四川省雅安市汾江水环境质量评价研究：模糊综合和灰色聚类评价方法的应用

© 2014由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 9（2014）102 - 1092014年环境系统科学与工程四川省雅安市汾江水环境质量评价研究张晓红四川农业大学资源与环境学院，四川省成都市温江区，611130摘要采用模糊综合评价法和灰色聚类评价法对四川省雅安市汾江水环境质量进行评价。结果表明，该河流水质为清洁，上、中、下游分别为较清洁和轻度污染。最后，在分析相应原因的基础上，提出了相应的对策建议。© 2014作者。由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：模糊综合评价;灰色聚类评价;水质评价;污染因子1. 介绍水是中国最严重的环境问题之一（Wu等人，2000年）。因此，地表水环境质量评价作为水环境质量管理和规划的科学依据之一，已成为环境管理的重要手段之一（郭* 通讯作者。联系电话：电话：028 -86291390传真：028 -86291132邮箱：zxh19701102@126.com2212-6678 © 2014作者由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审张晓红/ IERI Procedia 9（2014）102103和Li，2001年）。许多评价方法已被应用于评价河流的水污染;然而，它们中的大多数并不完美（Wang，1990; Chen等人，2002; Hu和Guo，1998）。在大多数情况下，两种或两种以上的方法结合起来评价水环境质量，以获得全面和准确的结果（邓，2000）。采用模糊综合评价法结合灰色聚类评价法对四川省雅安市汾江水环境质量进行评价。本研究旨在为地方政府提供一些有益的建议。2. 材料和方法2.1. 材料汾江长约30公里，宽约10米。发源于大沟乡，依次经过小沟乡、两河口乡、观音乡、八步石乡、对岩乡、南郊乡，最后在雅安市雨城区汇入青衣江。这条河一年中大部分时间都是枯水期，水深一般在30米以下，最多的不到5米。根据调查，采样点分布如下（表1）。表1.采样点区段定位1-1小沟乡2-2关环乡兴农桥3-3号4-4汾江大桥5-5汾江红屋2.2. 方法2.2.1. 监测指标及分析方法监测指标及相关分析方法见表.表2.监测指标及分析方法指数分析方法色度铂钴标准比色法pH计SS滤纸法总氮（TN）紫外分光光度计总磷（TP）酸-氢、硝酸煮去-钼锑抗比色法Cr 6+二苯碳酰二肼比色法CODcr重铬酸钾氧化104张晓红/ IERI Procedia 9（2014）10262.2.2. 评价方法2.2.2.1. 模糊数学方法根据文献（Yang和Gao，2001; Zhang，2002; Wang和Li，1995），模糊评价方法的步骤描述如下。(1) 计算了单个污染因子的隶属度。这里，U用作所有污染因子的集合，即，U= {TN，TP，色度，SS，Cr6+， CODcr }. V作为水标准中所有水平的浓度值的集合，即，V={I，"，I，V，V，I}。首先对U的各单因子进行评价，然后根据其监测值计算I、"、"各单因子对应的隶属度（Y）隶属度可根据表计算。3.第三章。表3.六个等级Y隶属函数表达式范围1（第一章第三节）YI（ Ci3（C“-C13/（C“-C13（I C-3（C1-C13/C“-C13（C1C1C“3）<（C1-C13）/（C1-C13）（C1C13）<0（Ci CICiC3• ”（C1-C3）/（C2-C3）<1（Ci=C 3（C-C3/（C-C3（C CC 3<0（Ci C“ CiC3• ”（Ci-C3/（Ci-C3（C CiC3<1（Ci=CČ3（CV-Ci3/（CV-CČ3，（CVCiCV3<0（CiCCi CV3• ”（Ci-CČ3/（C V-CČ3，（CCi< CV31（Ci=CV3（C1-C13/（C1-C13，（C1<-C130（CiC CiC3• ”0（0 Ci CV3）（C1-C13）/（C12-C13）<1（Ci> C）3106张晓红/ IERI Procedia 9（2014）102根据文献（邓，2000;肖和徐，1998），灰色聚类评价的程序如下所述。 首先，通过白化函数得到各污染因子在各等级上的白化函数值，白化函数（Fij）。表4中列出了六个等级的白化函数。 然后计算聚类权值和聚类系数。首先计算不同污染因子在不同等级上的聚类权（Wij），进而得到相应的聚类系数，反映了各污染因子对各等级的亲离程度。相关公式如下。W（三）6NijFij（Cki）Wij第一章1（四）其中，i代表单个因子;j代表水质等级;k代表聚类对象;Ci代表污染因子监测值;Cij代表i因子在j等级中的标准值;Wij代表i因子在j等级中的权重;Nk代表聚类系数;Fij（ Cki3代表k个聚类对象在j级中的i因子的白化函数值。 最后，根据聚类系数最大原则，将聚类系数最大的路段所属等级作为相关路段的等级2.3. 地表水水质标准相应的地表水水质标准见表1。