渭河寶雞段水環(huán)境質(zhì)量評價

謝恒星

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

地表水環(huán)境的優(yōu)劣關(guān)系到地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和當?shù)鼐用竦慕】禒顩r［1］.渭河是黃河的最大一級支流，也是陜西省的第二大工業(yè)城市——寶雞市地表水的主要來源，渭河水質(zhì)狀況對寶雞市的經(jīng)濟發(fā)展舉足輕重，正確了解渭河水環(huán)境對于政府制定經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略、調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和采取環(huán)保措施至關(guān)重要［2］.常用的水環(huán)境質(zhì)量評價方法包括灰色系統(tǒng)分析法［3］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型［4］和綜合指數(shù)法［5］.模糊數(shù)學(xué)方法在一些邊界不清、不易定量的因素分析中顯示出很大的優(yōu)越性，也同時適用于水環(huán)境質(zhì)量的評價［6］.表示水環(huán)境質(zhì)量的污染物濃度指標較多，且指標之間存在較為復(fù)雜的聯(lián)系，每一指標在水環(huán)境質(zhì)量評價中的貢獻率是水環(huán)境質(zhì)量評價中較難確定的問題［7］.本文應(yīng)用熵權(quán)系數(shù)法確定水環(huán)境質(zhì)量評價指標中的權(quán)重系數(shù)，以消除主觀因素對指標權(quán)重確定的干擾［8］，利用模糊物元法對2009年渭河寶雞段6個過水斷面的水環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價，以正確認識該區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量狀況.

1 基于熵權(quán)的模糊物元法基本原理

1.1 模糊物元的基本概念

物元分析中由事物M、特征C和量值x三要素組成物元R，若量值x具有模糊性，則稱R為模糊物元.n個事物的m維物元組成復(fù)合模糊物元Rnm：

式中：Mj為第 j個事物(j=1，2，…，n)，Ci為第 i個特征(i=1，2，…，m)，xji為第 j個事物中第 i個特征對應(yīng)的模糊量值.

1.2 從優(yōu)隸屬度的計算

從優(yōu)隸屬度μji定義為各單項指標對應(yīng)的模糊量值從屬于標準方案對應(yīng)的模糊量值的隸屬程度，由各從優(yōu)隸屬度μji組成從優(yōu)隸屬度矩陣

由于各單項指標對應(yīng)的量值相對于標準方案對應(yīng)的量值的優(yōu)劣程度不同，因此從優(yōu)隸屬度采用不同的公式進行計算［9］：

式中：xji(max)和xji(min)分別為第j(j=1，2，…，n)個事物中對應(yīng)的模糊量值的最大值和最小值.

1.3 標準模糊物元和差平方矩陣的計算

標準模糊物元R0m是指從優(yōu)隸屬度矩陣Rnm中的最大值或最小值.若以△ji(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)表示標準模糊物元R0m與從優(yōu)隸屬度矩陣R'nm中各個元素的差的平方，則差平方矩陣R△可表示為：

式中：μ0j為標準模糊物元R0m中的從優(yōu)隸屬度.

1.4 熵權(quán)系數(shù)的計算

由于水環(huán)境質(zhì)量評價指標的重要程度不同，因此需要確定其權(quán)重.在信息論中，熵值反映信息無序化程度，其值越小，系統(tǒng)無序度越小，故可用信息熵評價所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用，即由評價指標值構(gòu)成的判斷矩陣來確定指標權(quán)重.熵權(quán)系數(shù)的具體計算步驟為：

設(shè)由n個事物和m個評價指標組成判斷矩陣R：

1.5 貼近度(綜合評價優(yōu)劣度)的計算

利用歐式貼近度來表示被評價樣本與標準樣本的接近程度，從而對各方案進行優(yōu)劣排序或類別劃分.歐式貼近度的復(fù)合模糊物元矩陣RPH的表達式為：

式中：PHj為貼進度模糊物元矩陣RPH中的第j個貼近度，且

貼近度越大，表示被評價樣本與標準樣本越接近，反之則相離越遠，因此可以利用貼近度來表示被評價樣本的環(huán)境質(zhì)量與標準樣本的差別程度.

