模糊綜合評(píng)價(jià)法判斷監(jiān)測(cè)斷面的主要污染物

PAGE1PAGE11西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)網(wǎng)絡(luò)版)2003年12月第6期ScienceJournalofNorthwestUniversityOnlineDec.2003No.6收稿日期：2003-06-21審稿人：楊聯(lián)安，男，西北大學(xué)城市與資源學(xué)系副教授。模糊綜合評(píng)價(jià)法判斷監(jiān)測(cè)斷面的主要污染物楊林，張德，閆娥，吳啟勛(青海師范大學(xué)化學(xué)系，青海西寧810008)摘要：應(yīng)用用模糊數(shù)數(shù)學(xué)中的的模糊綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)方法監(jiān)測(cè)測(cè)了斷面的的污染物物主成分分分析。結(jié)果表明：應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)可有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)斷面的污染物的主成分分析，且判斷準(zhǔn)確，符合實(shí)際情況，獲得了良好的結(jié)果。關(guān)鍵詞：模模糊數(shù)學(xué)學(xué)；監(jiān)測(cè)斷斷面；污染主主成分中圖分類號(hào)號(hào)：O6631文獻(xiàn)標(biāo)標(biāo)識(shí)碼：：A文章章編號(hào)：：10000-2274XX(20003))00338-007模糊數(shù)學(xué)是是用數(shù)學(xué)學(xué)方法來(lái)來(lái)解決一一些模糊糊問(wèn)題。所所謂模糊糊問(wèn)題是是指界線線不清或或隸屬關(guān)關(guān)系不明明確的問(wèn)問(wèn)題，“污染程程度”的界線線就是模模糊的，人人為地用用特定的的分級(jí)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)評(píng)價(jià)環(huán)境境污染程程度是不不確切的的。應(yīng)用用模糊理理論處理理模糊問(wèn)問(wèn)題，才能符符合實(shí)際際，判斷斷合理。模模糊數(shù)學(xué)學(xué)已在環(huán)環(huán)境科學(xué)學(xué)領(lǐng)域中中得到了了應(yīng)用，如如用模糊糊數(shù)學(xué)方方法在環(huán)環(huán)境評(píng)價(jià)價(jià)、環(huán)境境污染物物分類、環(huán)環(huán)境區(qū)域域劃分等等方面獲得得了滿意意的結(jié)果果[1]]。本文文主要應(yīng)用用模糊綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)方法，進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè)斷面污污染物的的主成分分分析。１方法和原原理已知某斷面面污染因因子集uu={u1,u2,...,un}。其其中，元元素ui(i=1,22,,nn)為影響響評(píng)價(jià)對(duì)對(duì)象的各各個(gè)因子子。通常常各因子子的重要要程度不不一樣，因因此，對(duì)對(duì)每個(gè)因因子ui賦于一一個(gè)相應(yīng)應(yīng)的權(quán)值值ai（i=1,22,,nn)，構(gòu)成權(quán)權(quán)重集＝(a1,,a2,ann)，且＝11，ai≥0，i=1,22,,nn由由于元素素ai可稱為為因子uui時(shí)“重要”的隸屬屬程度，因此，權(quán)重集為因子集u上的一個(gè)模糊子集。又設(shè)普通評(píng)價(jià)集Ｖ＝{V11,V2,Vmm}式中Ｖj((j=1,,2,,,m)為各種種可能的的評(píng)價(jià)結(jié)結(jié)果，可可以是模模糊的，也也可以是是非模糊糊的，但但對(duì)Ｖ的關(guān)系系是明確確的。從一個(gè)uii出發(fā)進(jìn)進(jìn)行評(píng)價(jià)價(jià)，以確確定評(píng)價(jià)價(jià)對(duì)象對(duì)對(duì)評(píng)價(jià)集集元素ＶＶj的隸屬屬程度rrij(j=1,22,,mm)稱為單單因子模模糊評(píng)價(jià)價(jià)。對(duì)第第i個(gè)因子子ui評(píng)價(jià)的的結(jié)果ＲＲi，稱為單單因子模模糊評(píng)價(jià)價(jià)集。