每条河流均筛选 出 项统 一的评价指 标 ， 为 便 于数学表达 ， 建立两级评价对象集 合 ： “ 因子 集 ” 与 “ 子 因子 集 ” 。 条河 流 （ 标 号 为 ， 见 表 ） 的 全 体 构成因子集 ， 每条河流对应 的 项 水 质 指标构成子因子 集 ， 具 体 表 达 为 因 子 集 （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） 。 ； 子 因子 集 （ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） （ ， ， ， ， ） 。 建立评价集 地表水环

10、境质量标 准 （ ） 中 把 地 表 水 环 境 质 量 分 为 类 ， 故 取 评 价 集 ， ， ， ， ， 水质划分为 优 （ ） 、 良 （ ） 、 中 （ ） 、 差 （ ） 、 劣 （ ） 五级 ； 污染程度相应 为 未污 染 、 轻 污 染 、 中 污染 、 重污染和严重污 染 。 建立隶属函数 考虑到水体污染程度与水质分级的相关性及模糊性 ， 并 且水质变化具有连续性的特点 ， 用 隶属度来 描述模糊的水质分级界限 ， 使评价结果更具有科学合理性 。 由于各种因素对于水质评判等级的隶属函数 烅 海 洋 湖 沼 通 报 年 可按线性变 化 ， 本文采用线性隶属函数描述各评价因 子

11、 。 、 、 和 等 个指标均是浓度越 高 ， 水质越 差 ， 故隶属函数可统一表达 为 烄 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 烆 烄 （ ） ， （ ） （ ） （ ） 烅 （ ） （ ） ， ， （ ） （ ） 烆 （ ） （ ） 烄 （ ） （ ） （ ） 烅 （ ） （ ） （ ） 烆 式 中 为评价因子实测质量浓 度 ， ； 为 环 境质量分级评价标准 值 ， ； 为评价因子隶属 度 ； 为环境质量分级级 别 ， ， ， ， （ ， ， ， 分别表示罗马数 字 ， ， ， ， 所代表的水质级 别 ）。 表 地表水环境质量标准基本项目标准限值 水质级别 项目 表 污染物平

12、均浓度 河流编号 河流名称 洙赵新河 洙水河 梁济运河 老万福河 西支河 东鱼河 韩庄运河 新薛河 城郭河 北沙河 白马河 泗河 洸府河 各评价因子的隶属度 根据因子集 上每个评价因子的实测数据 ， 通 过上述隶属函数分别求出其隶属于各水质级别的程 期 南四湖典型河流入湖口区水质综合评价 度 ， 即隶属度 ， 进而得到单因子评价矩阵 。 熿 燄 熿 燄 洙赵新河 洙水河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 熿 燄 梁济运河 老万福河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 熿 燄 西支河 东鱼河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 熿 燄 韩庄运河 新薛河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 熿 燄 城郭河 北沙河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 熿

13、燄 白马河 泗河 燀 燅 燀 燅 熿 燄 洸府河 建立权重集 燀 燅 权重 表示评价因子 在 个评价因子中所起作用大小的度量 ， 其值的准确性直接影 响评价结果的 合理 性 。 虽然改进 的 将定性与定 量 相结 合 ， 其 指标权重的排序具有较高的合理 性 ， 但 仍 然 无法克服主观随 意 性 较 大 的 缺 陷 。 本 文 中权重的确定是在 各 评 价 指 标 实 测数据的基础上再采用改 进 计算权重 ， 克服了一般改 进 仅考虑各评价因 子在整个环境中的重要性而忽略了模糊评价 集 中污染较突出因子的不 足 。 （ ） 权重的具体计算过程如下 。 计算各评价因子的平均值 ， 按单因子评价

