屬性識別理論評價梅溪斷面水質(zhì)

梅溪斷面“十一五”期間水質(zhì)狀況評價楊敏國1（福州市閩清縣環(huán)境監(jiān)測站）【摘要】：將屬性識別理論模型用于2006年-2010年梅溪口斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)分析，并建立屬性識別模型。模型評價結(jié)果為，2006年以來該斷面水質(zhì)為于W類，受到輕度污染，主要污染物為揮發(fā)酚；2007年、2008年、2010年屬于II類，屬于較為清潔；2009年屬于III類，屬于一般水質(zhì)?！娟P(guān)鍵詞】：屬性識別模型；梅溪口斷面；水質(zhì)評價梅溪是閩江的一條主要支流，是閩清縣最長的河流，發(fā)源于南部省璜鎮(zhèn)蓮花山，向北流經(jīng)省璜、塔莊、坂東、白中、白樟、梅溪、梅城等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的56個村，全長78.6公里，沿途納嶺寨溪、濂溪、文定溪、芝溪、金沙溪、下瀘溪、曇溪等支流，繞縣城出溪口匯入閩江，流域面積達956平方公里。潭口水文站年平均經(jīng)流量為8.4億立方米。梅溪口（梅1）斷面位于梅溪與閩江交匯處上游100米位置，為福建省水質(zhì)控制斷面。梅溪水質(zhì)的好壞直接影響到當?shù)鼐用竦纳詈徒?jīng)濟，關(guān)系到福州市飲用水源的水質(zhì)。正確評價該區(qū)域水質(zhì)，客觀地反映水質(zhì)的實際狀況，對該區(qū)域社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)都有重要的作用。本文將屬性識別理論模型的模糊數(shù)學方法對“十一五”期間2006年至2010年梅溪口（梅1）斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，并建立屬性識別模型，客觀反映了該區(qū)域內(nèi)水資源安全狀態(tài)、程度和水平，為政府有關(guān)部門制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和管理提供科學依據(jù)。一、屬性空間矩陣的建立TOC\o"1-5"\h\z設(shè)X為研究對象的全體，稱為對象空間，在評價對象空間X中取得對象空間X取n個樣品x，x，x， ，x。對于每一個樣本有m個評價指標I，I， ，I，第Hdc，^*.々，??????，^*>。 ，^，??????， ，1 2 3 n 1 2 ^^3.i個樣品x.的第j個指標Ij的測量值為x..、x.可以表示為一個向量｛x.|，x.，......，C｝，iJ J iji ii1i2 kJ1<i<no設(shè)F為X上某類屬性空間，｛C1，C2，......，Ck｝為屬性F的有序分割類，且1作者簡介：楊敏國（1967-），男，質(zhì)量負責人，高級工程師。E-mail:ymg0721@126.com

滿足4>。2>.....>Ck。對于每個評價指標Ij均有其相應(yīng)的評價等級分類標準，｛氣,斜2， …ajk｝，1<k<m。則對于其一具體評價對象空間，其分類標準矩陣為：C1C2…… Cku「ana12……a1k]I2 a”a22…… a2k （1）Im[am1am2amkj其中，a滿足a.]<a..< a，或者a>a0> >a.】。jk jlj2 jk jlj2 jk本文研究以2006-2010年閩清縣梅溪口斷面水質(zhì)為研究對象，考慮了梅溪水質(zhì)的具體情況，選取PH值（PH）、溶解氧（Do）、高錳酸鹽指數(shù)（/Mn）、五日生化需氧量（BOD）、總磷（TP）、氟化物（F）、揮發(fā)酚（phen）、氨氮（NH3-N）為評價因子，應(yīng)用屬性識別模型對其進行評價。二、分類標準矩陣的建立《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）是評價我國地表水環(huán)境質(zhì)量狀況的基本依據(jù)，該標準按照地表水環(huán)境功能分類和保護目標，規(guī)定了水環(huán)境質(zhì)量應(yīng)控制的項目和限值，具有較強的嚴謹性、科學性和可操作性，因而將此作為本文評價的依據(jù)。《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）按其功能劃分為五類，其中I類、II類和III類水質(zhì)為良，I類至I類水可作為飲用水源，W類水只適用于一般工業(yè)用水，V類水質(zhì)為較差，只適用于農(nóng)業(yè)用水。水質(zhì)分類（級）標準如表1。表1水質(zhì)評價指標分級標準分類指標I類II類III類W類V類pH6-9Do7.56532’Mn2461015BOD5334610NH3-N1.52.0酚0.0020.0020.0050.010.1TP0.00.4F1.01.01.01.52.0因此，根據(jù)式（1）式構(gòu)建樣本分級標準矩陣:

