水质评价与模糊综合评价法

1、水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法1 第二讲第二讲 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法2 l国内外水环境质量评价研究概况国内外水环境质量评价研究概况 l水环境评价存在问题与发展趋势水环境评价存在问题与发展趋势 l评价方法介绍评价方法介绍 l模糊综合评价法概述模糊综合评价法概述 l模糊综合评判模型模糊综合评判模型 l模糊综合评价步骤模糊综合评价步骤 l六安市淠河水质模糊综合评价六安市淠河水质模糊综合评价 l淠河评价结论淠河评价结论 l方法创新之处方法创新之处 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法3 一一.

2、.国内外水环境质量评价研究概况国内外水环境质量评价研究概况 长期以来，环境质量评价一直是环保部门及 学者关心的课题，在国外于20世纪60 年 代中期开始出现，70年代蓬勃发展。美国 是世界上第一个把环境评价以法律形式肯 定的国家。纵观环境评价的发展，有由单有由单 目标向多目标，由单环境要素向多环境要目标向多目标，由单环境要素向多环境要 素，由单纯的自然环境系统向自然环境与素，由单纯的自然环境系统向自然环境与 社会环境的综合系统，由静态分析向动态社会环境的综合系统，由静态分析向动态 分析发展的趋势。分析发展的趋势。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法4 l水质评价是研究人类水环境质

3、量的变化规律，水质评价是研究人类水环境质量的变化规律， 评价人类水环境质量的水平，并对水环境要素评价人类水环境质量的水平，并对水环境要素 或区域水环境性质的优劣进行定量描述的科学或区域水环境性质的优劣进行定量描述的科学， 也是研究改善和提高人类水环境质量的方法和 途径的科学。 l水质评价按评价的时间划分，有回顾评价、现回顾评价、现 状评价和影响评价状评价和影响评价。其中，水质现状评价是根 据近几年水环境监测资料对一个地区的水环境 质量现状进行评价。通过水质现状评价可以了 解过去人类活动对一个地区水环境质量各要素 的影响后果，从而可以进一步追索造成污染的 原因，便于制定和采取综合措施，在治理污染

4、 的同时，积极的进行污染预防，是水环境影响 评价的基础。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法5 1.1.国外水环境质量评价研究概况国外水环境质量评价研究概况 20世纪初，世界上一些河流水质日趋恶化，用水安全得不 到保证，水质问题越来越受到人们的重视，水质评价工作 也随着发展起来。最早是德国科学家柯克维兹和莫松等提 出了生物学的水质评价分类方法，随后英国科学家根据河 流水质情况，提出以化学指标对河流进行污染分类。1965 年，美国俄该俄州河流卫生委员会的赫尔顿R.K.Horton） 提出了一种水质评价的指数体系，并提出了制定指数的步 骤，即豪顿水质指数（QI），标志着水质现状评价工

5、作的 开始。随后 R.M.Brown 等于 1970 年在35种水质参数中选 取11 种重要水质参数，然后再根据专家的意见进行加权计 算，即建立了水质指数（WQI），意大利斐拉拉大学卫生 研究所提出的普拉特水质指数， 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法6 N.L.Nemerow 在其河流污染的科学分析一书中提 出内梅罗指数法。S.L.Ross 根据 BOD、NH3-N、SS 及DO 四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流水质 进行了评价。进入90年代后，水质评价的方法得到了 进一步的扩展，各种数学方法和模型都得到了应用， 如Puckett等应用主成分分析法对美国弗吉尼亚州某些 河流

6、的主要离子化学因素进行了研究，Sokolov等运 用模型模拟了澳大利亚东南部Yarra河流水质参数随时 间的随机变化情况，Caissie 等对加拿大一条小河流 河水主要离子浓度随流量的变动和水文分割进行了研 究，前东欧和苏联的多数学者在评价时既考虑物理和 化学指标，还考虑生物指标，使水质评价更加全面、 科学. 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法7 2.2.国内水环境质量评价研究概况国内水环境质量评价研究概况 中国始于20世纪50年代，在全国主要河流、 湖泊（水库）上进行水质评价工作。1960 年提 出了中国河流水化学特征报告及有关图表。 1972年，包含了水质评价内容的北京西郊环

7、 境质量评价研究树立了我国水质评价研究上 的第一个里程碑。随后，开展了官厅水库、松 花江、图们江、白洋淀、湘江、杭州西湖、武 昌东湖、昆明滇池、太湖、东海海域及南海海 域等水环境的专题质量评价工作。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法8 近年来，国内许多学者从多方面、多角度、 多方法对我国不同区域河流和湖泊环境质量进 行探讨和研究，取得了大量的科研成果。例如， 张卫星、阎伍玖、李俊莉等分别对长荡湖、淮 河安徽段、南四湖区进行水环境污染状况分析 与评价，并提出污染防治对策；薛巧英、黄兴 国等学者对各种河流水质综合评价方法进行了 较为详细的分析和比较，指出当前水环境质量 评价方法存在

