属性识别理论评价梅溪断面水质

梅溪断面“十一五”期间水质状况评价杨敏国1（福州市闽清县环境监测站）【摘要】：将属性识别理论模型用于2006年-2010年梅溪口断面水质数据分析，并建立属性识别模型。模型评价结果为，2006年以来该断面水质为于W类，受到轻度污染，主要污染物为挥发酚；2007年、2008年、2010年属于II类，属于较为清洁；2009年属于III类，属于一般水质。【关键词】：属性识别模型；梅溪口断面；水质评价梅溪是闽江的一条主要支流，是闽清县最长的河流，发源于南部省璜镇莲花山，向北流经省璜、塔庄、坂东、白中、白樟、梅溪、梅城等7个乡镇的56个村，全长78.6公里，沿途纳岭寨溪、濂溪、文定溪、芝溪、金沙溪、下泸溪、昙溪等支流，绕县城出溪口汇入闽江，流域面积达956平方公里。潭口水文站年平均经流量为8.4亿立方米。梅溪口（梅1）断面位于梅溪与闽江交汇处上游100米位置，为福建省水质控制断面。梅溪水质的好坏直接影响到当地居民的生活和经济，关系到福州市饮用水源的水质。正确评价该区域水质，客观地反映水质的实际状况，对该区域社会、经济的可持续发展、生态环境的良性循环都有重要的作用。本文将属性识别理论模型的模糊数学方法对“十一五”期间2006年至2010年梅溪口（梅1）断面水质数据进行分析，并建立属性识别模型，客观反映了该区域内水资源安全状态、程度和水平，为政府有关部门制定可持续发展战略和管理提供科学依据。一、属性空间矩阵的建立TOC\o"1-5"\h\z设X为研究对象的全体，称为对象空间，在评价对象空间X中取得对象空间X取n个样品x，x，x， ，x。对于每一个样本有m个评价指标I，I， ，I，第Hdc，^*.々，♦♦♦♦♦♦，^*>。 ，^，♦♦♦♦♦♦， ，1 2 3 n 1 2 ^^3.i个样品x.的第j个指标Ij的测量值为x..、x.可以表示为一个向量｛x.|，x.，......，C｝，iJ J iji ii1i2 kJ1<i<no设F为X上某类属性空间，｛C1，C2，......，Ck｝为属性F的有序分割类，且1作者简介：杨敏国（1967-），男，质量负责人，高级工程师。E-mail:ymg0721@126.com

满足4>。2>.....>Ck。对于每个评价指标Ij均有其相应的评价等级分类标准，｛气,斜2， …ajk｝，1<k<m。则对于其一具体评价对象空间，其分类标准矩阵为：C1C2…… Cku「ana12……a1k]I2 a”a22…… a2k （1）Im[am1am2amkj其中，a满足a.]<a..< a，或者a>a0> >a.】。jk jlj2 jk jlj2 jk本文研究以2006-2010年闽清县梅溪口断面水质为研究对象，考虑了梅溪水质的具体情况，选取PH值（PH）、溶解氧（Do）、高锰酸盐指数（/Mn）、五日生化需氧量（BOD）、总磷（TP）、氟化物（F）、挥发酚（phen）、氨氮（NH3-N）为评价因子，应用属性识别模型对其进行评价。二、分类标准矩阵的建立《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）是评价我国地表水环境质量状况的基本依据，该标准按照地表水环境功能分类和保护目标，规定了水环境质量应控制的项目和限值，具有较强的严谨性、科学性和可操作性，因而将此作为本文评价的依据。《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）按其功能划分为五类，其中I类、II类和III类水质为良，I类至I类水可作为饮用水源，W类水只适用于一般工业用水，V类水质为较差，只适用于农业用水。水质分类（级）标准如表1。表1水质评价指标分级标准分类指标I类II类III类W类V类pH6-9Do7.56532’Mn2461015BOD5334610NH3-N1.52.0酚0.0020.0020.0050.010.1TP0.00.4F1.01.01.01.52.0因此，根据式（1）式构建样本分级标准矩阵:

pHDo^MnBOD5nh3-n酚TPF才艮据闽清县环境监zC1厂6-97.503150.0020.02<1.0则站对梅溪C26-96430.50.0020.11.0口断面C36-95641.00.0050.21.05年（2C46-931061.50.010.31.5006-2010C56-9飞15102.0)年)监测的水质数据，得到统计测量数据，可以组成下列矩阵:PHDoIMnBODNH3-N酚TPF2006"6.90.430.080.1040.19'20076.80.290.0020.0970.1820086.900.470.0020.1700.1820097.40.550.0020.1910.252010,1.60.420.0020.1520.20」三、隶属函数的建立每一个样品项目的测定值均能够在评价指标、分级标准中找到相应的位置，它属于哪个级别，权重多少，我们要运用相关函数来确定，根据环境样品的特点，这里采用降半梯形函数来进行对样品隶属度的计算。为了方便计算，不妨假设aj1<aj2<......<ajk，首先来计算第i个样品的第j个指标值xij具有的第k个属性集的属性Ck的隶属度七k。{xijWajl时，取间1=1，四ij2=pij3= 四ijk=0xijAajK时，取pijk=1,叵j1=_ij2= 叵jk-1=0ajlWxijWajk+1时，取周je=迫~叩+1，均1+1= ~^― 肉jk=0(k<l或k>l+1)ajl-ajl+1 ajl-ajl+1在得到第i个样品的各指标测量值的隶属度之后，然后计算第i个样品xi的隶属度pik=p(xi£Ck)o根据5年监测的数据，分别代入上式，可以得到各年度的各评价因子的隶属度。(表2)由隶属度组成单因素评判矩阵如下：各年份各因子的隶属度项目2006年2007年2008年2009IIIIIIWVIIIIIIWVIIIIWVIIIIpH100001000010000100DO0.600.400000.970.930000.470.530000.600.400^Mn00.750.25000.100.9000000.850.150000.700.3BOD5100001000010000100NH3-N0.20.80000.600.400000.090.9100000.900.1酚000.400.6001000010000100TP00.960.04000.040.9600000.300.700000.090.9F100001000010000100

I级1II级0III级0&级0V级'pH0.600.40000DO00.750.2500‘MnR=10000BOD50.200.80000NH3-N2006年000.400.600酚00.960.0400TP10000>F-I级I级I级W级V级'10000pH0.070.93000DO0.100.90000‘MnR=10000BOD50.600.40000NH3-N2007年10000酚0.040.96000TPJ10000>F广I级I级I级&级V级'10000pH0.470.53000DO00.850.1500‘MnR= 10000BOD50.090.91000NH3-N2008年 10000酚00.300.7000TP< 10000>F广I级II级I级&级V级'10000pH0.600.40000DO00.700.3000‘MnR= 10000BOD500.900.1000NH3-N2009年 10000酚00.090.9100TP< 10000>FCi/Ci/Si

a.= |Cj/Sj(i=1、2 ，n)广I级I级III级&级V级'10000pH0.800.20000DO00.950.0500‘MnR= 10000BOD50.230.77000NH3-N2010年 10000酚0.480.52000TP、一10000>F四、权重的确定(A)计算各因子权重采用“超标法”，利用污染物浓度超标值求A，这个方法的依据是，超标值越大，污染“贡献”越大，从而权数越大。归一化的权数计算公式为：其中，Ci：第i种污染物实测值；Si：第i种污染物标准允许值。对于本文取《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)III类标准，对溶解氧：Ci/Si=(Cimax-Ci)/(Cimax-Si),其中，Cimax=468/(31.6+t),t为水温。对pH值：当CpH<7.0时，Ci/Si=(7.0-CpH)/(7.0-6.0);当CpH>7.0时，Ci/Si=(CpH-7.0)/(9.0-7.0)。求出

各因素的权重。获得矩阵A。项目2006年2007年2008年2009年2010年wjaiwjaiwjaiwjaiwjaiPH0.0300.0060.1800.0530.1000.0260.2200.0550.0850.025DO0.4750.1020.7240.2120.6100.1570.4770.1190.4430.131IMn0.7500.1610.6330.1850.7170.1860.7670.1910.6830.202BOD0.6500.1400.5250.1540.5250.1360.4000.1000.4000.118NH3-N0.4300.0930.2900.0850.4700.1220.5500.1370.4200.124Phen1.6000.3440.4000.1170.4000.1040.4000.1000.4000.118TP0.5200.1120.4850.1420.8500.2210.9550.2380.7600.224F0.1900.0460.1800.0530.1800.0470.2500.0620.2000.059「2006年2007年2008年2009年2010年］0.0060.0530.0260.0550.025pH0.1020.2120.1570.1190.131DO0.1610.1850.1860.1910.202^MnR=0.1400.1540.1360.1000.118bod50.0930.0850.1220.1370.124NH3-N0.3440.1170.1040.1000.118酚0.1120.1420.2210.2380.224TP、0.0410.0530.0470.0620.059,F确定R与A之后，由综合评判的（初始）模型作出评断。B=AOR=（b1，b2 ，bn）

其中bj=V.（a.xr..），因此得到综合评判结果（B）年 B={0.14，0.121，0.138，0.206，0}年 B={0.154，0.197， 0， 0， 0}年 B={0.136，0.158，0.155，0， 0}年 B={0.100，0.134，0.217，0， 0}年 B={0.118，0.192，0.010，0， 0}经归一化后得到最终综合判别结果为：年B={0.231，0.200，0.228，0.340，0}年B={0.439，0.561，0， 0， 0}年 B={0.303，0.352，0.345， 0， 0}年 B={0.222，0.297，0.481， 0， 0}年 B={0.369, 0.6000，0.031，0， 0}根据上述判别结果按照最