基于模糊综合评价法评价引黄灌区供水水质

房本岩 魏守民

(滨州市引黄灌溉服务中心，山东 滨州 256600)

水质评价是对人类所处的水环境要素进行的定量描述。在已往的水质评价中，大多采用单因子评价法或综合指数法[1]，而水环境质量中污染程度的界线是模糊的，人为用特定分级标准去评价是不确切的，且在水质监测中，水质评价指标往往有多项，各项指标的分级也有所不同，难以用确定的方式界定该水质属于哪类。模糊数学中的综合评价法，可解决以上问题，可把定性评价转化为定量评价，打破以往仅用一个水质指标来进行评判的弊端。本文以簸箕李引黄灌区为例，利用改进的模糊数学综合评价法对供水的水质优劣情况进行评判，可为其他地区的水质评价提供参考。

1 灌区概况及指标选择

簸箕李引黄灌区位于山东省北部，黄河下游左岸，工程规模为大(1)型，属国家大型灌区，担负着滨州市的惠民县、阳信县、无棣县共计24个镇(街道办)的工业及农业生产供水任务，并兼顾108万城乡居民饮水保障。引黄闸设计流量为75m3/s，设计灌溉面积7.87万hm2。2019年对簸箕李引黄灌区的供水水质共进行了5次采样监测，选择了对水质有较大影响的10种污染指标，将监测结果进行加权平均，结果见表1。

表1 2019年簸箕李引黄灌区供水水质监测结果 单位：mg/L

2 模糊综合评价法评价灌区水质

2.1 评价因子集U和评判集V的确定

设定污染因子集为U，U={U1，U2，…，Ui}，其中Ui为影响评价的各因子[2]。此次评价的因子为表1中所列的10个污染因子，即U={化学需氧量，高锰酸盐指数，氨氮，总氮，总磷，铬(六价)，挥发酚，氰化物，石油类，pH值}。

评判集V根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的5个级别进行分级，评判集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}[3]，水质标准分级限值见表2。

表2 水质标准分级限值 单位：mg/L

2.2 建立隶属函数

水质的污染程度及水环境质量标准划分较为模糊，如在《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中，化学需氧量Ⅱ类水质标准为不大于15.0mg/L，如果监测值为15.1mg/L，则为Ⅲ类水质，监测值为15.0mg/L，则为Ⅱ类水质，测量值仅相差0.1mg/L，水质等级则完全不同。因此，利用隶属度对分级界限进行描述更为客观。隶属度是指各污染因子隶属水环境质量界限标准的程度，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中各级界限值，分别建立不同分级界限的评价因子隶属函数[2]：

Ⅰ类水，j=1时：

Ⅱ～Ⅳ类水，j=2,3,4时：

Ⅴ类水，j=5时：

式中：rij为评价矩阵R的元素；Ci为实测第i种污染因子的数值；Sij为第i种污染因子第j类水的分级界限标准值[4]。

2.3 建立单因子评价矩阵R

以评价集中单因子Ui的水环境质量情况，确定每一个Ui对评判集中元素Vj的隶属程度rij，从而得到评价矩阵R[5]：

因污染因子集U中有10个污染因子，评判集V中有5个级别，因此i=10，j=5。

根据上述的隶属函数，进行单因子rij评价，把污染因子的10个实测值和5个分级标准值代入隶属函数中，可求出每一个rij的值，即

2.4 计算权重集A

由于评价因子集U中各污染因子影响水环境质量的程度不同，需对各污染因子Ui赋予不同的权重ai，使评价结果更客观实际[6]。各污染因子权重计算结果见表3。表3中以《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)分类中的Ⅲ类水标准值为基准，利用各污染因子对该标准值的偏离程度进行度量，各实测污染因子数值越大，赋予的权重越大，其对水质污染影响程度越大。

表3 各污染因子权重计算结果

由表3可知，权重集A=(0.194，0.124，0.115，0.129，0.155，0.127，0.030，0.003，0.106，0.017)。

2.5 模糊综合评价

根据上述的评价矩阵和权重集，可得出模糊综合评价集B：

B=AR

式中：B为综合判别结果；A为因素的权重集；R为单因子评价矩阵[8]。

其中

式中：bj为评价集B中第j级水的计算值。

评价集综合考虑了各种因素的影响和各项参数在评价中的作用，既体现了污染指标浓度因素所占权重大小，又考虑了隶属度在复合运算中的地位，因此根据评判结果能够相对准确地判定水质状况[9]。经两个模糊矩阵复合运算可得出：

B=(0.179，0.247，0.439，0.136，0)

评价集运算结果表明，簸箕李引黄灌区供水水质对Ⅰ类水的隶属度为0.179，对Ⅱ类水的隶属度为0.247，对Ⅲ类水的隶属度为0.439，对Ⅳ类水的隶属度为0.136，对Ⅴ类水的隶属度为0。因对Ⅲ类水的隶属度最大，故簸箕李引黄灌区供水水质为Ⅲ类。

黄河水是簸箕李引黄灌区的唯一引水水源，黄河来水量与水质状况对灌区至关重要，特别是灌区下游的无棣县，其北临渤海，因地下水含盐量高而无法利用，当地居民唯一的饮用水源就是灌区供给的黄河水，且当地工农业生产也主要依赖黄河水。近年来，随着黄河流域水土保持综合治理和污染防治工作的深入开展，生态环境呈逐步改善趋势[10]，与当地的水质监测数据一致。黄河水质的逐步改善，对引黄灌区影响较大，能够提高灌溉农作物的产量和品质，居民供水处理成本进一步降低，居民饮水质量明显提升。

3 结 语

水环境质量中污染程度的界线是模糊的，人为用特定分级标准去评价是不确切的，而模糊数学综合评价法是一种比较科学合理的水质评价方法，克服了以往单因子评价法和综合指数法的弊端。本文针对簸箕李引黄灌区，选择了对水质有较大影响的10种监测指标作为评价依据，充分考虑了各种因素的影响程度，利用改进的模糊数学综合评价法，客观准确地判定出簸箕李引黄灌区供水水质为Ⅲ类。