8、的问题和今后发展方向；吴梅、 张蕾等学者运用灰色关联分析法进行水环境质 量评价并采用线性内差的方法对之进行改进， 提高了分辨率，取得了较为可靠的评价结果； 白有杜、潘峰、王陆军、徐秋华等学者将模糊 综合评价法具体应用到水环境质量综合评价研 究中，并对评价权重、 最大隶属度原则进行了 改进，取得较好的结果； 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法9 吕兰军、徐祖信、李俊莉运用各种指数法进行 水环境质量评价，并提出改进意见和一种全新 的河流指数评价方法，它既可以比较分析同一 类水质指标在同一级别中的差异，又可以在不 同类别水质指标中比较分析水质的污染程度； 汪家权、沈时兴把多种评价方法相

9、结合，构建 新的评价模型应用于水质评价中，李如忠对水 质评价模型进行了综述；宋军继分析了城市环 境与水的关系以及城市水环境面临的问题，在 此基础上提出了城市水环境发展的应对策略。 由上可见我国关于河流、湖泊水环境质量评价 和水质评价方法的研究相当活跃，使得水环境 质量评价研究进入快速发展时期。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法10 二.水环境评价存在问题与发展趋势 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法11 1.存在问题 目前，水资源利用的评价存在较大的缺陷。其缺陷大致反映在 以下几个方面： l1）不能客观地反映某一地区水资源丰缺的实际情况）不能客观地反映某一地区水资

10、源丰缺的实际情况。如当前 水资源的评价多从水资源水质污染方面作评价，而忽略了量 的有机结合。水资源质方面的评价，仅反映了水污染方面的 状况，不能从整体上对水资源作评价。水资源的质和量是相 互影响、相互促进的，水资源量的减少能够进一步加剧水资 源的恶化；而量的增加能够减弱或稀释水资源的污染。因此， 水环境的评价应将水环境的质、量有机的结合起来，以正确 反映水资源污染的现状。 l2）水环境评价的方法有待突破。）水环境评价的方法有待突破。20世纪70年代以来，国内外 学者相继提出了许多水环境质量的评价方法，如指数评价法、 模糊数学评价法和灰色理论评价法等，但至今仍无一种统一 的确定的评价模型。从现有

11、的评价方法来看，各具一定的优 点；但大都存在着需要确定各级评价指标的权值及怎样客观 和合理确定权值的问题，甚至在某种程度上来说，计算比较 繁琐、丢失一些信息等不足，因此迫切需要进行评价方法的 创新。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法12 l3）不适于水资源可持续利用的研究和国家对水资源）不适于水资源可持续利用的研究和国家对水资源 利用的战略指导。利用的战略指导。一个合理的、能真实反映水资源状 况的水资源评价模型，对水资源可持续利用的研究和 国家水资源战略的制定是极为重要的，它不但能评价 水资源的现状，而且能为国家的长期社会经济发展作 宏观的战略指导，但目前水资源的评价方法的片面

12、性 往往不能达到本目标。 l4）由于对水质综合评价的基本原则尚存在分歧）由于对水质综合评价的基本原则尚存在分歧, 因此因此 在水质类别判定上各种方法的结果经常不一致。在水质类别判定上各种方法的结果经常不一致。一部 分人认为,水质综合评价要考虑各种指标的综合作用, 如果多数指标的级别较低,而仅有几项指标级别高,则 不应把综合水质定为较高级别。而实际上, 现行国标 GHZBI-1999中对地表水综合评价均已确定悲观的原 则,即以单项指标最差所属级别确定其综合水质级别。 这是符合实际的,因为若某项指标浓度严重超标,已不 适于饮用,却仍评为可作为饮用水源地的三类水,将给 人民生命健康带来威胁。因此在把

13、环境质量评价方法 应用于水质综合评价时要考虑水体环境的特殊性,必须 满足水质类别判断的准确性。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法13 l5)迄今没有一个被大家公认通用的、具有可比性的水迄今没有一个被大家公认通用的、具有可比性的水 质综合评价数学模型。质综合评价数学模型。各地各部门在进行水质评价时, 选用模型的任意性很强,评价的结果不便于与其它地区 水质状况进行比较,因而也不能准确反映本地的相对污 染状态,国家难以全面掌握水环境污染的时空分布态势, 其结果难以被公众接受,达不到水质评价的目的。1999 年12 月在广州召开的全国综合评价技术研讨会提出, 要把水环境综合评价方法的统

