太子河流域水质模糊综合评价

２０１１年１２月Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１１岩　矿　测　试
ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３０
，Ｎｏ．６７０５～７０８
收稿日期：２０１０－１２－１６；接受日期：２０１１－０８－１６基金项目：国家科技重大专项“水体污染控制与治理”项目（２００８ＺＸ０７２０８－００１－０１，２００８ＺＸ０７２０８－００９－０５）；辽宁省科技计划
项目（２００９２２３００４）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００７ＡＡ０６Ａ４０５）
作者简介：宋雪英，博士，副教授，主要从事环境污染控制与修复研究。

Ｅ ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｘｙ２０４６＠１６３．ｃｏｍ。

通讯作者：胡晓钧，教授，主要从事环境修复材料与污染治理技术相关领域的研究。

Ｅ ｍａｉｌ：ｈｕ ｘｊ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ。

文章编号：０２５４５３５７（２０１１）０６０７０５０４
太子河流域水质模糊综合评价
宋雪英１，金彩霞２，胡晓钧１
，李玉双１，李卉颖１，杨继松１
（１．沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁沈阳　１１００４４；
２．河南师范大学黄淮水环境与污染防治省部共建教育部重点实验室，河南信阳　４５３００７）
摘要：采用模糊数学方法对太子河流域水质进行综合评价。

沿程选取老官砬子、兴安、参窝坝下等８个干流断面和汤河桥、河洪桥、孟柳等６个支流断面，确定五日生化需氧量（ＢＯＤ５）、化学需氧量（ＣＯＤ）、氨氮（ＮＨ３－Ｎ）、挥发酚（
ＦＮ）等７个指标为评价因子，通过建立评价因子矩阵，计算各因子的权重及进行模糊综合运算，得出各监测断面的综合水质状况。

水质模糊综合评价结果表明，太子河干流和支流各监测断面的综合水质较差，Ｖ类水质断面所占比例达８５．７％。

在各项评价指标中，ＢＯＤ５和挥发酚所占权重较高，其次为ＣＯＤ和ＮＨ３－Ｎ等，这几项指标应该作为太子河流域十二·五污染减排和治理的重点。

关键词：水质；模糊关系；综合评价；太子河
ＦｕｚｚｙＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＷａｔｅｒＱｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＴａｉｚｉＲｉｖｅｒ
ＳＯＮＧＸｕｅ ｙｉｎｇ１，ＪＩＮＣａｉ ｘｉａ２，ＨＵＸｉａｏ ｊｕｎ１ ，ＬＩＹｕ ｓｈｕａｎｇ１，ＬＩＨｕｉ ｙｉｎｇ１，ＹＡＮＧＪｉ ｓｏｎｇ
１（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｇｉｏｎａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｃｏ Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１００４４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒａｎｄＨｕａｉｈｅＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＨｅｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｙａｎｇ　４５３００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｆｕｚｚｙｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＴａｉｚｉＲｉｖｅｒ．ＥｉｇｈｔｍａｉｎｓｔｒｅａｍｓｅｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓＬａｏｇｕａｎｌａｚｉ，Ｘｉｎｇａｎ，Ｓｅｎｗｏｂａｘｉａ，ａｎｄｓｉｘｂｒａｎｃｈｓｔｒｅａｍｓｅｃｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓＴａｎｇｈｅＢｒｉｄｇｅ，ＨｅｈｏｎｇＢｒｉｄｇｅ，Ｍｅｎｇｌｉｕ，ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｗｉｔｈｓｅｖｅｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓＢＯＤ５，ＣＯＤ，ＮＨ３ Ｎ，ｖｏｌａｔｉｌｅｐｈｅｎｏｌ．Ａｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｍａｔｒｉｘｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｅａｃｈｓｅｃｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｕｚｚｙｃｏｍｐｕｔｉｎｇｗｉｔｈａｗｅｉｇｈｔｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ＡｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍａｉｎａｎｄｂｒａｎｃｈｓｔｒｅａｍｓｏｆｔｈｅＴａｉｚｉＲｉｖｅｒｗａｓｖｅｒｙｐｏｏｒｓｉｎｃｅ８５．７％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅＧｒａｄｅＶｗａｔｅｒ．ＴｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｆＣＯＤａｎｄＮＨ３ Ｎｗｅｒｅｔｈｅｍａｉｎｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅＢＯＤ５ａｎｄｖｏｌａｔｉｌｅｐｈｅｎｏｌ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｉｎｔｈｅＴｗｅｌｆｔｈＦｉｖｅ ＹｅａｒＰｌａｎｆｏｒＴａｉｚｉＲｉｖｅｒｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙ；ｆｕｚｚｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ＴａｉｚｉＲｉｖｅｒ
—
５０７—
太子河是辽河水系的主要支流，干流全长４１３ｋｍ，发源于辽宁省新宾县南部，流经本溪市、辽阳市和鞍山市至三岔河与浑河汇合后，经辽河入渤海。

