基于模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的長江口水質(zhì)評(píng)價(jià)與分析

葛躍浩 陳佳佳

(1.國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 南通 226002；2.江蘇正丹化學(xué)工業(yè)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

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基于模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的長江口水質(zhì)評(píng)價(jià)與分析

葛躍浩1陳佳佳2

(1.國家海洋局南通海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 南通 226002；2.江蘇正丹化學(xué)工業(yè)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

對(duì)長江口水質(zhì)進(jìn)行合理的綜合評(píng)價(jià)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文根據(jù)長江口2012年5月和8月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在長江口5個(gè)不同區(qū)域，選擇6個(gè)污染因子為參數(shù)，采用模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型對(duì)長江口水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。結(jié)果表明：屬于第四類海水水質(zhì)模糊概率由大到小排序?yàn)槟细?北槽>南槽>北港>口外，概率為86.2%，8月長江口水質(zhì)要略好于5月，長江口內(nèi)水質(zhì)好于口外。

水質(zhì)評(píng)價(jià)；模糊概率綜合評(píng)價(jià)法；長江口

1 引 言

近年來，隨著沿江經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的忽視，導(dǎo)致長江的污染情況日趨嚴(yán)重，現(xiàn)已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。為此，國內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)長江口水質(zhì)狀況進(jìn)行了研究，并提出了不同的構(gòu)想。吳新華等對(duì)長江口南支河段污染的分析結(jié)果表明，水質(zhì)污染因子主要包括氨氮，活性磷酸鹽，懸浮物等[1]。2009年陳希等利用BP網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)長江水質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)長江水質(zhì)已逐年惡化[2]。李伯昌等對(duì)長江口的水環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果顯示長江下游水質(zhì)比上游要差很多[3]。當(dāng)下對(duì)于長江口主流的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有四大類：BP模型；Hopfield模型；模糊指數(shù)法；灰色聚類法等[4]。這些方法具有一定的理論基礎(chǔ)，但是模型多數(shù)都局限于理想河段上，對(duì)水污染強(qiáng)度的隨機(jī)性等因素考慮不夠。鑒于此，本文將采用現(xiàn)在最主流的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法—模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型對(duì)長江口不同區(qū)域水質(zhì)情況進(jìn)行分析研究。同其他方法相比，模糊概率綜合評(píng)價(jià)方法用概率統(tǒng)計(jì)的方法建立污染物隨時(shí)間的趨勢(shì)圖，同時(shí)在綜合評(píng)價(jià)中采用模糊邏輯推理方法，避免主觀判斷不足，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更接近于客觀實(shí)際[5]。

2 模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用

模糊數(shù)學(xué)是1965年提出的，在水質(zhì)評(píng)價(jià)中也有較好的研究成果[6-9]。模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型是在模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)學(xué)來對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。模型的構(gòu)建主要分為如下幾步：①污染物濃度值水質(zhì)等級(jí)統(tǒng)計(jì)概率分析；②隸屬度刻劃水質(zhì)分級(jí)界限；③權(quán)重計(jì)算；④單指標(biāo)模糊概率評(píng)價(jià)；⑤多指標(biāo)模糊概率綜合評(píng)價(jià)[9]。本文選擇長江口2012年5月和8月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料，用模糊概率綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

選擇《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 評(píng)價(jià)區(qū)域和評(píng)價(jià)因子

根據(jù)長江口多年的監(jiān)測(cè)結(jié)果，以單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)得知，在長江口水域，主要超標(biāo)污染物為無機(jī)氮、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量、鉛、石油類、汞等。本文選擇6個(gè)因子進(jìn)行模糊概率綜合評(píng)價(jià)。以2012年長江口監(jiān)測(cè)的北港海域?yàn)槔f明模糊概率綜合評(píng)價(jià)的過程。我們將監(jiān)測(cè)水域分為長江口南港、北港、南槽、北槽和長江口外5個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)與整個(gè)長江口監(jiān)測(cè)的全區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較。

2.3 評(píng)價(jià)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

2.3.1 污染物水質(zhì)等級(jí)統(tǒng)計(jì)概率分析

對(duì)6個(gè)因子的測(cè)值進(jìn)行等級(jí)統(tǒng)計(jì)概率分析，計(jì)算6個(gè)污染因子測(cè)值分級(jí)均值，見表1。