14、一和改进问题作为目前 需要重点解决的问题之一。 l6)缺乏比较客观的确定环境因子权重的量化方法缺乏比较客观的确定环境因子权重的量化方法。除 人工神经网络评价法外,其它各种方法的评价结果无疑 都受权重影响很大,权重的研究是一个重要的课题。在 多因子的水质综合评价中, 各因子对环境污染的贡献 是不同的,而目前缺乏统一的客观的定权方法,这对评 价结果的可比性影响较大。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法14 2.2.发展趋势发展趋势 l1)水环境质量评价的综合指数法，其基本理论和方法水环境质量评价的综合指数法，其基本理论和方法 都相当成熟，仍然是水污染评价的一种有效方法。都相当成熟，仍

15、然是水污染评价的一种有效方法。但 评价指标的选择和评价标准的采用将得到进一步的完 善而走向统一，以提高评价方法的适用性，并成为其 它方法评价结果的一种参比。 l2)系统论，控制论和信息论的发展以及耗散结构论、系统论，控制论和信息论的发展以及耗散结构论、 协同论和突变论的产生，模糊数学、层次分析、灰色协同论和突变论的产生，模糊数学、层次分析、灰色 系统和人工神经网络等现代系统方法将不断应用于水系统和人工神经网络等现代系统方法将不断应用于水 环境评价，而成为今后研究的一大热点环境评价，而成为今后研究的一大热点；由单因子模 型的定量评价预测向多因子模型的综合评价预测发展; 水环境中不同系统方法和藕合

16、是科学发展的必然，随 机性、模糊性和灰色性往往共存于所研究的对象和问 题之中。因此，水资源研究的随机分析、模糊分析和 灰色分析的祸合思路将引起人们的重视。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法15 3)进行基于方法集的组合评价研究 方法集是指能独立完成对对象进行评价的方法的 全体。基于方法集的组合评价方法是指，在评 价的基本原则指导下，根据一定的准则和规则 从基本评价方法集中抽取若干方法，并运用这 些评价方法对待评价对象进行评价，然后寻找 理想的组合算法模型对以上评价结果进行优化 组合的全过程。通过方法的集成去寻求一个更 有效的方法组合，以消除单一方法产生的随机 误差和系统偏差，进

17、而解决多方法评价结论的 非一致性问题。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法16 4)建立有效的计算机评价支持系统 根据钱学森提出的处理复杂巨型系统的方法 从定性到定量的综合集成方法(metasynthesis) 的基本思想，尝试将多方法组合、交互式思想 同先进的技术方法综合起来构成集成式智能化 交互式评价支持系统，这种评价支持系统应综 合评价对象集、评价目标集、评价人集、评价 方法集，及其他的先进技术(如人工智能、知识 工程、专家系统、人工神经网络、模糊集理论、 计算机信息处理技术等)于一体，形成“人一机 一评价对象”一体化模式，即从IDSS向护 I3DSS转变，使评价工具具备通

18、用性、规范性、 智能性、交互性等特征。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法17 我国于1974年提出用数学模型综合评价水污染， 至今经过了近30年的发展历程。关于河流水质综合 评价方法的研究比较活跃，到现在为止，各家提出 的综合评价水质的方法或指数就有几十种之多。概 括起来大致分指数评价法、模糊评价法、灰色评价 法、物元分析法、人工神经网络评价法、地理信息 系统的应用评价中，另外，还有一些评价方法，如 普适指数公式法、层次分析法、水质污染损害率评 价法、可拓评价法、密切值法、水质综合特征模式 法、矩阵排序法、因子分析方法、主成分分析法等， 适用于一些特定场合，应用受到一定限制。

19、三三. .评价方法介绍评价方法介绍 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法18 1.1.单因子评价法单因子评价法 指用水体中感观性、毒物和生物学等单因子的监测结果对照指用水体中感观性、毒物和生物学等单因子的监测结果对照 各自评价标准，确定各项目的水质类别，在所有项目水质类别各自评价标准，确定各项目的水质类别，在所有项目水质类别 中选取水质最差类别作为水体水质类别，是现行国家水质标准中选取水质最差类别作为水体水质类别，是现行国家水质标准 中确定的悲观评价原则。中确定的悲观评价原则。 2.2.污染指数法污染指数法 污染指数评价法是用水体各监测项目的监测结果与其评价标污染指数评价法是用水体

20、各监测项目的监测结果与其评价标 准之比作为该项目的污染分指数，再通过各种数学手段将各项准之比作为该项目的污染分指数，再通过各种数学手段将各项 目的分指数综合运算得出一个综合指数，以此代表水体的污染目的分指数综合运算得出一个综合指数，以此代表水体的污染 程度，作为水质评定尺度。程度，作为水质评定尺度。 指数法综合评价是对整体水体质量的定量描述，只要项目、指数法综合评价是对整体水体质量的定量描述，只要项目、 标准、监测结果可靠，综合评价从总体上看是可以基本反映污标准、监测结果可靠，综合评价从总体上看是可以基本反映污 染的性质和程度的。而且对于全国流域尺度而言，指数化综合染的性质和程度的。而且对于全

