《模糊数学综合评判法在水质评价中的应用——以成都市府河为例.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模糊数学综合评判法在水质评价中的应用——以成都市府河为例.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2007年3月Mar. 2007第29卷第2期Vol. 29 No2Jounuil oflanshan Teachers College2007年3月Mar. 20072007年3月Mar. 2007模糊数学综合评判法衽水质评价中的应用以成都市府河为例许顺国，牟瑞芳，张雪梅（西南交通大学环境科学与工程学院，四川成都610031）摘要：运用模糊数学综合评判法，根据府河水质监测数据和水质评价的特点，选取了 DO. CODw总P和 氨氮作为评价因子，建立模糊关系矩阵，全面介绍了综合评判法的具体运用过程.关键词：模糊数学；综合评判；评价因子；隶厲函数；府河中图分类号：OL59文献标识码：A文章编号：1
2、00头9"5 （2007） 02006匕032007年3月Mar. 20072007年3月Mar. 2007H前的水质评价方法主要有综合评价指数法、模糊数学 模式评价法、灰色评价法、物元分析法、人工神经网络 （ANNS）评价法和地理信息系统（GIS）.山丁水质评价 中包金一叫模糊、不明确的方因此模糊数学在水质综 合评价中得到广泛应用。在模糊数学分析中模糊集合是对模 糊现象或模糊概念的刻划。本文以成都市府河为例，根据 该河段和水质评价的特点，建立模糊数学模型.根据模糊数 学最大隶屈度原则评定水样的等级.1模糊理论分析模糊数7综介评判过程-般归纳为以下几个步骤：（L） 找出因責集：（2）
3、给出评价矩阵：（3）确定评估函数：（4） 计算评判指标.以下为模糊综合评判方法的介绍。LL建立因子集因子集足山彤响评佔对彖的乞个冈子所组成的集介，可 表示为：其中:元素为够响评价要考虑的因子.一 般来说.以个因子在评估中冇不同的乖要性.因此必须对并 个因子他按其取要程度给不同的权車仃-小由各权 重组成的因子权重集A是因了集“ I:的模糊子集，可用模糊 向量表示为:n4-（山皿” 且另 =b a $ 0t i-ix.f-i其中元素的是因子如对A的丄i；叟，即反应了各个因 子在综合评估中所具有的重耍程度.12建立评价集泮价集足由评佔对象作岀评佔结果所级成的集合.可农加为:式中V八j-12刘）为各种
4、可能的评价结果,可以是模 糊的，也可以足非模糊的，但对U的关系於明确的。13模糊评估从一个出发进彳亍评价，以确定评价对象对评价集元素 匕的隶属程度Jn）称为单因子模糊评价。对第i 个因子他评价的结果凡，称为敢因子模糊评价集.&= gr门，珈将各单因子评价集作为行，组成单因子评价矩阵：h n:, rur. rik =.门有了评价矩阵R和因子的权重矩阵A.进行复介运算，就 能反映所有因子对评价对象的影响，进行评判。模糊子集记作: B-A/卜（林抚.b）也表示对评佔的等级。2模式建立21评估因子的选定评估因子的确定要根据国家地表水坏境质最标准（GB 38372002）,结A评价地段的实际情况
5、以及监测条件。本文 综合考虑府河的实际惜况，选取了溶解氧（DO）、化学盅氣 戢CODei）.氨氮、总磷等作为主要的因子，建立因子集： U- DO, CODeP氨氮，总磷为了充分了解府河全段的 水质,本文逸取了金牛区入口断面、高桥断面和北门大桥端 面，表1为各项因子某时刻的监测数据。22建立评价集地表水质虽评价等级的确定采用中华人民共和国地表2007年3月Mar. 20072007年3月Mar. 2007收稿门期：2C05-09-02作音简介：许顺国（1979-）.江苏宝应人，理学硕士.68许顺国，牟瑞芳，张雪梅：撲糊数学综合评刿法在水质评价中的应用6969水环境质戢标准（GB 3838-200
6、2）,分成五个模糊等级如下:V I类、I类、III类.IV类、类见表2.图”（图!）以溶解氣（DO）对五个级别的隶属函数为例:项R断面金牛区入口高桥北门大桥DO647.4(53CODc,1224总P020.170.22氨氮120.61132表1府河水质监测数据表单位:mg/L表2地表水环境质虽标准基本项目标准限值 单位:mgL2)分类攻H1类II类111类IV类1溶無氧工75653>化学需氣址W15以下152030403总皆W0 020.1020304400150.510152023权重行矩阵A的确定在综合评价中，考电到孑单项指标高低芒别.在总体污 染中的作用大小圧不一样的，不仅与实测数
7、据大小冇关，而 II与某种用途水中并元索的允许浓度有关，实测数据相同时 其允许浓度倉戢比标准低的，对污染程度影响嬰小，肉此进 行权重计算很有必耍。计算公式如下：(C)图1降半梯形分布图DO对并级水的隶屈函数式中:w-i指标的权系数:G-指标的实测浓度.2.5 -I指标备级水标准浓度的平均值:两一i指标经归一化后的权重:”一指标个数；加一水质分级级数：Ci 一水质为/级i指标标准浓度。0i/(x)j = 0 67(x- 6)1x-5U(x)z = 0 67(7 5-x)00 5(6 x - 50x- 20X5-.r) 0由上述指标组成一个权垂行矩阵A： AWt W； 町。以金牛区入I断面为例对样
8、本水质进行指标权重计 算，得出表3。即金牛区入口断血权重行矩阵A叫0.192 0.240 0 312 0 256同理可以求出另两个监测断而的权垂行矩阵。表3金牛区入口断面水质各单项指标权重分类项口 洛解化学需氧呈 总碑（以P计） 氨氮 C.64220213W,073409171.1960 980兀0192024003120 256山于DO与其它因索性质*11反，实测DO浓度大，说明 水质污染不严重，水质好。所以DO的权重赋值取倒数。 2.4计算隶属度.建立摸懈关系矩阵水质污染程度是一个模糊概念.水质分级标准也足模糊 的.用隶屈度来划分级界线较为合理.用降半梯形法给各指 标的五级标准作5个级别的
9、隶屈函数.借助“降半梯形分布x W66<x<75 xM7.55 <x <66<x<7.57.5*53<x<55<x<6x 2 6.x W 32<x<33<x<5x M 5.x W 22<x<3xW2同理其它评价因子对各级水的隶屈函数依次类推。以金牛区入口断面为例，根据隶鳩两数和实测值x.対各单相组分分别求算对I、II. III、IV. V类水质的隶属度 也.测得每个爪项指标以隶属程度进行评价的结果.得出 4X5阶评判矩阵。0 268代-0V 9 丿rhQ00 737 000'0 0 8 0.