pHDo^MnBOD5nh3-n酚TPF才艮據(jù)閩清縣環(huán)境監(jiān)zC1廠6-97.503150.0020.02<1.0則站對梅溪C26-96430.50.0020.11.0口斷面C36-95641.00.0050.21.05年（2C46-931061.50.010.31.5006-2010C56-9飛15102.0)年)監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)，得到統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)，可以組成下列矩陣: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、隸屬函數(shù)的建立每一個樣品項目的測定值均能夠在評價指標、分級標準中找到相應(yīng)的位置，它屬于哪個級別，權(quán)重多少，我們要運用相關(guān)函數(shù)來確定，根據(jù)環(huán)境樣品的特點，這里采用降半梯形函數(shù)來進行對樣品隸屬度的計算。為了方便計算，不妨假設(shè)aj1<aj2<......<ajk，首先來計算第i個樣品的第j個指標值xij具有的第k個屬性集的屬性Ck的隸屬度七k。{xijWajl時，取間1=1，四ij2=pij3= 四ijk=0xijAajK時，取pijk=1,叵j1=_ij2= 叵jk-1=0ajlWxijWajk+1時，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個樣品的各指標測量值的隸屬度之后，然后計算第i個樣品xi的隸屬度pik=p(xi￡Ck)o根據(jù)5年監(jiān)測的數(shù)據(jù)，分別代入上式，可以得到各年度的各評價因子的隸屬度。(表2)由隸屬度組成單因素評判矩陣如下：各年份各因子的隸屬度項目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級1II級0III級0&級0V級'pH0.600.40000DO00.750.2500‘MnR=10000BOD50.200.80000NH3-N2006年000.400.600酚00.960.0400TP10000>F-I級I級I級W級V級'10000pH0.070.93000DO0.100.90000‘MnR=10000BOD50.600.40000NH3-N2007年10000酚0.040.96000TPJ10000>F廣I級I級I級&級V級'10000pH0.470.53000DO00.850.1500‘MnR= 10000BOD50.090.91000NH3-N2008年 10000酚00.300.7000TP< 10000>F廣I級II級I級&級V級'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)廣I級I級III級&級V級'10000pH0.800.20000DO00.950.0500‘MnR= 10000BOD50.230.77000NH3-N2010年 10000酚0.480.52000TP、一10000>F四、權(quán)重的確定(A)計算各因子權(quán)重采用“超標法”，利用污染物濃度超標值求A，這個方法的依據(jù)是，超標值越大，污染“貢獻”越大，從而權(quán)數(shù)越大。歸一化的權(quán)數(shù)計算公式為：其中，Ci：第i種污染物實測值；Si：第i種污染物標準允許值。對于本文取《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)III類標準，對溶解氧：Ci/Si=(Cimax-Ci)/(Cimax-Si),其中，Cimax=468/(31.6+t),t為水溫。對pH值：當CpH<7.0時，Ci/Si=(7.0-CpH)/(7.0-6.0);當CpH>7.0時，Ci/Si=(CpH-7.0)/(9.0-7.0)。求出

各因素的權(quán)重。獲得矩陣A。項目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確定R與A之后，由綜合評判的（初始）模型作出評斷。B=AOR=（b1，b2 ，bn）

其中bj=V.（a.xr..），因此得到綜合評判結(jié)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}經(jīng)歸一化后得到最終綜合判別結(jié)果為：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}根據(jù)上述判別結(jié)果按照最