太子河水资源对本溪市、辽阳市和鞍山的经济发展、社会进步和人民生活水平的提高起着至关重要的作用。

同时，太子河流域是辽宁省水环境建设的重大区域，是也辽河水环境污染控制的主要目标［１－２］。

近年来，随着流域内经济快速发展，水资源过度开发利用与水污染严重的双重影响，太子河的生态系统遭到严重破坏［３－５］。

为了掌握太子河流域水质污染状况，迫切需要对其水环境质量做出科学、客观的评价。

目前所采用的地表水水质评价方法主要有单因素评价法、综合污染指数法、加权或算术平均法、密切值法、灰色聚类分析、模糊综合评价法［６－１０］等。

然而，由于地表水环境是多因素控制的复杂的、非线性的模糊系统，对这类系统进行水质评价具有模糊性。

模糊综合评价法因能够客观地反映水质的实际状况，解决水质综合评价中的污染程度、水质类别等客观存在的模糊概念和模糊现象近年来得到广泛关注和应用［１１－１５］。

为此，本研究利用模糊综合评价法对太子河流域地表水水质状况进行综合评价，以期为太子河流域十二·五污染减排和治理提供理论依据。

１　实验方法
１．１　监测断面与采样
于２００９年对太子河流域进行枯水期、丰水期和平水期３个时期的采样分析。

在太子河干流自上而下布设了老官砬子、兴安、参窝坝下、下王家、唐马寨、下口子、刘家台、小姐庙８个监测断面，于重要支流布设了汤河桥、河洪桥、孟柳、高家、唐马桥、牛庄６个监测断面，如图１所示，共计１４个监测断面。

分别于２００９年枯水期（４月）、丰水期（７月）和平水期（１０月）采集断面水样并进行分析测试，监测项目主要包括溶解氧（ＤＯ）、五日生化需氧量（ＢＯＤ
５
）、化学需氧量（ＣＯＤ）、
总磷（ＴＰ）、氨氮（ＮＨ
３
－Ｎ）、挥发酚（ＦＮ）、石油类、铜（Ｃｕ）、锌（Ｚｎ）、铅（Ｐｂ）、镉（Ｃｄ）、铬（Ｃｒ）、砷（Ａｓ）和汞（Ｈｇ）共１４项指标。

各项指标的测试方法参考文献［１６］。

１．２　评价方法
单因素模糊评价仅反映单个因子对评价对象的影响，不能反映所有因子的综合影响，因此不能得综合评价结果。

模糊综合评价考虑所有因子的影响，将模糊权向量Ｗ与单因素模糊评价矩阵Ｒ进行复合运算，得到评价对象的模糊综合评价向量Ｄ［１２－１４］，即：Ｄ＝Ｗ·Ｒ（１）式中，Ｄ—模糊综合评价结果向量；Ｗ—评价因子的权重向量；Ｒ—评价因子隶属于不同水质级别的隶属度矩阵；“·”—一种模糊复合运算法则。

