模糊综合评价法判断监测断面的主要污染物

PAGE1PAGE11西北大学学报(自然科学网络版)2003年12月第6期ScienceJournalofNorthwestUniversityOnlineDec.2003No.6收稿日期：2003-06-21审稿人：杨联安，男，西北大学城市与资源学系副教授。模糊综合评价法判断监测断面的主要污染物杨林，张德，闫娥，吴启勋(青海师范大学化学系，青海西宁810008)摘要：应用用模糊数数学中的的模糊综综合评价价方法监测测了断面的的污染物物主成分分分析。结果表明：应用模糊综合评价可有效地进行监测断面的污染物的主成分分析，且判断准确，符合实际情况，获得了良好的结果。关键词：模模糊数学学；监测断断面；污染主主成分中图分类号号：O6631文献标标识码：：A文章章编号：：10000-2274XX(20003))00338-007模糊数学是是用数学学方法来来解决一一些模糊糊问题。所所谓模糊糊问题是是指界线线不清或或隶属关关系不明明确的问问题，“污染程程度”的界线线就是模模糊的，人人为地用用特定的的分级标标准去评评价环境境污染程程度是不不确切的的。应用用模糊理理论处理理模糊问问题，才能符符合实际际，判断断合理。模模糊数学学已在环环境科学学领域中中得到了了应用，如如用模糊糊数学方方法在环环境评价价、环境境污染物物分类、环环境区域域划分等等方面获得得了满意意的结果果[1]]。本文文主要应用用模糊综综合评价价方法，进进行监测测断面污污染物的的主成分分分析。１方法和原原理已知某断面面污染因因子集uu={u1,u2,...,un}。其其中，元元素ui(i=1,22,,nn)为影响响评价对对象的各各个因子子。通常常各因子子的重要要程度不不一样，因因此，对对每个因因子ui赋于一一个相应应的权值值ai（i=1,22,,nn)，构成权权重集＝(a1,,a2,ann)，且＝11，ai≥0，i=1,22,,nn由由于元素素ai可称为为因子uui时“重要”的隶属属程度，因此，权重集为因子集u上的一个模糊子集。又设普通评价集Ｖ＝{V11,V2,Vmm}式中Ｖj((j=1,,2,,,m)为各种种可能的的评价结结果，可可以是模模糊的，也也可以是是非模糊糊的，但但对Ｖ的关系系是明确确的。从一个uii出发进进行评价价，以确确定评价价对象对对评价集集元素ＶＶj的隶属属程度rrij(j=1,22,,mm)称为单单因子模模糊评价价。对第第i个因子子ui评价的的结果ＲＲi，称为单单因子模模糊评价价集。＝(ri11`,ri2,，rim)它是Ｖ上的的一个模模糊子集集，于是是可得到到相应于于每个因因子的单单因子模模糊评价价集＝(r111,r12,，r1m)＝(r211,r22,，r2m)………＝(rn11,rn2,，rnm)将各单因子子评价集集的隶属属度为行行，组成单单因子评评价矩阵阵,=显然，单因因子模糊糊评价仅仅反映一一个因子子对评价价对象的的影响，而而未反映映所有因因子的综综合影响响，也就就不能得得出综合合评价结结果。因因此，必必须综合合考虑所所有因子子的影响响，这便便是模糊糊综合评评价。综综合评价价集Ｂ是Ｖ上的模模糊子集集，可表表示为=(a1,,a2,，an)=(b1,b2,，bm)其中，，jj=1,22,,mm称为评评价指标标，它是是综合考考虑所有有因子的的影响时时，评判判对象对对评价集集中第jj个元素素的隶属属程度。显然，Ｂ的的第ii行表示示第i个因因子影响响评价对对象取各各个评价价元素的的程度；；第jj列表表示所有有因子影影响评价价对象取取第j个评价价元素的的程度。因因此，每每列元素素再乘以以相应的的因子权权数ai(I=1,22,,nn)，更合理理地反映映了所有有因素的的综合影影响[22]。２模糊综合合评价2.1建立因因子集根据国家地地面水环环境质量量标准((GB338388-888)的有有关规定定，结合合本地区区特点和和监测条条件，选选择了111个主主要因素素：u＝{CCOD，BBOD55，氨氮氮，亚硝硝酸盐--N，硝硝酸盐--N，酚酚，CNN-，Crr6+，Ass，Hgg，石油油类}}2.2建立立评价集集根据国家水水质标准准(GBB38338-888)把把河流分分为5级级[3]，评价集ＶＶ＝{ⅠⅠ，Ⅱ，ⅢⅢ，Ⅳ，ⅤⅤ}，地面水水环境质质量标准准见表11。