大连市区近岸海域水质状况综合评价
[摘要]本文在模糊水文学研究中，将环境系统中对立概念之间在划分过程中不存在明确的界面的论点，拓展到一般的环境系统，运用了超标权重矩阵和动态分级的环境质量系统模糊识别模式，对大连市区近岸海域水质状况进行了综合评价。
[关键词]海水资源水质污染环境质量模糊识别模式
数据来源
取用200x年大连市区10个近岸海域及5个海水浴场水体污染的8项指标（1.化学需氧量2.悬浮物3.无机氮4.活性磷酸盐5.石油类6.挥发酚7.氰化物8.铅；其中后3项，均为未检出或监测值低于Ⅰ级海水水质标准，故未列入。）的监测平均值（列入表1），作为综合评价大连市区近岸海域水质的基础依据。
Table1200x年大连市区近岸海域及海水浴场主要监测项目统计表单位：mg/l
序号 海域 化学
需氧量 悬浮物 无机氮 活性
磷酸盐 石油类 1 金州湾 2.92 16.7 0.043 0.022 0.028 2 旅顺海域 0.77 10 0.147 0.030 0.097 3 普兰店湾 1.86 74.6 0.163 0.023 0.027 4 复洲湾 2.50 12.5 0.196 0.021 0.040 5 红土堆子湾 1.72 28.7 0.209 0.044 0.028 6 大连湾 1.67 5.3 1.10 0.016 0.051 7 大窑湾 0.64 3.6 0.063 0.010 0.018 8 南部沿海 0.86 4.2 0.105 0.012 0.027 9 黄海北部 0.51 7.8 0.031 0.010 0.050 10 庄河河口 0.99 4.4 0.015 0.003 0 11 棒棰岛 0.92 2.7 0.074 0.006 0.015 12 傅家庄 0.87 3.5 0.134 0.008 0.023 13 星海湾 1.14 2.5 0.188 0.014 0.023 14 星海公园 2.10 4.7 0.131 0.015 0.049 15 凌水湾 1.28 4.1 0.106 0.014 0.032
给出海水水质污染评价指标各级标准浓度值。见表2
Table2海水水质标准（GB3097—1997）
级别
指标 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 化学需氧量 2 3 4 5 悬浮物 10 10 100 150 无机氮 0.2 0.3 0.4 0.5 活性磷酸盐 0.015 0.030 0.030 0.045 石油类 0.05 0.05 0.30 0.50 挥发酚 0.005 0.005 0.01 0.05 氰化物 0.005 0.005 0.10 0.20 铅 0.001 0.005 0.010 0.050
环境质量模糊模式识别综合评价理论与模型
根据表1、表2情况可知：大窑湾、南部沿海、黄海北部、庄河河口及5个海水浴场等地水质监测项目完全符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值。因此，作有如下的金州湾、旅顺海域、普兰店湾、复洲湾、红土堆子湾、大连湾，6个近岸海域水质污染评价分析：
实测指标矩阵：
==（）（1）
水质标准矩阵：
==（）（2）
式中i=1,2,…,5;j=1,2,…,5;h=1,2,…,4。
用于浓度值越大环境污染越重的指标i隶属度公式:
(3)
用于浓度值越小环境污染越重的指标i隶属度公式:
(4)
根据规定,可用公式(3)(4)将矩阵(1)变换为对于污染程度的实测浓度隶属度矩阵：
==（）（5）
标准浓度隶属度矩阵确定公式：
(6)
式中_指标i的第h级标准浓度值；
_指标i的第h级标准浓度对污染的隶属度。
类似地,可用公式(6)将矩阵(2)变换为对于污染程度的标准浓度隶属度矩阵：
==（）(7)
将矩阵按列归一化得超标权重矩阵：
==（）（8）
距离参数p采用2。
对不同的样本j，k的上限值和下限值不一定相同。现以j=1的金州湾海域为例简述和的确定。当j=1时，由矩阵可知：
==0.307，0.048，0，0.233，0（9）
将向量中的=0.307与矩阵第一行的元素值作以比较，可知=0.307介于0与0.333之间，即落入Ⅰ级、Ⅱ级之间。=0.048与矩阵第二行的元素值作以比较，可知=0.048介于0与0.643之间，即落入Ⅱ级、Ⅲ级之间。类似地，可知、落入Ⅰ级，落入Ⅱ级、Ⅲ级之间。综合起来可知k的上限值=3，下限值=1。