＝(ri11`,ri2,，rim)它是Ｖ上的的一個(gè)模模糊子集集，于是是可得到到相應(yīng)于于每個(gè)因因子的單單因子模模糊評(píng)價(jià)價(jià)集＝(r111,r12,，r1m)＝(r211,r22,，r2m)………＝(rn11,rn2,，rnm)將各單因子子評(píng)價(jià)集集的隸屬屬度為行行，組成單單因子評(píng)評(píng)價(jià)矩陣陣,=顯然，單因因子模糊糊評(píng)價(jià)僅僅反映一一個(gè)因子子對(duì)評(píng)價(jià)價(jià)對(duì)象的的影響，而而未反映映所有因因子的綜綜合影響響，也就就不能得得出綜合合評(píng)價(jià)結(jié)結(jié)果。因因此，必必須綜合合考慮所所有因子子的影響響，這便便是模糊糊綜合評(píng)評(píng)價(jià)。綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)集Ｂ是Ｖ上的模模糊子集集，可表表示為=(a1,,a2,，an)=(b1,b2,，bm)其中，，jj=1,22,,mm稱為評(píng)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)，它是是綜合考考慮所有有因子的的影響時(shí)時(shí)，評(píng)判判對(duì)象對(duì)對(duì)評(píng)價(jià)集集中第jj個(gè)元素素的隸屬屬程度。顯然，Ｂ的的第ii行表示示第i個(gè)因因子影響響評(píng)價(jià)對(duì)對(duì)象取各各個(gè)評(píng)價(jià)價(jià)元素的的程度；；第jj列表表示所有有因子影影響評(píng)價(jià)價(jià)對(duì)象取取第j個(gè)評(píng)價(jià)價(jià)元素的的程度。因因此，每每列元素素再乘以以相應(yīng)的的因子權(quán)權(quán)數(shù)ai(I=1,22,,nn)，更合理理地反映映了所有有因素的的綜合影影響[22]。２模糊綜合合評(píng)價(jià)2.1建立因因子集根據(jù)國(guó)家地地面水環(huán)環(huán)境質(zhì)量量標(biāo)準(zhǔn)((GB338388-888)的有有關(guān)規(guī)定定，結(jié)合合本地區(qū)區(qū)特點(diǎn)和和監(jiān)測(cè)條條件，選選擇了111個(gè)主主要因素素：u＝{CCOD，BBOD55，氨氮氮，亞硝硝酸鹽--N，硝硝酸鹽--N，酚酚，CNN-，Crr6+，Ass，Hgg，石油油類}}2.2建立立評(píng)價(jià)集集根據(jù)國(guó)家水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)(GBB38338-888)把把河流分分為5級(jí)級(jí)[3]，評(píng)價(jià)集ＶＶ＝{ⅠⅠ，Ⅱ，ⅢⅢ，Ⅳ，ⅤⅤ}，地面水水環(huán)境質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)見(jiàn)表11。表1地面水水環(huán)境質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)Tab.11BBnviironnmenntallquaalittysstanndarrdoofssurffaceewaaterrmg.L-1───────────────────────────────────────────監(jiān)測(cè)指標(biāo)Ⅰ級(jí)水Ⅱ級(jí)水Ⅲ級(jí)水ⅣⅣ級(jí)水ⅤⅤ級(jí)水均值值───────────────────────────────────────────COD2246810066BOD52234610044.644氨氮0.550..51122221.22亞硝酸鹽--N0..0600.10.1151.001.000..46硝酸鹽-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石油類0.0050.0050..050..51..000.333──────────────────────────────────────────2.3建建立隸屬屬函數(shù)水質(zhì)污染程程度是一一個(gè)模糊糊概念，水水質(zhì)分級(jí)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也也是模糊糊的，用用隸屬度度來(lái)刻畫(huà)畫(huà)分級(jí)界界線較為為合理。以以各指標(biāo)標(biāo)的五級(jí)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，作作為５個(gè)級(jí)級(jí)別的隸隸屬函數(shù)數(shù)，即CODuⅠ(x)＝CODDuⅡ(x)＝CODDuⅢ(x)＝CODDuⅣ(x)＝CODuuⅤ(x)＝同同樣，CCOD，BOD5，氨氮，亞硝酸鹽-N，硝酸鹽-N，酚，CN-，Cr6+，As，Hg，石油類的隸屬函數(shù)也可做出。