表1地面水水环境质质量标准准Tab.11BBnviironnmenntallquaalittysstanndarrdoofssurffaceewaaterrmg.L-1───────────────────────────────────────────监测指标Ⅰ级水Ⅱ级水Ⅲ级水ⅣⅣ级水ⅤⅤ级水均值值───────────────────────────────────────────COD2246810066BOD52234610044.644氨氮0.550..51122221.22亚硝酸盐--N0..0600.10.1151.001.000..46硝酸盐-NN51002202025166As00.0550.0050..050..10..100.077Hg/µgg.L-100.0550.0050..11..01..000.444Cr6+00.01100.0550.0050.0050.1100.0552酚0..00110..002200.000500.01100.10.002CN-00.000500.0550.220.220.220..13石油类0.0050.0050..050..51..000.333──────────────────────────────────────────2.3建建立隶属属函数水质污染程程度是一一个模糊糊概念，水水质分级级标准也也是模糊糊的，用用隶属度度来刻画画分级界界线较为为合理。以以各指标标的五级级标准，作作为５个级级别的隶隶属函数数，即CODuⅠ(x)＝CODDuⅡ(x)＝CODDuⅢ(x)＝CODDuⅣ(x)＝CODuuⅤ(x)＝同同样，CCOD，BOD5，氨氮，亚硝酸盐-N，硝酸盐-N，酚，CN-，Cr6+，As，Hg，石油类的隶属函数也可做出。这样，通过11个指标，5级标准，将组成11行5列的隶属函数矩阵。[uijj(x)](i=1,22,,111);;(j=1,22,5))2.2单单因子模模糊评价价将19988年湟水水源头扎扎马隆实实际监测测断面水水质分析析,平均值值COODMnn＝3..2mgg／L，BBOD55＝3mgg／L，氨氨氮＝00.5773mgg／L，亚硝酸盐盐-N＝＝0.0018mmg／LL，硝酸盐盐-N＝＝0.662mgg／L，酚酚＝0..0055mg／／L，CCN-＝0..0044mg／／L，CCr6++＝0..0066mg／／L，AAs＝00.0004mgg／L，HHg＝00.000022mg／／L，石石油类＝＝0.009mgg／L，代入相相应的隶隶属函数数，计算算其隶属属度为R=2.5建建立权重重集由于DO，BODD5等污染染物对水水质的影影响程度度不同，因因此，对对它们应应赋予不不同的权权重ai。确定定权重的的方法较较多，以以污染物物的超标标情况决决定权重重较为合合理，其其计算式式为ai=cii/isi=ai，cii，si分别为为第i种污染染物的权权重、浓浓度实测测值和多多级浓度度标准值值的平均均值，ssij为第第i种污染染物第jj级的标标准值，n为分级别数。[0.3333,00.64466,,0.447755,0..03991,00.03388,,0.225,00.03308,,0.005711,0..04555,00.11154,,0..27227]。为了进行模模糊复合合运算，各各单因子子权重必必须归一一化，即即应用上述述方法，确确定权重重集为[0.14445,,0..28003,0.220700,00.01169,,0..01668,0.110844,00.01134,,0.002488,00.01197,,0..05000,0.11182]=[0..14445,0.228033,00.20070,,0.01669,0.001688,00.10084,,0.01334,0.002488,00.01197,,0.05000,0.11182]＝(0.114455,0.28003,,0..1466,00.099,00)同样，可得得到报社社桥及其其他断面面的隶属属度(污污染程度度)，见见表2。