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基于可變模糊識(shí)別的大連市水庫水質(zhì)評(píng)價(jià)

文檔作者：李文生文檔來源：大連市水利建筑設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年08月30日
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第53卷第3期
2017年3月
甘肅水利水電技術(shù)
GANSU WATER RE,SOURCES AND In'DROPOWER TECHNOLOGY
V01．53．No．3
Mar．，2017
·水文水資源·
基于可變模糊識(shí)別的大連市水庫水質(zhì)評(píng)價(jià)
李文生
(大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧大連116024)
摘要：大連市是一個(gè)缺水型城市，水庫是主要的供水水源。通過構(gòu)建指標(biāo)體系、層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重、利用可變模
糊識(shí)別模型對(duì)大連市9座主要的水源水庫水質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明總體的綜合水質(zhì)均較好，處于1～2類水質(zhì)之
間，綜合水質(zhì)最好的是英那河水庫(水質(zhì)級(jí)別1．12)，最差的是松樹水庫(水質(zhì)級(jí)別1．51)，總體上符合城鎮(zhèn)供水需求。為
了保障水庫可持續(xù)供水，并進(jìn)一步優(yōu)化水庫水質(zhì)，提出了相應(yīng)的保護(hù)水源與提高水質(zhì)類別的建議。
關(guān)鍵詞：大連；水庫；水質(zhì)評(píng)價(jià)；指標(biāo)體系；層次分析法
中圖分類號(hào)：X824；X524 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095—0144(2017)03—0001—03
水環(huán)境問題是當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可回避
的問題。大連市作為一個(gè)缺水城市，人均水資源量
僅有642 rn3／a，僅為全國人均水資源量的1／4。水庫
是大連市主要的供水水源，碧流河水庫、英那河水
庫、臥龍水庫、松樹水庫、洼子店水庫、北大河水
庫、大西山水庫、鴿子塘水庫、朱隈水庫這9座水
庫是大連市的主要飲用水水庫。水庫作為流域內(nèi)
水循環(huán)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，流域內(nèi)的各種污染物和生產(chǎn)
生活廢水也將隨著徑流、蓄水過程蓄積在水庫，給
供水安全帶了了隱患。值得注意的是，水體水質(zhì)的
好壞受到多個(gè)指標(biāo)的影響，各指標(biāo)都從不同的方
面表征了水質(zhì)的某一方面狀態(tài)，全面的掌握水質(zhì)
狀態(tài)就需要進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。目前，水質(zhì)評(píng)價(jià)研
究人員根據(jù)不同的特點(diǎn)、從不同的角度，提出了模
糊評(píng)價(jià)、灰色評(píng)價(jià)、主成分評(píng)價(jià)、綜合指數(shù)法等各
具特色的方法，并在水質(zhì)評(píng)價(jià)中得到了應(yīng)用。分析
認(rèn)為水質(zhì)狀態(tài)是多個(gè)指標(biāo)連續(xù)變化決定的，同時(shí)
各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)級(jí)別也是模糊的，例如水質(zhì)標(biāo)
準(zhǔn)規(guī)定溶解氧I類標(biāo)準(zhǔn)為7．5 mg／L，那么簡單的
判定溶解氧含量為7．4 me／t,的水體為Ⅱ類水是頗
有疑問的。因此，水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)具有多指標(biāo)、模糊、
連續(xù)變化的特征。利用可變模糊識(shí)別模型對(duì)大連
市9座主要的飲用水水庫進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為供水
安全的管理提供決策支撐。
1 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)建模
水質(zhì)的綜合狀態(tài)往往是由連續(xù)動(dòng)態(tài)變化的多個(gè)
水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行確定的，在確定水質(zhì)級(jí)別的過程中，水
質(zhì)綜合狀態(tài)評(píng)價(jià)可以轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)樣本的水質(zhì)級(jí)別識(shí)
別，在識(shí)別過程中需要考慮各指標(biāo)間的相互影響以
及指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)間的模糊邊界問題。水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)通
常包含評(píng)價(jià)指標(biāo)建立、指標(biāo)權(quán)重確定、評(píng)價(jià)模型計(jì)算
3個(gè)方面。
1．1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)是為了定量描述水質(zhì)狀況，所以