五、表5 -地表水水质指标（mg/L）（中国标准出版社总编辑，2002年）项目我“ċČVĎ色度<10<15<25<35<50>50SS（ mg/l3<5约10人约20人约30人约50人>50CODCr（ mg/l3<2~4~6约20人约50人>50总氮（mg/l3<0.2约0.5约为1.0约1.5约3.0大于3.0TP（ mg/l3<0.02约0.05约0.1约0.15约0.3>0.3Cr6+（ mg/l3<0.01约0.02约0.05约0.5约5.0>5.0pH6.5-7.56.5-7.56.5-7.56.5-7.56.5-7.56.5-7.5CiCij6Cii1Cij张晓红/ IERI Procedia 9（2014）1021073. 结果和讨论3.1. 监测结果各断面监测值见表6。表6.各断面监测值（单位：mg/L，pH除外）节数TNTP色度pH SS Cr6+ CODcr- 度1-10.090.0136.83.50.0032.472-20.120.0356.910.90.0075.213-30.230.0586.918.50.0088.354-40.530.06107.029.30.01325.775-50.610.08157.235.00.01427.483.2. 汾江水质的模糊综合评价汾江水质模糊综合评价结果见表7。表7.模糊综合评判部分结果表明：1号断面水质为清洁，2号断面水质介于较清洁和允许值之间，3号断面水质属于允许值，4号、5号断面水质均为轻度污染。实例表明，模糊综合评价突出了水质标准中各因子的对应隶属度。它一方面反映了一个断面的总体水质状况，另一方面也揭示了单个因子的污染程度。模糊综合评判采用隶属度的概念给出评价结果。隶属度是一种模糊信息，克服了各地水质指标等级标准的差异，可广泛应用于不同地区的水质比较（Han and Yang，2000）。然而，模糊综合评价法对2号断面的水质评价缺乏针对性，主要原因在于该方法丢失了部分信息。因此，灰色聚类方法被用来克服这一缺陷。3.3. 灰色聚类评价灰色聚类评价结果见表8。BI数量B“贝什贝什BV贝什结果1-1 0.350.240000我2-2 0.190.320.320.0500“3-3 0.090.190.320.1700ċ4-4 0.050.110.110.480.190Č5-5 0.050.130.130.440.250Č108张晓红/ IERI Procedia 9（2014）102表8.第2我“ċČVĎ0.3470.4360.264000因此，2号断面的水质属于较清洁（“一级”）。3.4. 综合评价汾江上游水质为清洁，中游水质介于较清洁和允许值之间，下游水质为轻度污染。主要污染指标为CODCr和SS，其次为色度、总氮和总磷。这些污染物主要来自两岸的工业废水、生活污水和农业生产废水。4. 结论与建议4.1. 结论 模糊综合评价结合灰色聚类评价，克服了水指标等级标准因等级标准不同而导致不同地区间评价结果缺乏可比性的问题，也克服了模糊综合评价可能丢失一些有用信息，不能给出具体结果的缺陷。因此，统一的方法可以给出一个具体、全面和可比的结果。 汾江上游水质为清洁，中游水质介于较清洁和允许值之间，下游水质为轻度污染。4.2. 建议 首先，要重视污染源控制。两岸的工业废水、生活污水和农业生产废水应达到相应的排放标准。目前应采取措施，将再处理后的工业废水和生活污水全部送入城市污水处理厂，使其出水达到排放标准。同时，要采用先进的农业生产技术和措施，减少化肥和农药污染。此外，亦可采用一些最佳可行的控制技术，处理这些大型禽畜养殖场的禽畜废水。 其次，对汾江主要污染指标CODCr、NH3- N进行水环境容量评估，实施总量控制。张晓红/ IERI Procedia 9（2014）102109确认本课题得到了四川省教育厅（课题编号：08ZA 058）和长江学者与高校创新研究团队（IRT13083）的资助。引用[1] 吴世忠，夏勤，刘洪华.中国流域水污染分析。环境科学与技术2000，（2）：1-6. (in中文版）[2] 郭强，李勇.未确知测度模型在湖泊水环境评价中的应用。环境金属保护2001，（4）：53-55.(in中文版）[3] 王LF。层次分析法理论。北京：中国人民大学出版社; 1990. (in中文）。[4] 陈伟，李富昌，梅萍。多目标决策-理想点综合评价法在水环境质量评价中的应用。环境工程2002，20（3）：64. (in中文版）[5] 胡美心，郭德忠.湖泊水体富营养化评价的模糊神经网络方法。环境科学研究1998，11（4）：40-42. (in中文版）[6] 邓纪良。灰色系统理论教程。武汉：华中科技大学出版社; 2000. (in中文版）[7] 杨立波，高永永。模糊数学原理及应用。广州：华南理工大学出版社; 2001. (in中文版）[8] 张角环境评估教程。北京：中国环境科学出版社; 2002. (in中文版）[9] 王佐，李海明。模糊综合评判在化工区地下水水质评价中的应用氯碱工业1995，（7）：37-41. (in中文版）[10] 肖H，徐玉清。灰色聚类法在许昌市地下浅层评价中的应用。江苏环境科技1998，（2）：40-43. (in中文版）[11] 中国标准出版社总编室。中国国家标准第209分册：GB 15603- 15628.北京：中国标准出版社; 2002. (in中文版）[12] 韩英芳，杨丽.模糊综合评判在宝应县地下水水质评价中的应用。地质灾害与环境保护学报2000，11（1）：17-20. (in中文版）