基于物元分析法的吐魯番市灌溉用水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

阿不都沙拉木·加拉力丁 王欣 師蕓宏

摘要：利用物元分析法構(gòu)建新疆吐魯番市各項(xiàng)灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)綜合物元模型，對(duì)吐魯番市各項(xiàng)灌溉用水（如渠水、泉水、坎兒井水、機(jī)井水）的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果表明：10月份灌溉用水水質(zhì)較好，為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)；5月份部分灌溉水質(zhì)為Ⅲ級(jí)，水質(zhì)較差，易造成土壤鹽堿化；3月份檢測(cè)的煤窯溝流域水樣水質(zhì)均為Ⅳ級(jí)，不適宜作為農(nóng)田灌溉用水。對(duì)物元分析法、模糊評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比顯示，2種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本吻合，并且取得了較好的一致性。

關(guān)鍵詞：物元分析法；灌溉用水；水質(zhì)評(píng)價(jià)；吐魯番市

中圖分類號(hào)：S274.4；X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）07-0397-03

隨著土壤鹽漬化、次生鹽漬化問(wèn)題的不斷加劇，農(nóng)業(yè)灌溉用水的質(zhì)量成為制約干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題[1]。新疆吐魯番地區(qū)是新疆重要的天山北麓農(nóng)牧業(yè)發(fā)展帶，常年降水量稀少，蒸發(fā)量巨大，地表水稀缺，這與其農(nóng)業(yè)巨大的需水量形成鮮明的矛盾。因此，對(duì)吐魯番市灌溉用水質(zhì)量進(jìn)行正確評(píng)價(jià)是非常重要的，也是有效預(yù)防當(dāng)?shù)赝寥利}漬化的重要手段之一。目前用于灌溉水質(zhì)的評(píng)價(jià)方法主要有鹽害和堿害雙系數(shù)法、灌溉系數(shù)法、水土綜合評(píng)價(jià)法等[2]，上述評(píng)價(jià)方法多為單方面評(píng)價(jià)水質(zhì)某一方面的因子，存在著一定的局限性。而物元分析方法是通過(guò)建立事物多指標(biāo)性能參數(shù)的質(zhì)量評(píng)定模型，用定量的數(shù)值表示評(píng)定結(jié)果，從而能夠較完整地反映事物質(zhì)量的綜合水平[3-4]。本研究采用物元分析法建立水質(zhì)評(píng)價(jià)的物元模型，對(duì)新疆吐魯番市各項(xiàng)灌溉用水水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為吐魯番市灌溉用水資源的合理使用、防止對(duì)土壤造成潛在鹽漬化提供參考依據(jù)。

1 物元模型的構(gòu)建

1.1 物元模型

將所研究的事物記作N，N的特征記作C，關(guān)于C的量值記作V，則三元有序數(shù)組R=（N C V）稱為物元。若事物N的特征有多個(gè)，用c1，c2，c3，…，cn表示，其量值用v

評(píng)價(jià)參數(shù)ci（i=1，2，…，n）的量值域，稱為經(jīng)典域。對(duì)于經(jīng)典域，構(gòu)造其節(jié)域：建立物

1.2 點(diǎn)與有限區(qū)間距離的計(jì)算

點(diǎn)與有限區(qū)間距離的計(jì)算公式為：

1.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)

關(guān)聯(lián)度函數(shù)Ki（xj）的定義為：

1.4 權(quán)系數(shù)

對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)Ni（i=1，2，…，m）的門限值xij（j=1，2，…，n），權(quán)系數(shù)為：

aij=xij/∑ni=1xij，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。（3）

1.5 關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)等級(jí)

關(guān)聯(lián)函數(shù)K（x）的數(shù)值表示評(píng)價(jià)單元符合某標(biāo)準(zhǔn)范圍的隸屬程度。當(dāng)K（x）≥1.0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象上限，數(shù)值越大，開發(fā)潛力越大；當(dāng)0≤K（x）<1.0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象符合標(biāo)準(zhǔn)要求的程度，數(shù)值越大，越接近標(biāo)準(zhǔn)上限；當(dāng)-1.0≤K（x）<0時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象要求，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件，數(shù)值越大，越容易轉(zhuǎn)化；當(dāng)K（x）≤-1.0 時(shí)，表示被評(píng)價(jià)對(duì)象不符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象要求，且又不具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件[5]。令Kj（p）=∑ni=1aijKj（xi），j=1，2，…，m，稱Kj（p）為待評(píng)價(jià)對(duì)象P關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度。若Kj0=max{Kj（P）}，j∈{1，2，…，m}，則評(píng)定P屬于等級(jí)j0。