2 基于熵權(quán)的模糊物元法在水環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用

在運用基于熵權(quán)的模糊物元分析法對水環(huán)境質(zhì)量進行評價的過程中，將評價對象的水環(huán)境質(zhì)量作為物元的事物，以各項評價指標及其相應(yīng)的模糊量值構(gòu)造復(fù)合模糊物元，通過計算與標準模糊樣本之間的歐式貼近度值，實現(xiàn)待評樣本的水環(huán)境質(zhì)量狀況的識別與排序.

對于本實例來說，利用《2009年寶雞市環(huán)境質(zhì)量公報》數(shù)據(jù)，將渭河寶雞段6個斷面和5級水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838－2002)作為11個事物，7個污染物濃度指標作為7個特征，組成復(fù)合模糊物元如表1.由于選取的水環(huán)境質(zhì)量指標均為負向指標，因此利用公式(4)進行量值的從優(yōu)隸屬度計算.取從優(yōu)隸屬度矩陣中的最大值組成標準模糊物元，即各指標從優(yōu)隸屬度均為1，得到差平方復(fù)合模糊物元如表2.由11個事物和7個評價指標組成判斷矩陣，利用式(8)將判斷矩陣中的元素進行歸一化處理，將結(jié)果代入式(11)和式(9)，得到評價指標的熵值，再與式(12)結(jié)合，得到評價指標的權(quán)重系數(shù)如表3.將評價指標的熵值和權(quán)重系數(shù)代入式(15)，得到歐式貼近度，即各斷面的水環(huán)境質(zhì)量綜合排序如表4.

表1 渭河寶雞段水環(huán)境質(zhì)量的復(fù)合模糊物元 單位：mg/L

表2 渭河寶雞段水環(huán)境質(zhì)量的差平方復(fù)合模糊物元

表3 渭河寶雞段水環(huán)境質(zhì)量評價指標的熵和權(quán)重系數(shù)

表4 渭河寶雞段各斷面的水環(huán)境質(zhì)量排序

由表4可知，渭河寶雞段2009年6個過水斷面的水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣排序為林家村＞勝利橋＞臥龍寺橋＞常興橋＞虢鎮(zhèn)橋＞蔡家坡橋，基本呈現(xiàn)隨渭河流向由西向東遞減的趨勢，這與綜合水質(zhì)標識指數(shù)法的研究結(jié)果相一致［10］.但綜合水質(zhì)標識指數(shù)法沒有區(qū)別臥龍寺橋和常興橋兩個地點的水環(huán)境質(zhì)量，且沒有把各過水斷面的水環(huán)境質(zhì)量與水環(huán)境質(zhì)量標準進行對比.由表4還可以看出，林家村和勝利橋斷面水質(zhì)達到II類地表水環(huán)境質(zhì)量標準;臥龍寺橋、常興橋和虢鎮(zhèn)橋斷面水質(zhì)達到III類地表水環(huán)境質(zhì)量標準;蔡家坡橋斷面水質(zhì)最差，達到Ⅳ類地表水環(huán)境質(zhì)量標準.林家村斷面位于渭河寶雞段的上游地區(qū)，污染源較少，所以水質(zhì)最好;勝利橋和臥龍寺橋斷面位于市區(qū)，由于市區(qū)工業(yè)廢水和生活污水的直接排放，再加上渭河河水在林家村處通過寶雞峽被引入引渭渠進行農(nóng)灌，導(dǎo)致下游水量減少，降低了水體的自凈能力，從而導(dǎo)致兩個過水斷面水環(huán)境質(zhì)量的下降;蔡家坡斷面位于該區(qū)域河段的下游，污染物的聚集導(dǎo)致該地區(qū)水質(zhì)的進一步惡化，加強該地區(qū)的污水處理是寶雞市水環(huán)境防治的工作重點.

3 結(jié)論

利用基于熵權(quán)的模糊物元法對渭河寶雞段6個過水斷面的水環(huán)境質(zhì)量進行了綜合評價，得到水環(huán)境優(yōu)劣排序為林家村＞勝利橋＞臥龍寺橋＞常興橋＞虢鎮(zhèn)橋＞蔡家坡橋，除蔡家坡橋斷面水環(huán)境較差外，其他5個斷面的水環(huán)境質(zhì)量均達到III類地表水環(huán)境質(zhì)量標準，且林家村和勝利橋斷面水質(zhì)達到II類地表水環(huán)境質(zhì)量標準.實現(xiàn)渭河流域沿途工業(yè)的清潔生產(chǎn)，減少污染物的排放是解決渭河水污染、提高渭河水環(huán)境質(zhì)量的根本措施.

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