其评价步骤如下［１４，１７］：①建立评价因子集；②建立评价集；③计算隶属函数，建立单因子模糊关系矩阵；④权重因子计算；⑤建立模糊综合评价模型，进行模糊综合评判。

表１　太子河干流采样点水质监测结果年均值
Ｔａｂｌｅ１　ＡｎｎｕａｌａｖｅｒａｇｅｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎＴａｉｚｉ
Ｒｉｖｅｒｉｎ２００９
序号监测断面
ρＢ／
（ｍｇ·Ｌ－１
）ＢＯＤ５ＣＯＤＮＨ３－ＮＴＰＦＮＣｄＨｇ
１老官砬子２．８５３８．４００．２１０．０４０．０２０．００２００．００００２２本溪兴安６．２５１１７．１３３．１３０．０５０．２２０．００３７０．００００２３参窝坝下３．９５２９．７７１．６１０．０５０．０６０．００４１０．００００２４下王家４．４６１８．０３０．６９０．０３０．０３０．００３００．００００２５唐马寨１０．３８６２．３０４．０３０．１３０．０４０．００７５０．００００５６下口子９．９１６２．５０４．３３０．３２０．０３０．００５００．００００２７刘家台９．５４６７．３７３．７２０．１２０．０２０．００３２０．００００４８小姐庙８．４１３４．４３４．４９０．２２０．０２０．００３４０．００００５９汤河桥５．６５６２．２７１．３６０．４３０．０１９０．００２５０．００００２１０河洪桥１８．５２８１．３７９．６２０．３６０．０１４０．００２００．００００２１１孟柳５．１７１２９．９０７．１９０．２７０．０２２０．００３００．００００２１２高家８．８８１４０．４７１４．１６０．３９０．０１００．００３３０．００００６１３唐马桥１０．６５９２．８０１０．３６０．４１０．０４４０．００３２０．００００９１４
牛庄
６．９５９４．３３３．１７０．２５０．０１１０．００７２０．００００７
２．３　建立隶属函数
隶属矩阵Ｒ中隶属函数采用降半梯形分布来描述
［７］
，将各监测断面水质的实际监测值代入相应的隶
属函数，计算隶属度得到相应的隶属度矩阵Ｒ。

７个评价因子隶属于５个不同级别的隶属度组成隶属度矩阵Ｒ（Ｒ为７×５阶）。

以老官砬子断面为例，其隶属关系矩阵为：
Ｒ老官砬子
＝１
０
０
０
０
００００．１６０．８４０．８３０．１７００００．７５０．２５０００
００００．８９０．１１０．７５０．２５０００
１００００
２．４　权重值的计算
在模糊综合评判中，权重值反映了各因素在综合决策中所占地位或所起作用，直接影响到综合评判的
结果［２，５，７］。

通常各因子的重要程度不一样，因此对每
个因子Ｘｉ赋于一个相应的权重值ａｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）构成权重集Ａ＝（ａ１，ａ２，…，ａｎ
）。