表1 污染物測(cè)值分級(jí)均值表

2.3.2 多指標(biāo)模糊概率綜合評(píng)價(jià)

由隸屬度的計(jì)算公式，我們可以求出zi，j分別屬于第j級(jí)水質(zhì)和第j-1級(jí)水質(zhì)的隸屬度ri，j，j和ri，j，j-1，在求得水質(zhì)等級(jí)統(tǒng)計(jì)概率及隸屬度后，對(duì)各指標(biāo)分別進(jìn)行模糊概率評(píng)價(jià)。根據(jù)單指標(biāo)模糊概率和各指標(biāo)的權(quán)重，即可求得2012年長江口海域模糊概率綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，具體見表2。

表2 2012年5月和8月長江口海域多指標(biāo)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果匯總表

3 結(jié)論與討論

開展長江口水質(zhì)進(jìn)綜合評(píng)價(jià)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文根據(jù)長江口2012年5月和8月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在長江口5個(gè)不同區(qū)域，選擇6個(gè)污染因子為參數(shù)，采用模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型對(duì)長江口水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。多指標(biāo)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明：

(1)以監(jiān)測(cè)區(qū)域全區(qū)域?yàn)樵u(píng)價(jià)對(duì)象，從表中可以看出 2012年8月長江口水質(zhì)略好于5月。

(2)根據(jù)長江口地理特性，將監(jiān)測(cè)區(qū)域分區(qū)(北港、南港、北槽、南槽和長江口外)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明口內(nèi)水質(zhì)好于口外，北港水質(zhì)好于南港，與人類開發(fā)活動(dòng)的頻繁程度一致。

(3)比較監(jiān)測(cè)全區(qū)域和分區(qū)域模糊概率評(píng)價(jià)結(jié)果，可以看出各區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果更能反映實(shí)際情況，建議在今后的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中，采用分區(qū)域評(píng)價(jià)，這樣可更好地反映客觀事實(shí)。

[1] 吳新華.長江口南支河段水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)分析[J].水文水資源，2001，(3)：21-23.

[2]陳希，劉花璐.基于BP網(wǎng)絡(luò)方法的長江水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(4)：15-19.

[3]李伯昌，施慧燕.長江口河段水環(huán)境現(xiàn)狀分析[J].水資源保護(hù)，2005，(1)：42-47.

[4]郭勁松，龍騰銳，霍國友，王紅.四種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法的比較[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，(4)：8-14.

[5]馬建華，季凡.水質(zhì)評(píng)價(jià)的模糊概率綜合評(píng)價(jià)法[J].水文，1994，(6)：21-24.

[6]姜莉莉，薛文平，孫輝，等.模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法在青龍河水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26(1)：56-59.

[7]鄒海明，李粉茹.基于實(shí)例的水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，11(4)：154-155.

[8]周貴忠，張金恒.利用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)大沽河干流水質(zhì)的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29(2)：191-195.

[9]張婷，焦樹林，易旭敏，林凱.基于模糊數(shù)學(xué)法的清水河水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].2011，(5)：61-64.

Water Quality Assessment and Analysis of Yangtze River Estuary Based on Fuzzy Probability Comprehensive Evaluation Mathematical Model

GE Yuehao1CHEN Jiajia2

(1.Nantong Marine Environmental Monitoring Center of the State Oceanic Administration，Jiangsu Nantong，226002；2.Jiangsu Zhengdan Chemical Industry Co.，Ltd，Jiangsu Zhenjiang，212000)

Reasonable and comprehensive water quality assessment of Yangtze River estuary has important scientific significance and application value.For Yangtze River estuary，from the monitoring data collected in May and August at 5 different regions，six pollution factors were chosen as parameters，based on comprehensive water quality assessment which was conducted with fuzzy probability comprehensive evaluation mathematical model.The results show that：The fuzzy probability of seawater quality belonging to the fourth class is sorted from south port>north slot>south slot>north port>Outside，the probability is 86.2%.Yangtze River estuary water quality in August is slightly better than in May，inside water quality is better than outside.

water quality evaluation；fuzzy probability comprehensive evaluation；Yangtze River Estuary

葛躍浩，助理工程師，本科，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作

X21

A

1673-288X(2016)06-0205-02

引用文獻(xiàn)格式：葛躍浩 等.基于模糊概率綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的長江口水質(zhì)評(píng)價(jià)與分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：205-206.