21、国流域尺度而言，指数化综合 评价法计算简便，便于进行水系之间或同一水系时间上的基本评价法计算简便，便于进行水系之间或同一水系时间上的基本 污染状况和变化的比较。中国环境监测总站在进行水质评价时污染状况和变化的比较。中国环境监测总站在进行水质评价时 采取这种方法。采取这种方法。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法19 对分指数的处理不同，使水质评价污染指数对分指数的处理不同，使水质评价污染指数 法存在着不同的形式，包括叠加型指数法、法存在着不同的形式，包括叠加型指数法、 均值型指数法、均值型指数法、W型水质评价法、加权均型水质评价法、加权均 值法、前东欧和苏联的多数学者在评价时值法

22、、前东欧和苏联的多数学者在评价时 既考虑物理和化学指标，既考虑物理和化学指标，Brown水质指数水质指数 法、法、Ross水质指数法、内梅罗污染指数水质指数法、内梅罗污染指数 法、分指数平方和方根法、综合指数混合法、分指数平方和方根法、综合指数混合 加权模式、指数聚类法、组合指数模式等。加权模式、指数聚类法、组合指数模式等。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法20 水质的监测数据都是在有限的时间和空间范围内获得的，因水质的监测数据都是在有限的时间和空间范围内获得的，因 而信息是不完全或不确切的，故可将水环境系统视为一个灰而信息是不完全或不确切的，故可将水环境系统视为一个灰 色系统

23、，即部分信息已知，部分信息未知或不确知的系统，色系统，即部分信息已知，部分信息未知或不确知的系统， 这一原理应用于水质综合评价中的基本思路是：计算水体水这一原理应用于水质综合评价中的基本思路是：计算水体水 质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度，然后根据质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度，然后根据 关联度大小确定水体水质的级别。对处于同类水质的不同水关联度大小确定水体水质的级别。对处于同类水质的不同水 体可通过其与该类标准水体的关联度大小进行优劣比较。体可通过其与该类标准水体的关联度大小进行优劣比较。 灰色评价法主要有灰色聚类法、灰色关联法、灰色模式识别灰色评价法主要有灰色聚类法、

24、灰色关联法、灰色模式识别 法、等斜率灰色聚类法、区域灰色决策法、加权灰色局势决法、等斜率灰色聚类法、区域灰色决策法、加权灰色局势决 策法、梯形灰色聚类分析法、灰色局势决策法策法、梯形灰色聚类分析法、灰色局势决策法、灰色贴近、灰色贴近 度法度法等。等。 3.灰色评价法灰色评价法 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法21 4.模糊评价法 l因水体环境本身存在大量不确定性因素，各项目的级别划 分、标准确定都具有模糊性。因此，模糊数学在水质评价 中得到了广泛应用，其基本思路是：由监测数据建立各指 标对各级标准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再把因子权 重集与隶属度矩阵相乘，得到模糊集，获得综合

25、评判集， 表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度，反映了水 质级别的模糊性。 l模糊评价法主要有模糊聚类法、模糊综合指数法、模糊贴模糊聚类法、模糊综合指数法、模糊贴 近度法、模糊距离法、模糊水质分级评价法、模糊相似选近度法、模糊距离法、模糊水质分级评价法、模糊相似选 择法、模糊综合评价级数法、模糊综合评判分级保证率法择法、模糊综合评价级数法、模糊综合评判分级保证率法 模糊模式识别理论模糊模式识别理论等。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法22 5.物元分析法 l物元分析法是物元分析理论在水环境质量评 价领域的应用。其思路是：根据各级水质标 准建立经典域物元矩阵，根据各因子的实测

26、 浓度建立节域物元矩阵，然后建立各污染指 标对不同水质标准级别的关联函数，最后根 据其值大小确定水体水质的级别。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法23 6.神经网路评价法 l人工神经网络模拟人类思维方式，对 事物的判断、分类不需要预先建立某 种模式，只是根据事物的性质特征， 采用直观推理判断。 l人工神经网络应用于水质评价的方法 有 Hopfield 网络模型法、网络模型法、BP网络模网络模 型法、型法、RBF 网络模型法网络模型法等。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法24 四.模糊综合评价法概述 1965年，美国加利福尼亚大学的控制论专家年，美国加利福尼亚大学

27、的控制论专家Zadeh教授发表教授发表 了著名的了著名的Fuzzy Sets”的论文，标志着模糊数学的诞生。由的论文，标志着模糊数学的诞生。由 于在综合评价的实践中，待评对象或多或少都具有一定的模糊于在综合评价的实践中，待评对象或多或少都具有一定的模糊 性，因此，模糊综合评价方法成为目前多指标综合评价实践中性，因此，模糊综合评价方法成为目前多指标综合评价实践中 应用最广泛的方法之一。应用最广泛的方法之一。1980年，汪培庄教授提出了模糊综年，汪培庄教授提出了模糊综 合评判模型，陈永义等对该模型提出几种改进方法。王光远研合评判模型，陈永义等对该模型提出几种改进方法。王光远研 究了模糊综合评判几种