14、法分别确 定其评价等级 ， 并 计算相应的隶属度 ， 结果见表 。 （ ） 根据表 中评价因子的等级及隶属度 ， 将各因子的重要性程度进行两两比较 ， 进 而确定各因子的 判断矩阵 。 当因子 与因 子 处于同一等级时 ， 认为它们对整体 水质的影响同等重要 ； 而 当因子 所处 污染级 别 比因 子 高 时 ， 则 认为因 子 对整体水质的贡献率比因 子 大 。 设定污染级别每相差 一级其 相 应的贡献率 相差一倍 ， 再根据隶属度大 小 （ 以 为分界 点 ） 对 进 行调 整 ： 当 两因子隶 属度同时大 于 或小于 时 ， 不变 ； 否则需 。 由此得到判断矩阵 海 洋 湖 沼 通 报

15、 年 熿 燄 燀 燅 运用和积法求出权系 数 （ 权 重 值 ） ， 即 令权系 数 （ ） ， 得 到 特征向 量 （ ， ， ， ） 然后做归一化处 理 ， 即为 权 系数 集 （ ， ， ， ） 。 求得的权重系数 集 为 ， ， ， 。 并使权系数值通过一致性 检 验 ， 即 一致性比 例 ， 其中 ， 一致性指 标 （ ） （ ） ， （ ） 为平均一致性指 标 。 综合评价 模糊综合评价的结果由单因素权重矩阵 和模糊矩阵 复合运算得到 ， 即 综合评价集 表示为 ： 常用的运算因子有 种 ， 即取大取小法 、 相乘取 大法 、 取 小相加法 、 相 乘相加法 。 其中取大取小型 算

16、子带有主观性 ， 并且评价结果取决于主元素 ， 信息损失量大 。 因此本文采用相乘相加 法 ， 用 最大隶属度 原则确定评价结果 。 结果与讨论 按最大隶属原则 ， 对各河流入湖口区水质进行评价 ， 评价结果见表 。 表 指标平均值及水质等级 因子 平均 值 等级 隶属度 表 条河流入湖口区水质的模糊综合评价结果 序号 河流 隶属度 所属级别 洙赵新河 洙水河 梁济运河 老万福河 西支河 东鱼河 韩庄运河 新薛河 城郭河 北沙河 白马河 泗河 洸府河 从表 可以看出 ， 条河流入湖口 区的水质均较差 ， 绝大多数水质达到 类 ， 属 于重污染状态 。 梁 济运河和城郭河入湖口区的水质甚至达到了

17、 类 ， 已处于严重污染状态 ， 这可能与城郭河 的平均比降较 期 南四湖典型河流入湖口区水质综合评价 大导致污染物汇聚时间较短有关 。 济宁市区及周边工农业和城市污水是梁济运河的重要污染源 。 相对 而言 ， 泗河和韩庄运河入湖口区的水质较好 ， 属 类 ， 能够达到南水北调东线工程所要求的水质标准 。 沈吉等 研究表明入湖河流河口区 、 污染物输入是南四湖水质污染的重要因素之一 。 本研 究中的评价因子权重也表 明 和 对入湖口区水质的影响 程度较 大 ， 并 且其含量已超出发生富营 养 化 的氮 、 磷条 件 。 通过 对比表 中 年南四湖入湖河口 区 、 的平均含量与武周 虎 所 研

18、究 的 年至 年间的入湖河口 区 、 的平均 含量 可 知 ， 南 四湖入湖河口 区 、 的含量随 着 南水北调东线工程通水时间的临近总体 上呈下降趋 势 ， 年相对 于 年 、 的平均 含 量 下降率分别为 和 ， 可见 ， 南四湖流域治污和环境监管力度尤其 是 对 污染物排放 的 控制效果显 著 。 李 爽 通过估算南 四 湖流域内的非点源污染指 出 ， 流域内 水 体氮元素污染 的主要原 因 是 氮肥的过量施用 ， 磷元素污染的主要贡献 是 禽畜的大量养 殖 。 据济宁市统计年鉴资料显 示 ， 南 四湖 流 域内养殖业 、 种植业发达 ， 农业生产过程中施用 的 化肥量严重超 标 ， 并