本研究中按照评价因子贡献率［９］的方法确定权重向量，通过计算超标比来
计算权重值，进行归一化处理后所得结果列于表２。

２．５　模糊综合评价结果
模糊综合评价结果是通过模糊数学矩阵的乘积求出运算结果，评价结果按最大隶属度原则确定最后评
价结果的级别［５，１５］。

太子河干支流各监测断面水质模
糊综合评价结果见表３。

评价结果表明，太子河流域各监测断面的水质除参窝坝下和下王家外均达到Ⅴ级，Ⅴ级水质断面所占断面总数比例达８
５．７％，流域水质受到严重污染。

表２　评价因子权重值的归一化结果
Ｔａｂｌｅ２　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓ′ｗｅｉｇｈｔｓａｆｔｅｒｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ
监测断面权重值ａｉ
ＢＯＤ５
ＣＯＤＮＨ３－
ＮＴＰＦＮ
Ｃｄ
Ｈｇ
老官砬子０．１５２０．５１３０．０５６０．０５３０．１０７０．１０８０．０１１本溪兴安０．０８００．３７４０．２０００．０１６０．２８１０．０４７０．００３参窝坝下０．１２８０．２４１０．２６００．０４００．１９４０．１３１０．００６下王家０．２３００．２３２０．１７８０．０３９０．１５５０．１５７０．０１０唐马寨０．１６９０．２５４０．３２８０．０５３０．０６５０．１２３０．００８下口子０．１５６０．２４６０．３４１０．１２６０．０４７０．０７９０．００３刘家台０．１７８０．３１５０．３４７０．０５６０．０３７０．０５９０．００７小姐庙０．１６５０．１６９０．４４１０．１０８０．０３９０．０６７０．０１０汤河桥０．１３００．３５９０．１５７０．２４８０．０４３０．０５８０．００５河洪桥０．１８６０．２０４０．４８３０．０９００．０１４０．０２００．００２孟柳０．０６００．３７９０．４１９０．０８００．０２６０．０３４０．００２高家０．０６９０．２７１０．５４７０．０７５０．００８０．０２６０．００５唐马桥０．１０２０．２２３０．４９７０．０９８０．０４２０．０３００．００９牛庄
０．１１３０．３８３０．２５７０．１０１０．０１８０．１１６０．０１１
表３　各监测断面模糊综合判别结果
Ｔａｂｌｅ３　Ｆｕｚｚｙｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓ
监测断面
水质级别
Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类水质综合判别结果老官砬子０．３３００．０５００．００００．１７７０．４４３Ⅴ类
本溪兴安０．０２４０．０４１０．００００．０７５０．８６０Ⅴ类参窝坝下０．０６３０．１２１０．１２７０．６１１０．０７９Ⅳ类下王家０．１２１０．２８６０．３８５０．１７３０．０３４Ⅲ类唐马寨０．００８０．０３７０．０１６０．１０４０．８３５Ⅴ类下口子０．００３０．００００．００００．２２００．７７７Ⅴ类刘家台０．０３５０．０７７０．０１１０．０５４０．８２４Ⅴ类小姐庙０．０３７０．０４００．０８７０．２１７０．６２０Ⅴ类汤河桥０．０４１０．０２２０．０６７０．２６００．６１１Ⅴ类河洪桥０．０１７０．００５０．００００．０５００．９２８Ⅴ类孟柳０．０２００．０１７０．０４６０．１１６０．８０１Ⅴ类高家０．０１００．０１９０．００１０．０３５０．９３５Ⅴ类唐马桥０．０１４０．０１８０．００７０．０２６０．９３５Ⅴ类牛庄
０．０００
０．００５
０．０５８
０．２２１
０．７１７
Ⅴ类
同时由表３各监测断面隶属Ⅴ类的计算结果可以看出，干流的本溪兴安断面、唐马寨断面和刘家台断面综合污染程度较严重，支流的河洪桥断面、高家断面和唐马桥断面污染均较严重。

另外，总体上太子河支流断面的污染程度比干流更严重，这与实际的踏勘结果
及对太子河其他指标的调查研究结果相一致［４，１９－２０］
，
说明模糊综合评价方法具有比较客观和真实的优点。

—
７０７—第６期宋雪英，等：太子河流域水质模糊综合评价第３０卷
另外，由模糊综合评判的权重因子看出，ＮＨ３－
Ｎ和ＣＯＤ在各断面的权重值都较大，对水质起主导作用，其次为ＢＯＤ５和ＦＮ，反映出太子河流域工业污染和生活污染严重，这４项指标应该作为太子河流域十二·五污染减排和治理的重点。

３　结语
（１）通过模糊综合分析可以看出，太子河流域水质污染十分严重，８５．７％的干流和支流监测断面水质评价级别达到Ⅴ级，主要污染物为ＣＯＤ和ＮＨ３－Ｎ，其次为ＢＯＤ５和ＦＮ。

总体上太子河支流断面较干流断面的污染程度更为严重，这与实际的踏勘结果相符。

（
２）应用模糊评价法对水质进行评价，可以客观地反映各评价因子共同作用下的水质状况，同时还可以确定主要污染物和主要污染类型，为制定环保政策和防治污染措施提供一定的科学依据。

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８０７—第６期
　岩　矿　测　试　ｈｔｔｐ：∥ｗ
ｗｗ．ｙｋｃｓ．ａｃ．ｃｎ２０１１年。