28、数学模型的实质，王道勇究了模糊综合评判几种数学模型的实质，王道勇 给出了模糊给出了模糊 综合评判几种失效的判定及处理方法，宋世德等提出加权合成综合评判几种失效的判定及处理方法，宋世德等提出加权合成 方法来解决模糊综合评判中的失效和失真问题。方法来解决模糊综合评判中的失效和失真问题。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法25 张晓平从理论和应用方面对模糊综合评判进行了研究，张晓平从理论和应用方面对模糊综合评判进行了研究， 并提出了基于贴近度的模糊综合评判结果的集化方法。并提出了基于贴近度的模糊综合评判结果的集化方法。 1993年，陈守煜教授提出年，陈守煜教授提出“相对隶属度相对隶属度

29、”的概念，并的概念，并 建立模糊优选模型来进行方案的优选，郝聚民等提出建立模糊优选模型来进行方案的优选，郝聚民等提出 影响度因子的概念，改进了相对隶属度的计算方法，影响度因子的概念，改进了相对隶属度的计算方法， 王建明、陈守煜建立一个以决策者经验、偏好为监督，王建明、陈守煜建立一个以决策者经验、偏好为监督， 同时确定指标权重和决策方案优属度的权监督多级模同时确定指标权重和决策方案优属度的权监督多级模 糊优选模型，陈守煜、刘金禄对模糊优选模型关于权糊优选模型，陈守煜、刘金禄对模糊优选模型关于权 系数的敏感性进行了研究，得到了保持最优决策序列系数的敏感性进行了研究，得到了保持最优决策序列 不变的权

30、扰动条件，陈守煜等将模糊聚类、模糊模式不变的权扰动条件，陈守煜等将模糊聚类、模糊模式 识别、模糊优选有机结合起来，建立了统一的循环迭识别、模糊优选有机结合起来，建立了统一的循环迭 代模型。对于定性指标较多的方案优选问题，姚敏、代模型。对于定性指标较多的方案优选问题，姚敏、 张森于张森于1998年提出基于模糊一致矩阵的决策方法，黄年提出基于模糊一致矩阵的决策方法，黄 健元博士将其推广到多层次的情形，张吉等对基于定健元博士将其推广到多层次的情形，张吉等对基于定 量指标数据建立的模糊一致判断矩阵进行了改进，张量指标数据建立的模糊一致判断矩阵进行了改进，张 吉军对模糊一致判断矩阵的常用排序方法进行了比

31、较吉军对模糊一致判断矩阵的常用排序方法进行了比较 研究。研究。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法26 五.模糊综合评判模型 权重集：Aa1, a2am 隶属矩阵： 1 11121 2 212 1 c c mmc mc m R rrr R rr rr R R 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法27 模糊运算可以写成一般形式：B = A* R。 不同类型的运算，形成不同的评判模型，主 要有以下几种： 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法28 （1）模型）模型1 采用扎德算子采用扎德算子“”和和“V”，记作，记作 M1(，V)，即取大取小法。，即取大取小法。

32、取B = A*R = AR ， 其中， 其含义是将原来的隶 属度rij 修正为rij*= ai rij 。显然在考虑多因素 时，vi (i =1,2,m)的隶属度都不能超过 wi ，同 时对每个等级uj 而言（即决定bj 时）只考虑起 主要作用的那个因素，而不顾及其他因素的影 响，这是一种“主因素决定型主因素决定型”的综合评判模的综合评判模 型型。应用该模型进行水质综合评价类别只与权应用该模型进行水质综合评价类别只与权 重值最大的因子有关，最大权重因子在哪个类重值最大的因子有关，最大权重因子在哪个类 别上隶属度最大，水质的综合评价类别就会落别上隶属度最大，水质的综合评价类别就会落 在哪个类别上

33、，这样的评价有时会过分夸大了在哪个类别上，这样的评价有时会过分夸大了 最大污染因子的作用，变成了实际上只有单因最大污染因子的作用，变成了实际上只有单因 素在起控制作用，从而使多因素的综合评价失素在起控制作用，从而使多因素的综合评价失 去了部分意义。去了部分意义。 1 m jiij i bar 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法29 （2 2）模型）模型2 2 采用扎德算子采用扎德算子“”和和“”，记作，记作 M2(M2(,),)模型，即取大、乘积算子法。模型，即取大、乘积算子法。将上模型 中的改为“”，即， 这是一种“主因素突出型主因素突出型”的综合评判模型。的综合评判模型。由