表2湟水流流域各断断面模糊糊综合评评价Tab.22FFuzzzyssyntthetticaaleevalluattionnoffmoonittoriingpoiintmmg·L-1────────────────────────────────────────监测断面ⅠⅠ级水Ⅱ级水Ⅲ级水ⅣⅣ级水ⅤⅤ级水────────────────────────────────────────1扎麻隆00.144450.2280330.1146000..0900002报社桥00.022980.00298800..078840..465573新宁桥00.011250.0035660.1124550..235560..562214公园后00.022350.0025880.1136770..462230..322245小峡桥00.011320.0036550.1164110..572280..26554:────────────────────────────────────────3结果与讨讨论3.1判判断主要要污染物物通过单因子子评价集集隶属度度组成的的单因子子评价矩矩阵,可可以看出出：第11项指指标石油油类(0.009mgg/L))，属91%%是三级级水，99%是四四级水，而而五级水水均为零零，不难难看出石石油类是是主要污污染物；；第6项项指标酚酚污物((0.0005mmg/LL)属1000%是三级水水；第三三项指标标氨氮（0.573mg/L）属85.4%是二级水，14.6%是三级水，所以判断该断面的主要污染物是石油类、酚类和氨氮。3.2断面面的综合合评价对河流的模模糊综合合评价只只是Ｖ上的模模糊子集集，矩矩阵Ｂ中各元元素是对对于集合合Ｖ上各项项的隶属属度。即即：该断面面污染程程度对ⅠⅠ级水的的隶属度度为0..14445，Ⅱ级水为为0.228033，Ⅲ级水为为0.1146，Ⅳ级水为为0.009，Ⅴ级水为为0；由于于Ⅱ级隶属属度最大大，故湟湟水河扎扎麻隆断断面水质质处于ⅡⅡ级，而报报社桥断断面对ⅤⅤ级隶属属度最大大为0..46557，处于Ⅴ级。从从污染程程度看，扎麻隆较轻，报社桥严重，综合评价的结果符合实际情况。3.3模模糊污染染程度的的表征＝(0..14445,0.228033,00.1446,0.009,0))。它不是一个个明确的的几级水水的表征征，而是是各级水水在监测测断面中中的不同同程度，侧侧重那一一级，则则那一级级好。这这不是一一个绝对对值，是一个个相对值值，而相相对污染染程度更更能表征征监测断断面的污污染状况况，更符符合实际际情况[33,4]]。3.4追踪踪污染趋趋势通过湟水流流域各断断面模糊糊综合评评价（见见表2），水质质污染趋趋势为：：源头扎扎麻隆水水质良好好，一二二级含量量高；新新宁桥断断面受沿沿岸工业业区的污污染，水水质下降降至566%，为为五级水水；由于于水体自自净作用用，小峡桥桥断面水水质有所好转，这这一结果果符合湟湟水流域域（西宁宁地区）水质的实际情况。有关综合评评价方法法一般采采用姚志志麟指数数进行评评价，应应用化学学模式识识别方法法进行综综合评价价的结果果也十分分明显[[5]。参考文献：：[1]杨杨林，李李小玲..模糊数数学在湟湟水流域域水质综综合评价价中的应应用[JJ].中国环环境监测测，20000，16(6)：49--52..[2]奚奚旦立,,孙裕生生,刘刘秀英．．环境监监测[MM]．北京：：高等教教育出版版社,19995.[3]杨杨林..键参数数拓扑指指数与镧镧系元素素物性的的多元分分析[JJ].计计算机与与应用化化学,20002,19(4):442-445.[4]杨杨林，张德.有有机酮的的结构与与Kovvatss指数的的相关性性拓扑指指数法研研究[JJ].计算机机与应用用化学，220011，188(1)：844-866.[5]杨杨林,,刘青青,韩海海洪.湟水水流域水水质综合合评价中中的模式式识别法法应用[[J]..中国人人口·资源与与环境,,19998,((8)::39--41..(编辑张张银玲))AppliicattionnofffuuzzyysyynthhetiicallevvaluuatiionforrjuddgemmainnpoolluutanntinmoonittoriingpoiintYANGLinn，ZHAANGDe，YANE，WUQii-xunn(DepaartmmenttoffChhemiistrry，QinnghaaiNNormmalUniiverrsitty,，XXiniing81100008，Chiina))Abstrractt:Toojudggemmainnpollluttanttinnmoonittoriingpoiint,,byyappplyyinggfuuzzyysynntheeticcalevaaluaatioonobbtaiinsgooodrresuul