2 吐魯番市灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)

分別于2013年3月[6]、2013年10月[7]、2014年5月分3次對(duì)吐魯番市各項(xiàng)灌溉用水水樣（包括渠水、泉水、坎兒井水、井水）進(jìn)行采集，參照GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)水樣的pH值、電導(dǎo)率、礦化度、8大離子等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

2.1 選定評(píng)價(jià)因子及標(biāo)準(zhǔn)

分別選取水樣的礦化度、鈉吸附比（sodium adsorption ratio，SAR）、鹽堿害綜合危害系數(shù)K值、灌溉系數(shù)Ka值、Cl離子作為評(píng)價(jià)因子，分別采用礦化度分類限值[8]、SAR值對(duì)土壤透水性危害的分極標(biāo)準(zhǔn)[9]、綜合危害系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]、灌溉系數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]、Cl離子毒害性指標(biāo)[10]為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)綜合限值見表1。

2.2 數(shù)據(jù)處理

由于各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值所在的區(qū)間不完全相同，有的評(píng)價(jià)指標(biāo)是數(shù)值越小級(jí)別越高（如礦化度、SAR、K值、Cl離子）；而有的則相反（如Ka值），因此對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化處理。

對(duì)于礦化度等：di=xi/x4；

對(duì)于Ka值：di=1.0-（xi-x4）/x1。

式中：di、xi、x1、x4分別為歸一化后的標(biāo)準(zhǔn)值、歸一化的標(biāo)準(zhǔn)值、Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值、Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。歸一化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2，歸一化后的實(shí)測(cè)指標(biāo)見表3。

2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)的物元模型

2.3.1 經(jīng)典域及節(jié)域 根據(jù)表2，取歸一化后的Ⅰ～Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的取值范圍作為經(jīng)典域。

沿河的水質(zhì)較好，基本為Ⅰ級(jí)水，上、中、下游水質(zhì)基本保持不變；塔爾郎河、黒溝的渠水基本為Ⅱ級(jí)水；煤窯溝水質(zhì)較差，灌溉期前后變化浮動(dòng)較大，尤其是春季的水質(zhì)出現(xiàn)Ⅲ級(jí)水和Ⅳ級(jí)水，不適宜作為灌溉用水。從各大河流附近的井水來(lái)看，各大流域井水水質(zhì)較均衡，水質(zhì)在灌溉期前后有一定變化，除煤窯溝附近井水在3月為Ⅳ級(jí)外，其余井水為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)，水質(zhì)較好。從各大河流附近的坎兒井水來(lái)看，除煤窯溝附近坎兒井水在3月為Ⅳ級(jí)外，大河沿河流域、 5—10月煤窯溝附近坎兒井水水質(zhì)最好，為Ⅰ級(jí)水，其余坎水水質(zhì)較好，為Ⅰ或Ⅱ級(jí)水，水質(zhì)在灌溉期前后變化較小。從吐魯番市主要泉水來(lái)看，泉水水質(zhì)在灌溉期前后有一定變化，分別為Ⅰ至Ⅲ級(jí)不等，水質(zhì)差別較大。

綜合來(lái)看，10月灌溉用水水質(zhì)較好，基本為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)，5月部分灌溉水質(zhì)為Ⅲ級(jí)，水質(zhì)較差，易造成土壤鹽堿化，3月檢測(cè)的煤窯溝流域水樣水質(zhì)均為Ⅳ級(jí)，不適宜作為農(nóng)田灌溉用水。所以實(shí)際中在3—5月春季灌溉用水的應(yīng)用中，尤其是煤窯溝流域應(yīng)注意灌溉方式，多種灌溉用水混合灌溉，避免加重土壤鹽堿化。

物元分析法在本吐魯番市灌溉用水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的應(yīng)用中取得的結(jié)果與前期模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)果[7]基本吻合，取得較好的一致性，并且符合客觀實(shí)際，表明物元理論用于灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)問(wèn)題是可行的，為今后灌溉用水的合理使用提供了較為可靠的科學(xué)依據(jù)。

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