基于模糊數(shù)學法對賦石水庫流域河流水質(zhì)的分析

王小云 孫紅艷

摘要 [目的]為了了解安吉縣賦石水庫流域內(nèi)河流水質(zhì)狀況。

[方法]2010年7月對該流域河流中15個點進行監(jiān)測取樣，采用室內(nèi)測試分析和模糊數(shù)學綜合分析法，分析了各測點DO、CODMn、NH4+N、TN和TP 5項指標。[結果]構建了評價因素和評價等級的論域，計算了各監(jiān)測點評價因子的關系矩陣，確定了監(jiān)測因子的權重，并采用模糊數(shù)學綜合評價法對各監(jiān)測點的水質(zhì)進行了評價。評價結果表明該流域河流水質(zhì)為V類水，主要污染物為CODMn和TN。[結論]2010年7月以后該流域水質(zhì)出現(xiàn)惡化，主要污染因子為CODMn和TN，需要加強對面源污染的管控。

關鍵詞 模糊綜合評價；監(jiān)測因子；水質(zhì)；評價；賦石水庫流域

中圖分類號 S181.3；X832 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06656-03

Rivers Water Quality Analysis in Fushi Reservoir Watershed by Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

WANG Xiaoyun，SUN Hongyang

（Institute of Shanxi Soil and Water Conservation， Taiyuan， Shanxi 030045；Institute of Chemical and Biological Technology，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，Shanxi 030021）

Abstract [Objective] To understand water quality of Fushi reservoir watershed rivers in Anji County. [Method] 15 monitoring points in rivers of Fushi reservoir watershed were monitored in July 2010， using indoor test analysis and fuzzy comprehensive analysis， 5 indicators of DO， CODMn， NH4+N， TN and TP were analyzed. [Result] The domain of evaluation factors and rank was established， the relation matrices of evaluation factors in each monitoring site were calculated， the weights of monitoring factor were determined. The water quality of every monitoring point was evaluated by the fuzzy comprehensive evaluation method. The evaluation results showed that the water quality of rivers in Fushi reservoir watershed was grade Ⅴ， and the main pollution sources were CODMn and TN. [Conclusion] After July in 2010， the water quality has degraded by the CODMn and TN， so it is necessary to strengthen management and control of the non-point source pollution.

Key words Fuzzy comprehensive evaluation； Monitoring factor； Water quality； Evaluation； Fushi reservoir

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國所面臨的生態(tài)環(huán)境壓力也日趨增大，而水污染問題已經(jīng)成為制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)文明建設的主要因素之一。目前我國大型湖庫均面臨著水體惡化和富營養(yǎng)化的危害，而偏遠山區(qū)和農(nóng)林業(yè)發(fā)展地帶的河流由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量肥料的使用面臨著農(nóng)業(yè)面源污染的風險。目前這種狀況已經(jīng)引起了我國相關部門的重視，并逐漸提高了管理和治理的力度。目前針對水質(zhì)的評價方法有指數(shù)評價法[1]、向量分類機評價法[2]、灰色關聯(lián)分析法[3]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法[4]、模糊綜合評價法與地理信息系統(tǒng)的聯(lián)用等[5]。由于賦石水庫流域主要為農(nóng)業(yè)區(qū)，污染物來源復雜且支流干流間相互交替，因此為了更直觀地反映這種水質(zhì)的不確定性，筆者采用模糊綜合評價法對該流域河流的水體質(zhì)量進行了評估[6-7]，以期為該流域管理部門政策制定和管理措施的實施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概括

賦石水庫（30°38′N、119°30′E）位于浙江省安吉縣境內(nèi)，流域面積達331 km2，是典型的低山丘陵地區(qū)。該水庫于1980年建在西苕溪上游的西溪上，庫容2×108 m3，以蓄洪、發(fā)電和提供飲用水為主。該水庫灌溉農(nóng)田8 000 hm2，年發(fā)電量5.4×104 kW，每天為安吉縣人民提供飲用水2.5×104 m3，為該縣主要的集中式生活用水供應區(qū)。流域內(nèi)主要種植水稻和蔬菜，山坡和丘陵地段主要以毛竹和板栗為主，因此有“中國竹鄉(xiāng)”之稱。該流域是典型的海洋季風氣候，年平均降水量為1 344.1 mm，年平均氣溫為16.6 ℃，最高和最低氣溫分別為38.7和-8.5 ℃。

1.2 樣品采集點的布置

依據(jù)賦石水庫流域河流分布的特征，將流域內(nèi)樣品采集點分為兩部分。第一部分為賦石水庫流域內(nèi)的干流-西溪和主要支流上所布置的監(jiān)測點，其中西溪上共布置G1～G6共6個取樣點，G1、G2、G3、G5和G6所對應處的支流上布置Z1、Z2、Z3、Z5和Z6共5個取樣點；第二部分為賦石水庫支流（直接注入賦石水庫但相對較小的河流-大坑溪和尚梅溪），支流西溪從上游到下游布置6個取樣點，西溪上較大支流各布置1個取樣點。尚梅溪為賦石水庫支流，布置1個監(jiān)測點，大坑溪由于有較大的支流七管溪，故布置3個點。取樣點布置位置如圖1所示。

1.3 樣品的采集和測試項目

從2010年7月對賦石水庫流域上游河流水體進行取樣，并立即運回實驗室測試分析溶解氧（DO）、pH、化學耗氧量（CODMn）、銨態(tài)氮（NH4+N）、總氮（TN）、總磷（TP）共5項含量。