這樣，通過(guò)11個(gè)指標(biāo)，5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將組成11行5列的隸屬函數(shù)矩陣。[uijj(x)](i=1,22,,111);;(j=1,22,5))2.2單單因子模模糊評(píng)價(jià)價(jià)將19988年湟水水源頭扎扎馬隆實(shí)實(shí)際監(jiān)測(cè)測(cè)斷面水水質(zhì)分析析,平均值值COODMnn＝3..2mgg／L，BBOD55＝3mgg／L，氨氨氮＝00.5773mgg／L，亞硝酸鹽鹽-N＝＝0.0018mmg／LL，硝酸鹽鹽-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，石石油類＝＝0.009mgg／L，代入相相應(yīng)的隸隸屬函數(shù)數(shù)，計(jì)算算其隸屬屬度為R=2.5建建立權(quán)重重集由于DO，BODD5等污染染物對(duì)水水質(zhì)的影影響程度度不同，因因此，對(duì)對(duì)它們應(yīng)應(yīng)賦予不不同的權(quán)權(quán)重ai。確定定權(quán)重的的方法較較多，以以污染物物的超標(biāo)標(biāo)情況決決定權(quán)重重較為合合理，其其計(jì)算式式為ai=cii/isi=ai，cii，si分別為為第i種污染染物的權(quán)權(quán)重、濃濃度實(shí)測(cè)測(cè)值和多多級(jí)濃度度標(biāo)準(zhǔn)值值的平均均值，ssij為第第i種污染染物第jj級(jí)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，n為分級(jí)別數(shù)。[0.3333,00.64466,,0.447755,0..03991,00.03388,,0.225,00.03308,,0.005711,0..04555,00.11154,,0..27227]。為了進(jìn)行模模糊復(fù)合合運(yùn)算，各各單因子子權(quán)重必必須歸一一化，即即應(yīng)用上述述方法，確確定權(quán)重重集為[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)同樣，可得得到報(bào)社社橋及其其他斷面面的隸屬屬度(污污染程度度)，見(jiàn)見(jiàn)表2。表2湟水流流域各斷斷面模糊糊綜合評(píng)評(píng)價(jià)Tab.22FFuzzzyssyntthetticaaleevalluattionnoffmoonittoriingpoiintmmg·L-1────────────────────────────────────────監(jiān)測(cè)斷面ⅠⅠ級(jí)水Ⅱ級(jí)水Ⅲ級(jí)水ⅣⅣ級(jí)水ⅤⅤ級(jí)水────────────────────────────────────────1扎麻隆00.144450.2280330.1146000..0900002報(bào)社橋00.022980.00298800..078840..465573新寧橋00.011250.0035660.1124550..235560..562214公園后00.022350.0025880.1136770..462230..322245小峽橋00.011320.0036550.1164110..572280..26554:────────────────────────────────────────3結(jié)果與討討論3.1判判斷主要要污染物物通過(guò)單因子子評(píng)價(jià)集集隸屬度度組成的的單因子子評(píng)價(jià)矩矩陣,可可以看出出：第11項(xiàng)指指標(biāo)石油油類(0.009mgg/L))，屬91%%是三級(jí)級(jí)水，99%是四四級(jí)水，而而五級(jí)水水均為零零，不難難看出石石油類是是主要污污染物；；第6項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)酚酚污物((0.0005mmg/LL)屬1000%是三級(jí)水水；第三三項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)氨氮（0.573mg/L）屬85.4%是二級(jí)水，14.6%是三級(jí)水，所以判斷該斷面的主要污染物是石油類、酚類和氨氮。