对于j=1，由矩阵可知：
==0.522，0.082，0，0.396，0（10）
由p=2,j=1,c=3,m=5最优模糊分级矩阵元素的公式为
（11）
式中的h=,+1,……,c;=1,2,3。
将有关数据代入式（11）中（编制程序）得到：
=0.212，=0.639，=0.149，根据=1有=0。
对j=2,3,4,5,6。进行计算，得到p=2大连市区6个海域对各级别的相对隶属度矩阵：
==（）（12）
再采用距离参数p=1，应用公式：
（13）
对j=1，2，3，4，6。进行类似计算，得到p=1大连市区6个海域对各级别的相对隶属度矩阵：
==（）（14）
根据矩阵、得到p=1，2。的样本集对各级别的平均相对隶属度矩阵：
=（15）
由级别特征值向量公式：
H=(1,2,……,c)=()（16）
得到大连市区6个海域的级别特征值向量：
H=(1,2,3,4)
=（1.931，2.048，2.509，1.554，3.694，3.984）
3.结果分析
根据级别特征值向量H及如上的计算过程，大连市区近岸海域水质污染状况分析如下：
200x年大连市近岸海域，主要污染物为无机氮，其次是石油类和活性磷酸盐。污染相对较重的海域为大连湾，尤其是无机氮呈上升趋势，活性磷酸盐略有升高，石油类明显下降；红土堆子湾活性磷酸盐略有偏高相对污染较重；南部沿海石油类、无机氮和活性磷酸盐均呈下降趋势；大窑湾海域水质保持良好。
大连湾
大连湾海域主要污染物为无机氮，年均值1.012mg/l超Ⅱ级海水水质标准2.4倍，超Ⅳ级海水水质标准1.0倍，其它监测项目年均值均符合Ⅱ级水水质标准，综合评价结果为Ⅳ级海水水质。
大窑湾、南部沿海、黄海北部、庄河河口海域
大窑湾、南部沿海、黄海北部、庄河河口海域水质监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，故为Ⅰ级海水水质。
海水浴场（棒槌岛、傅家庄、星海湾、星海公园、凌水湾）
棒槌岛、傅家庄、星海湾、星海公园、凌水湾水质监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，故为Ⅰ级海水水质。（如果作大肠菌群分析，那么星海湾、星海公园水质相对较差些。）
金州湾
金州湾海域主要污染物为悬浮物，年均值16.7mg/l超Ⅱ级海水水质标准0.67倍，其它监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，水质综合评价结果为Ⅰ级至Ⅱ级海水。
5.旅顺海域
旅顺海域主要污染物为石油类、活性磷酸盐，石油类年均值0.097mg/l超Ⅱ级海水水质标准1.0倍，活性磷酸盐均值0.030mg/l在Ⅰ级至Ⅲ级水之间，其它监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，水质综合评价结果为Ⅱ级海水。
6.普兰店湾
普兰店湾海域主要污染物为悬浮物，年均值74.6mg/l超Ⅱ级海水水质标准6.5倍，活性磷酸盐年均值0.023mg/l在Ⅰ级至Ⅱ级水之间，其它监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，水质综合评价结果为Ⅱ级至Ⅲ级海水。
7.复洲湾
复洲湾海域主要污染物为悬浮物，年均值12.5mg/l超Ⅱ级海水水质标准0.2倍，活性磷酸盐年均值0.021mg/l在Ⅰ级至Ⅱ级水之间，其它监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，水质综合评价结果属于Ⅰ级至Ⅱ级海水。
8.红土堆子湾
红土堆子湾海域主要污染物为悬浮物，年均值28.7mg/l超Ⅱ级海水水质标准1.9倍，活性磷酸盐年均值0.044mg/l接近Ⅳ级，超Ⅱ级海水水质标准0.5倍，其它监测项目年均值均符合海水水质污染评价各项指标Ⅰ级标准浓度值，水质综合评价结果属于Ⅲ级至Ⅳ级水之间。
参考文献：
[1].陈守煜，熊德琪，城市大气环境质量评价模糊识别理论模型，环境科学研究，1993
[2].陈守煜，熊德琪，湖泊营养化评价模糊集理论与模型，湖泊科学，1993
[3].陈守煜，工程水文水资源系统模糊集分析理论与实践，大连理工大学出版社97卷，第三章
[4].郝云、尚晓成、张学峰从黄河潼关~小浪底河段发生严重污染谈黄河水资源保护问题《水问题论坛》1999.3
6
1
6
|
|