34、于在第一步模糊运算中采用代数积的方法，即 用每一个污染因子的隶属度与权重值相乘，强强 调了污染因子的权重值和隶属度两者对评价值调了污染因子的权重值和隶属度两者对评价值 的共同作用，克服了第一步模糊运算中取小数的共同作用，克服了第一步模糊运算中取小数 丢大数的弊端，丢大数的弊端，比算子M1多保存了一些有用的 数据，使算子M1的那种过分强调权重的情况得 到缓解。 1 m jiij i ba r 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法30 （3 3）模型）模型3 3 采用扎德算子采用扎德算子“”和和“”，记，记 作作M(,)M(,)模型，即有界和、取小算子法。模型，即有界和、取小算子法。b

35、j = min1,（ai rij ），这里并无归一化要求，这 也是一种“主因素突出型主因素突出型”的综合评判模型。的综合评判模型。 模型3的优点是计算出来的各级隶属度差距特别 大，特征明显比较容易判别。但由于它在第一 步模糊运算中采用“取小”的方法，即在每一 个污染因子的隶属度和权重值之间取小值，没 有突出最大污染因子的权重值和隶属度两者对 评价值的共同作用，而后又用叠加的方法掩盖 最大污染因子对水质的影响作用，当出现某些 因子的污染浓度特别大时，没有得到应有的强 调，造成综合评价结果的不合理，在环境质量 评价中不宜采用。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法31 （4 4）模型）

36、模型4 4 采用扎德算子采用扎德算子“”和和“”，记作，记作 M4(M4(,),)模型，即有界和、乘积算子法。模型，即有界和、乘积算子法。bj = min1,（airij），这是一种“加权平均型加权平均型”的的 综合评判模型综合评判模型。模型4在计算时考虑了所有参评 因子对环境质量的影响，采用加权的方法既强既强 调了最大污染因子的影响，又使所有的参评因调了最大污染因子的影响，又使所有的参评因 子在评价中均能发挥应有的作用，充分利用了子在评价中均能发挥应有的作用，充分利用了 所有的信息，避免了在模糊矩阵的复合运算中所有的信息，避免了在模糊矩阵的复合运算中 取大数时丢小数、取小数时丢大数所造成的不

37、取大数时丢小数、取小数时丢大数所造成的不 利影响，能使评价成为名副其实的综合评价，利影响，能使评价成为名副其实的综合评价， 比较准确地反映水质的环境质量。比较准确地反映水质的环境质量。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法32 在大多数情况下，这四种算子的计算结果 具有较好的趋同性，所得出的评价结果基 木是一致的。但在某些情况下，会出现不 同的复合运算子得到的水质评价的结果不 一致的情况，如当选取的评价因子中某一 项污染浓度较高，而其余的污染浓度较低 时，选用不同的算子会产生完全不同的评 价结果。 “加权平均型加权平均型”模型具有比较模型具有比较 优势。优势。 水质评价与模糊综合评

38、价法水质评价与模糊综合评价法33 六六. .模糊综合评价步骤模糊综合评价步骤 模糊综合评价是通过建立等级模糊子集把反映被 评事物的模糊指标进行量化,然后利用模糊变换 原理对各指标综合。其一般步骤为: 1)确定评价对象的因素集即确定评价指标确定评价对象的因素集即确定评价指标 以m个评价指标, u = u1 , u2 , um 。 2)建立评价集建立评价集 V = V1 , V2 Vc , 即等级集合, 每一个等级可 对应一个模糊子集。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法34 3)建立隶属函数，进行单因子评价,确定模糊关 系矩阵R 由于水质污染程度和水质分级标准都是模糊的, 所以用隶

39、属度来描述分级界限较合理。首先根 据各指标的5 级标准,做出5个级别的隶属函数。 如何建立隶属函数，至今仍无统一方法可循， 主要根据实际经验来进行对应法则的探求，早 些年国内有张南纶提出的模糊统计法，屈盟生 提出的三分法，马谋超、曹志强提出的多维量 表法等，国外有示范法(1972年，Zadeh、统计 法(1976年，H.M.Harah、蕴含解析法(1976年， M.Kochen)等。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法35 隶属函数是在客观规律的基础上经过人们的综合 分析、加工改造而成，是客观事物本质属性经 人脑加工后的表现。隶属函数确定通常采用模 糊分布法，通过选定某些带参数的

40、函数表示某 种类型的模糊概念的隶属函数(论域为实数域R)， 然后通过实验确定参数，常用的分布类型升、 降半梯形。有的评价指标是以数值越大水质越评价指标是以数值越大水质越 优优, ,则此类指标以升半梯形分布来建立隶属函数则此类指标以升半梯形分布来建立隶属函数, , 其函数形式如下： 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法36 对级水的隶属函数:即j1; ri1 1 ciSi1 （CiSi2）/(Si1-Si2) Si2ciSi1 0 ciSi2 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法37 对级水的隶属函数：即j=2,3,4 rij （Sij-1Ci）/( Sij-1Sij)