3.2斷面面的綜合合評(píng)價(jià)對(duì)河流的模模糊綜合合評(píng)價(jià)只只是Ｖ上的模模糊子集集，矩矩陣Ｂ中各元元素是對(duì)對(duì)于集合合Ｖ上各項(xiàng)項(xiàng)的隸屬屬度。即即：該斷面面污染程程度對(duì)ⅠⅠ級(jí)水的的隸屬度度為0..14445，Ⅱ級(jí)水為為0.228033，Ⅲ級(jí)水為為0.1146，Ⅳ級(jí)水為為0.009，Ⅴ級(jí)水為為0；由于于Ⅱ級(jí)隸屬屬度最大大，故湟湟水河扎扎麻隆斷斷面水質(zhì)質(zhì)處于ⅡⅡ級(jí)，而報(bào)報(bào)社橋斷斷面對(duì)ⅤⅤ級(jí)隸屬屬度最大大為0..46557，處于Ⅴ級(jí)。從從污染程程度看，扎麻隆較輕，報(bào)社橋嚴(yán)重，綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果符合實(shí)際情況。3.3模模糊污染染程度的的表征＝(0..14445,0.228033,00.1446,0.009,0))。它不是一個(gè)個(gè)明確的的幾級(jí)水水的表征征，而是是各級(jí)水水在監(jiān)測(cè)測(cè)斷面中中的不同同程度，側(cè)側(cè)重那一一級(jí)，則則那一級(jí)級(jí)好。這這不是一一個(gè)絕對(duì)對(duì)值，是一個(gè)個(gè)相對(duì)值值，而相相對(duì)污染染程度更更能表征征監(jiān)測(cè)斷斷面的污污染狀況況，更符符合實(shí)際際情況[33,4]]。3.4追蹤蹤污染趨趨勢(shì)通過(guò)湟水流流域各斷斷面模糊糊綜合評(píng)評(píng)價(jià)（見(jiàn)見(jiàn)表2），水質(zhì)質(zhì)污染趨趨勢(shì)為：：源頭扎扎麻隆水水質(zhì)良好好，一二二級(jí)含量量高；新新寧橋斷斷面受沿沿岸工業(yè)業(yè)區(qū)的污污染，水水質(zhì)下降降至566%，為為五級(jí)水水；由于于水體自自凈作用用，小峽橋橋斷面水水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，這這一結(jié)果果符合湟湟水流域域（西寧寧地區(qū)）水質(zhì)的實(shí)際情況。有關(guān)綜合評(píng)評(píng)價(jià)方法法一般采采用姚志志麟指數(shù)數(shù)進(jìn)行評(píng)評(píng)價(jià)，應(yīng)應(yīng)用化學(xué)學(xué)模式識(shí)識(shí)別方法法進(jìn)行綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)的結(jié)果果也十分分明顯[[5]。參考文獻(xiàn)：：[1]楊楊林，李李小玲..模糊數(shù)數(shù)學(xué)在湟湟水流域域水質(zhì)綜綜合評(píng)價(jià)價(jià)中的應(yīng)應(yīng)用[JJ].中國(guó)環(huán)環(huán)境監(jiān)測(cè)測(cè)，20000，16(6)：49--52..[2]奚奚旦立,,孫裕生生,劉劉秀英．．環(huán)境監(jiān)監(jiān)測(cè)[MM]．北京：：高等教教育出版版社,19995.[3]楊楊林..鍵參數(shù)數(shù)拓?fù)渲钢笖?shù)與鑭鑭系元素素物性的的多元分分析[JJ].計(jì)計(jì)算機(jī)與與應(yīng)用化化學(xué),20002,19(4):442-445.[4]楊楊林，張德.有有機(jī)酮的的結(jié)構(gòu)與與Kovvatss指數(shù)的的相關(guān)性性拓?fù)渲钢笖?shù)法研研究[JJ].計(jì)算機(jī)機(jī)與應(yīng)用用化學(xué)，220011，188(1)：844-866.[5]楊楊林,,劉青青,韓海海洪.湟水水流域水水質(zhì)綜合合評(píng)價(jià)中中的模式式識(shí)別法法應(yīng)用[[J]..中國(guó)人人口·資源與與環(huán)境,,19998,((8)::39--41..(編輯張張銀玲))AppliicattionnofffuuzzyysyynthhetiicallevvaluuatiionforrjuddgemmainnpoolluutanntinmoonittoriingpoiintYANGLinn，ZHAANGDe，YANE，WUQii-xunn(DepaartmmenttoffChhemiistrry，QinnghaaiNNormmalUniiverrsitty,，XXiniing81100008，Chiina))Abstrractt:Toojudggemmainnpollluttanttinnmoonittoriingpoiint,,byyappplyyinggfuuzzyysynntheeticcalevaaluaatioonobbtaiinsgooodrresuul