10、2 000.6 0.4 0同理可以求出列两个监测断面水质各项指标的隶屈程 度及槓糊评判矩阵。69第29卷第2期唐山师范学院学报2007年第2期0 268000B-.AR-0 192 0 240 0 312 0 2 5625模韧综合评价2 51 <A, V>法利用取大取小法复合运算时，如阵A的元素分别与矩 阵R的吕列中对应的元素(类似丁普通矩阵乘法)按先 取小(记作符号“ A")再取大(记作符号“V”)的办法 得出结果。0 737000'008020010000.6040-(0 192a 0.268)V(0.240a 0)V(0312a 0)V(0.256a 0)
11、(0 L92a 0 737)V(0.240a 0)V(0 3L2a 0)V(0256a 0) (0 L92a 0)V(0.240a 0 8)V(0 312a 1)V(O25(5a 0.6) (0 192人 0)V(0.240a 0.2)V(0 3L2a 0)V(0.256a 0.4) (0 L92人 0)V(.0.240a 0)V(0 312a 0)V(0.256a 0)-0 192 0 192 0 (5 0 256 0E- 124对上述结果进行归一化处理得：B-0 155 0.155 0 4S4 0.206 0,L按“以隶屈杼近原则”进行分类，金牛区入口断而水质 对1】1类水的隶屈度鼓大，所
12、以此断面为III类水。2 5.2 <, V>法取大取积法是把取大取小法中取最小值改为乘积，然 后収极大值，它能有效解决评价结果中鼓大值右 2个相同 的惜况。按照収大収积法求解得出燄终隶屈度矩阵为(计 篦过程略)：E-0.092 0 2 57 0 564 0 087 0 £= 1可见，金牛区入口断面水质仍为1【1类水。同理：运用収大収小法求算出奇桥断而B-0283 0 346 0 371 0 0和北门大桥断面 B-0 181 0 181 0 319 0 319 0, lli 于北门大桥断面评价结果中最大值有2个相同的情况，采用 取人取枳法求得该断面的B- 0 061 0.2
13、45 0 351 0343 0。综 介以上分析可知，金牛区入口断面、高桥断而、北门大桥断 面水质均对III类水隶屈度最大，可以推断府河水质比絞好， 全段属于III类水质。3结论(1) 模糊数学中采用隶屈函数来描述水质分界，体现 了实际界限的模糊性，使评价结果更接近客观实际。(2) 采用地农水环境质呈标准本身确定各个评价因子 的隶属函数，方法简便，结果可信度高。因子的选杼突出了主要因爺，而不考虑或较少考 虑其它次要因索，即能反映客观实际，乂能简化计算。-70-第29卷第2期唐山师范学院学报2007年第2期参考文献：1傑巧英.水环境质虽评价方法的比较分析J环境保护科学2004,300丿64-672
14、奚曰立，孙裕生，刘秀英环境监测M北京:高等教育出版社9953刘普贞，吴孟达模糊理论及其应用M长沙国防科技大7出版社,19984陈剑，白艳丽模糊数学在浑河(抚顺段)水质综合评价中的应用卩辽宁城乡环境科技20032*2)21-24 关国金模糊数学法在地下水污染评价中的应用J江西地质,1999.1X3) 232-2376 F淑文刘臣水环境评价的模糊数学法J吉林水利200"2丿2622The Application of Fuzzy MathematicalComprehensive Judgment to the Evaluation of Water QualityAbout the F
15、u River in Chengdu CityXU Shun-guo, MOU Rui-fang, ZHANG Xue-jjiei(En*ironmental Science and Technology College, Southwest Commuiucauon University、Sichuan ChengDu 6L003L,Cluna)Abstract: Water quality is evaluated by applying the method of fuzzy mathematical comprehensve judgment We selected DO. CODcr
16、. P and Ammonia nitrogen as evaluation factor accoiding to momtcring data of Fu River and cliaractenstic of water quality evaluauon Then the process of the applicauon of tins method was dixussed in detail from calculating weight, establishing hizzy relationship matnx to taking comprehensive judgmentKey words: fuzzy mathematicconiprehensive judgment, evaluation factor, attaching function, Fu River责任编辑、校对：陈景林-70-