41、SijciSij-1 （Ci Sij+1）/( SijSij+1) Sij+1ciSij 0 ciSij+1 或 ciSij-1 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法38 对级水的隶属函数：即j=5 ri5 0 ciSi4 （Si4Ci）/( Si4Si5) Si5ciSi4 1 ciSi5 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法39 有的指标是以数值越小水质越优有的指标是以数值越小水质越优, ,则此类则此类 指标以降半梯形分布来建立隶属函数指标以降半梯形分布来建立隶属函数,其 函数形式如下： 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法40 对级水的隶属函数：即j1

42、 ri1 1 ciSi1 （Si2Ci）/(Si2-Si1) Si1ciSi2 0 ciSi2 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法41 对级水的隶属函数：即j=2, 3,4 rij （Ci Sij-1）/(SijSij-1) Sij-1ciSij （Sij+1Ci）/( Sij+1Sij) SijciSij+1 0 ciSij-1 或 ciSij+1 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法42 对级水的隶属函数：即j=5 ri5 1 ciSi5 （CiSi4）/( Si5Si4) Si4ciSi5 0 ciSi4 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法43 其

43、中Cii污染因子实测浓度；i污染因子，i 1，2，m；j水质等级，j1，2，3，4， 5；Siji污染因子j级标准值；riji污染因子对j 级水的隶属度。当Ci给定，可以用以上隶属函 数求出水样中第i个污染因子分别对各级水的隶 属度，由此确定一个ij阶模糊关系矩阵模糊关系矩阵R： 1112131415 2122232425 12345 12345 iiiii mmmmm rrrrr rrrrr Rrrrrr rrrrr 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法44 4)确定评价因素的模糊权重集 权重的确定方法有多种，如何合理确定各级评价 指标的权值，目前没有统一的方法，常用超标常用超标

44、 法来确定权重法来确定权重。超标法是根据污染物对水质污 染大、权重大的原则来决定权重的。其计算式 为:对DO数值越大水质越优型: ai = bi / ci ,对其 他指标数值越小水质越优型: ai = ci / si。式中: ai、ci、bi、si 分别为第i种评价指标的权重、实 测浓度、多级浓度标准的最小值和最大值。为 了进行模糊复合运算, 各单因子权重必须归一化权重必须归一化 处理处理即: aoi = ai/ ，则A = ( a1 , a2 , , am )。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法45 5)模糊综合评价 综合评价集B=AR = (b1 , b2 , , bc)

45、其 中bj 是由A与R的第j列运算得到的,它表示 被评事物从整体上看对Vj 等级模糊子集的 隶属程度，模糊评价模型有四种（前面介 绍），加权平均模型具有比较优势。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法46 6) 模糊综合评价结果加权平均处理 实际中最常用的方法是最大隶属度原则实际中最常用的方法是最大隶属度原则, 但此方法的使用是有条但此方法的使用是有条 件的件的,存在有效性问题存在有效性问题,可能会得出不合理的评价结果可能会得出不合理的评价结果，因此， 最大隶属原则的使用是有条件的。探讨了最大隶属原则的有效 问题，并提出了改进的方法，对B = (b1 , b2 , , bc)定义，

46、 其中，secbj表示B中的第二大分量，和分别是B中最大分量与 次大分量占量总和的比例，易得1/c，1，0，1/2，再 由和定义： （c1）/（c1），2，0,1 ,0,1,再定义 /(c1)/2(c-1)，可以证明0,)，由的定义可 以看出，越大，最大隶属原则有效度越高，因此可以用指标 对最大隶属原则的有效性进行度量，表 给出了一般情况下的 不同范围对应的最大隶属原则的有效情况。 11 / m ax c jcj bjbj 11 / sec c j cj bjbj 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法47 表 与最大隶属原则的有效性关系 最大隶属原则的有效性 （0，0，1，0，0）

47、完全有效 1，）非常有效 0.5,1）比较有效 （0,0.5）低效 0（1/c，1/c1/c）完全失效 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法48 一般情况下，当 2004 2003 2005 20012002 2004 2003 2005 2001。 （3 3）加权平均方法得出的结果与最大隶属度原则方法）加权平均方法得出的结果与最大隶属度原则方法 得到的结果虽然有点出入，但结果较符合实际情况。得到的结果虽然有点出入，但结果较符合实际情况。 （4 4）由于）由于20022002年新的地表水环境质量标准（年新的地表水环境质量标准（GB3838-GB3838- 20022002）的执行，

48、提高了环境质量标准的级别，因而）的执行，提高了环境质量标准的级别，因而 20022002年水质明显好于年水质明显好于20012001年，处于年，处于级；级；20022002年到年到 20042004年淠河水质基本平稳，处于年淠河水质基本平稳，处于-级；级； 20042004年六年六 安市城市污水处理厂开始投入运行，但由于城区污水安市城市污水处理厂开始投入运行，但由于城区污水 管网没有配套完成，导致大量生活污水和工业废水仍管网没有配套完成，导致大量生活污水和工业废水仍 然未纳入城市污水处理厂进行集中处理；同时，随着然未纳入城市污水处理厂进行集中处理；同时，随着 经济的发展和居民生活水平的提高，六