19、 且农作物对化肥的利用率很 低 ， 农 村生活污水没有统一的排污管道进行收集处 理 。 因此 ， 应加大力度对南四湖流域禽畜 养 殖业及种植业 废 水的排放进行控制管 理 ， 以解决环境污染问 题 。 结 论 （ ） 利用污染分担率来确定评价的水质指标 ， 不仅能够使选取的水质指标代表性强 ， 而 且简化了模糊 综合评价的计算 ， 所得到的评价结果能够客观地反映评价 水体的水环境质量 。 （ ） 模糊综合评价采用隶属函数来描述水质的分级 ， 能较好地解决水环境评价中的 模糊性 ， 权 重值的 确定对评价结果有显著影响 ， 本文以实测数据为 基础 ， 采 用能够反映污染程度的改进层次分析法来确定

20、 权重值 ， 使评价结果更有针对性 ， 能够真实反映出水环境污染状况 。 （ ） 南四湖 条典型河流入湖口区水质均较差 ， 评价因子中 和 对水质的影响程度较大并且 已远远超出发生富营养化的氮 、 磷条件 。 仅泗河和韩庄运河入湖口区的水质能够达到南 水北调东线工程 所 规划的功能用水的水质要求 。 、 的平均含量随着南水北调东线工程通水时间的临近总体上呈下 降趋势 ， 说明近年来南四湖流域环境监管力度成效显著 。 解决南四湖入湖河流污染物的关键是对南四湖 流域禽畜养殖业及种植业废水的排放进行控制管理 。 参考文献 武周虎 ， 慕金波 ， 谢刚 ， 等 南四湖及入出湖河流水环境质量变化趋势分

21、析 环 境科学研 究 ， ， （ ） ： 尹海龙 ， 徐祖信 河流综合水质评价方法比较研 究 长江流域资源与环 境 ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： ， ， （ ） ： 徐兵兵 ， 张妙 仙 ， 王 肖 肖 改进的模糊层次分析法在南苕溪临安段水质评价中的应 用 环 境科学学 报 ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ： ， ， ， （ ） ： 刘林 应用模糊数学 西 安 ： 陕西科学技术出版社 ， 宋海亮 ， 吕锡武 ， 李先宁 太湖西段 入湖河流水质模糊综合评 价 安全与环境学 报 ， ， （ ） ： 国家环境保护总局 水和废水监测分析方法 编 委会 水和废水监测分析方法 （ ）

22、 版 北 京 ： 中国环境科学出版社 ， 代俊峰 ， 张学洪 ， 王敦球 ， 等 北部湾经济区河流水质评价研 究 中国农村水利水 电 ， ， （ ） ： 卢文喜 ， 李迪 ， 张蕾 ， 等 基于层次分析法的模糊综合评价在水质评价中的应 用 节 水灌 溉 ， ， （ ） ： 张邦俊 ， 徐超翟 ， 翟 国庆 噪声主观反应模糊隶属函数 的 计算方 法 中 国环境科 学 ， ， （ ） ： 杨志峰 ， 张玉先 水源水质模糊评价中的综合赋权和折减系数赋 权 给 水排 水 ， ， （ ） ： 刘杭 层次分析中的两种近似计算方 法 南京邮电学院学 报 ， ， （ ） ： 任 珺 ， 陶 玲 ， 郭 彦 英

23、 国内外饮用水水质标准的综合评 价 中 国环境监 测 ， ， （ ） ： 张文鸽 ， 李 会安 ， 蔡大 应 水环境质量评价的模糊综合评判方 法 华北水利水电学院学 报 ， ， （ ） ： 陈晓玲 ， 张 媛 ， 张 琍 ， 等 丰水期鄱阳湖水体中 氮 、 磷含量分布特 征 湖 泊科 学 ， ， （ ） ： 沈吉 ， 张祖陆 ， 杨丽原 ， 等 南四湖 环境与资源研 究 北 京 ： 地 震出版 社 ， 海 洋 湖 沼 通 报 年 武周 虎 ， 任 杰 ， 张 晓波 ， 等 南四湖入湖河口水质综合分析与改善效果评 估 环境污染与防 治 ， ， ： 李爽 基于 模型的南四湖流域非点源氮磷污染模拟及湖泊沉积的响应研究 济 南 ： 山 东师范大学 ， ， ， ， ， （ ， ， ， ； ， ， ） ： ， （ ）