1.4 測試分析方法

所有項目分析方法均采用國標方法[8]。其中DO采用便攜式溶解氧法、CODMn采用酸性法測量、NH4+N 采用水楊酸次氯酸鈉法、總氮采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法、總磷采用堿性過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。該試驗所使用水質(zhì)監(jiān)測因子均為3次實測值的均值。

在對賦石水庫流域河流水質(zhì)進行分級時采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）[9]，對水質(zhì)進行評價采用模糊數(shù)學法[10-11]。

2 結果與分析

2.1 河流水質(zhì)評價因子分析

2010年7月對賦石水庫流域河流各取樣點水質(zhì)進行測試分析，由表1可知，該流域各河流中DO的含量均大于6，若以DO為因子進行單因子標識指數(shù)法[12]評價，該流域河流水質(zhì)均屬于一類水，可以作為飲用水源和國家保護區(qū)；監(jiān)測點中有27%的取樣點CODMn含量小于地表水質(zhì)標準中一類水的臨界值（2 mg/L），其余各取樣點均介于一類水和二類水之間；該流域各河流中NH4+N的含量均小于地表水一類水的臨界值（0.15 mg/L），因此該河流中不存在氨氮污染；該流域河流各監(jiān)測點有近27%的監(jiān)測點TN含量在1.0～1.5 mg/L，屬于四類水，有13%的監(jiān)測點TN含量在1.5～2.0 mg/L，屬于五類水，有60%的監(jiān)測點TN含量>2 mg/L，屬于劣五類水，存在氮污染問題；該流域各河流監(jiān)測點TP含量介于0.02～0.10 mg/L，屬于二類水，可以作為集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場等[9]。

2.2 評價因素論域的建立

此次選取溶解氧（DO），化學耗氧量（CODMn）、NH4+N、TN和TP共5項參數(shù)作為評價因子， 因此評價因素的論域為U={DO、CODMn、NH4+N、TN、TP}。

2.3 評價等級論域的建立

2.4 模糊關系矩陣的建立

根據(jù)隸屬度函數(shù)[11]計算2010年7月賦石水庫流域河流各監(jiān)測點5個因子實測值與地表水水質(zhì)標準所組成的評價集之間的模糊關系矩陣分別為：

2.5 監(jiān)測因子權重的確定

由于每個參與評價的因子對水質(zhì)影響的貢獻率不同，因此需對評價因子賦予不同的權重。由根據(jù)均方差法計算的2010年7月賦石水庫流域河流取樣點水質(zhì)各污染因子權重值（表2）可知，2010年7月流域河流有67%的監(jiān)測點主要污染因子為CODMn，次要污染因子為TN；近33%的監(jiān)測點主要污染因子為TN，次要污染因子為CODMn。由此可知，該流域河流中主要的污染因子為CODMn和TN，其中CODMn所占的比重較大。由各監(jiān)測點污染因子權重值可知，G1、G2、G3點和Z1、Z2、Z3點處主要和次要污染因子均相同，G5、G6點和Z5、Z6點處污染因子則相反；直接流入賦石水庫的小河流上的取樣點CS3和SM兩點的主要污染因子為CODMn，而CS1和CS2分別為CS3點處的支流，它們的主要污染因子分別為TN和CODMn。由權重值可知，該流域地表水分析因子中TP的權重值最小，其次為NH4+N，而DO的權重值略大于NH4+N，且與污染因子間的差異較大。由此可知該流域河流中不存在TP和NH4+N的污染。

由于該流域干流各監(jiān)測點之間相距不遠，且地質(zhì)地貌、社會經(jīng)濟狀況均比較相似，而調(diào)查范圍內(nèi)點源排水口主要為拉絲廠。通過對拉絲廠排水的分析表明拉絲廠并沒有形成污染，故該流域內(nèi)的點源污染忽略不計。檢測區(qū)域面源污染主要為農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)家所進行的小規(guī)模雞、鴨和鵝畜禽養(yǎng)殖，此評價結果可能反映出造成賦石水庫流域河流的有機物污染具有相同的因素。

2.6 模糊數(shù)學綜合評價結果分析

運用模糊數(shù)學綜合評價的方法對2010年7月賦石水庫流域河流各監(jiān)測點水質(zhì)進行模糊綜合評價，并按最大隸屬度原則確定流域內(nèi)各監(jiān)測點的水質(zhì)類別，結果表明，按照隸屬度最大原則，2010年7月賦石水庫河流水質(zhì)均為V類水，水質(zhì)較差，處于污染狀態(tài)。

3 結論

通過對賦石水庫流域河流水體監(jiān)測、分析和評價表明，該流域河流水體中5項評價指標中， CODMn和TN的權重最大，其次為DO，而TP最小。由此可知，該流域河流水體的主要超標污染物為CODMn和TN，而NH4+N 和TP沒有對水體質(zhì)量造成較大影響。通過調(diào)查可知，該流域2個明顯的生活和生產(chǎn)特點是造成水體污染的主要原因。由于該流域大面積種植毛竹，且每年均施肥，因此化肥的大量使用是造成該流域TN超標的原因之一；該流域農(nóng)村還保留著在河里直接洗滌、傾倒生活和生產(chǎn)用品的傳統(tǒng)習慣，這造成了河流水體有機物的超標，從而造成CODMn污染。對該流域河流5項監(jiān)測指標的模糊數(shù)學綜合評價結果表明，該流域水體質(zhì)量為國家Ⅴ類水，處于污染狀態(tài)，急需進行管理和整治。

安徽農(nóng)業(yè)科學 2014年

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