49、安市生活污水经济的发展和居民生活水平的提高，六安市生活污水 和工业废水排放量在逐步增加；导致和工业废水排放量在逐步增加；导致20052005年淠河水质年淠河水质 下降，水质处于下降，水质处于级。级。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法62 2)水质空间变化趋势分析(2005年断面污染变化) 2005年淠河各断面水质监测结果表 指标 断面 DOOCBOD5NH3- N 挥发酚氰化物砷化物 六价铬 窑岗嘴 大桥 9.2003.4001.2000.1110.001170.0020.00048 0.002 光华厂 渡口 7.404.34.41.200.001170.0040.0005 0

50、.002 新安渡 口 8.04.453.421.9830.00210.00580.0012 0.002 大店岗7.554.1671.5670.4700.001170.0020.000932 0.002 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法63 2005年淠河水质评价结果表 断面 窑岗嘴大 桥 光华厂渡 口 新安渡口 大店岗 B值1.0890782.8196244.1429081.477573 水质级别 V 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法64 图 2005年淠河水质空间变化趋势图 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 窑岗嘴大桥光华厂渡口新安渡

51、口大店岗 断面名称 B值 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法65 根据图表和模糊综合评价结果可以得到： （1）窑岗嘴大桥断面和大店岗断面水质）窑岗嘴大桥断面和大店岗断面水质 均属于均属于级，但窑岗嘴断面水质略优于大级，但窑岗嘴断面水质略优于大 店岗断面；光华厂渡口断面水质属于店岗断面；光华厂渡口断面水质属于级；级； 新安渡口断面水质属于新安渡口断面水质属于V级。级。 （2）六安市淠河各断面水质变化由好到差）六安市淠河各断面水质变化由好到差 依次排序为：窑岗嘴大桥依次排序为：窑岗嘴大桥 大店岗大店岗 光光 华厂渡口华厂渡口 新安渡口，结果较符合实际情新安渡口，结果较符合实际情 况况

52、。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法66 （3）在六安市城区上游的窑岗嘴大桥断面由于未受）在六安市城区上游的窑岗嘴大桥断面由于未受 到城区城市生活污水和工业废水的污染，水质清洁，到城区城市生活污水和工业废水的污染，水质清洁， 处于处于级；淠河到达六安市城区后，由于受到部分级；淠河到达六安市城区后，由于受到部分 城市生活污水和工业废水汇入的共同影响，其中游城市生活污水和工业废水汇入的共同影响，其中游 光华厂渡口断面水质明显下降，处于光华厂渡口断面水质明显下降，处于类；经过六类；经过六 安城区后，由于受到大量的城市生活污水、工业废安城区后，由于受到大量的城市生活污水、工业废 水和面

53、源汇入的共同作用，其下游新安渡口断面水水和面源汇入的共同作用，其下游新安渡口断面水 质进一步恶化，水质处于质进一步恶化，水质处于V级，已达不到规划水质级，已达不到规划水质 目标；经过目标；经过89km的水体自净作用，其出境断面的水体自净作用，其出境断面 （入淮）（入淮）大店岗断面水质已经大大好转，水质大店岗断面水质已经大大好转，水质 清洁，处于清洁，处于级。六安市城市污水处理厂于级。六安市城市污水处理厂于2004年年 投入试运行，但由于六安市城区污水管网没有配套投入试运行，但由于六安市城区污水管网没有配套 完成，导致污水处理厂实际运行负荷不足设计能力完成，导致污水处理厂实际运行负荷不足设计能力

54、 的一半；结果六安市城区仍然有大量的生活污水和的一半；结果六安市城区仍然有大量的生活污水和 工业废水未经过任何处理直接排入淠河；致使新安工业废水未经过任何处理直接排入淠河；致使新安 渡口断面水质未见明显好转，仍然达不到规划目标；渡口断面水质未见明显好转，仍然达不到规划目标； 但经河流水体自净作用，位于淠河入淮处的大店岗但经河流水体自净作用，位于淠河入淮处的大店岗 断面，水质比较清洁，能达标。断面，水质比较清洁，能达标。 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法67 3）2005年水质水期变化趋势分析水质水期变化趋势分析 表 新安渡口断面各水期水质监测结果统计表 单位：mg/l 指标 水期 DOOCBOD5NH3-N挥发酚 氰化物 砷化 物 六价铬 枯水期8.65.64.83.3240.00250.00950.00132 0.002 平水期7.13.54.11.6560.0010.0020.00032 0.002 丰水期7.63.21.00.1340.0020.0020.00146 0.002 水质评价与模糊综合评价法水质评价与模糊综合评价法68 新安渡口断