評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)該能夠反映實(shí)際的水體污染狀
況。目前中國面臨的主要水環(huán)境問題仍然是富營養(yǎng)
和有機(jī)污染的問題，大連市隋況也是如此。因此，結(jié)
合獲取文獻(xiàn)與數(shù)據(jù)等實(shí)際情況，優(yōu)選pH、溶解氧、高
錳酸鹽指數(shù)、BOD、氨氮5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1。2指標(biāo)權(quán)重確定
指標(biāo)權(quán)重是影響水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的重要因素，因
為不同的水質(zhì)指標(biāo)在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的重要性是有所區(qū)
別的。指標(biāo)權(quán)重的確定也是當(dāng)前水質(zhì)評(píng)價(jià)研究中的
熱點(diǎn)問題。主觀權(quán)重可以較好的體現(xiàn)研究人員對(duì)研
究問題的認(rèn)識(shí)，客觀權(quán)重則可以充分的利用原始數(shù)
據(jù)的信息。目前常用確定指標(biāo)權(quán)重的方法有層次分
析法、熵權(quán)法、主成分分析法、綜合權(quán)重方法等。文中
利用國內(nèi)外廣泛運(yùn)用的層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。
收稿日期：2017—03-01
作者簡介：李文生(1977一)，男，山西代縣人，高e_am程師，博士，主要從事水文水資源研究、水利規(guī)劃壓隧計(jì)，E-maihl7918320@qq．com。
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
結(jié)合文獻(xiàn)與大連市水庫的實(shí)際情況構(gòu)建的判斷矩陣
和指標(biāo)權(quán)重(表1)。
表1判斷矩陣和指標(biāo)權(quán)重
從表1可知，溶解氧和BOD5作為污染的綜合
因子權(quán)重較大，其余3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重相等。下一步
代入評(píng)價(jià)模型便可獲得綜合水質(zhì)結(jié)果。
1．3可變模糊識(shí)別模型
可變模糊識(shí)別模型由陳守煜教授提出，其基本
理念是基于水質(zhì)評(píng)價(jià)的動(dòng)態(tài)變化與模糊性，此外該
模型根據(jù)所選的準(zhǔn)則參數(shù)不同即組合變換線性、非
線性、海明距離、歐式距離，可變化4種模型，避免了
傳統(tǒng)模型的單一眭，結(jié)果更加穩(wěn)定。由于水質(zhì)評(píng)價(jià)
本質(zhì)上是一種級(jí)別歸屬的識(shí)別，文中將構(gòu)建水質(zhì)動(dòng)
態(tài)評(píng)價(jià)的可變模糊識(shí)別模型，通過連續(xù)線性方法規(guī)
格化指標(biāo)、多個(gè)模型的優(yōu)屬度計(jì)算、最后考慮l到5
個(gè)級(jí)別的綜合信息確定最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，與水質(zhì)的
連續(xù)模糊變化相一致，能夠科學(xué)的評(píng)價(jià)水質(zhì)的綜合
狀態(tài)，評(píng)價(jià)模型如下：
矗2
S卉=
O
監(jiān)二墅
強(qiáng)—竹1
1
0
2笪二撿
，i—il
1
(2)
首先利用規(guī)格化公式對(duì)評(píng)價(jià)樣本進(jìn)行規(guī)格化。式中：∞廣評(píng)價(jià)樣本；
強(qiáng)m-——分別為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)級(jí)與最劣級(jí)；
o——規(guī)格化后的評(píng)價(jià)樣本；
s?！篲一規(guī)格化后的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
H茸=
0
1
h<吩或h>bj
q≤^≤q，奶≠o
0 d坷50
(3)
然后將規(guī)格化后的結(jié)果代人公式(3)計(jì)算綜合
相對(duì)隸屬度。
式中：M。廠—鎩合相對(duì)隸屬度；
叫廠一指標(biāo)權(quán)重。
日=二“咖(4)
k=l
最后，將綜合相對(duì)隸屬度代入公式(4)計(jì)算出最
終的水質(zhì)級(jí)別。
式中：爭_樣本的水質(zhì)級(jí)別特征值；
如——水質(zhì)級(jí)5JIl(h=1∥2．．c)。
1．4計(jì)算步驟
綜上，水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的步驟如下。
(1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。文中確定pH、溶解氧、高錳
酸鹽指數(shù)指數(shù)、BOD，、氨氮5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
(2)確定指標(biāo)權(quán)重。文中利用層次分析法確定的
pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)指數(shù)、BOD，、氨氮權(quán)重分
別為0．14、0．29、0．14、0．29、0．14。
(3)代入評(píng)價(jià)模型進(jìn)行計(jì)算。文中以2016年4
月的水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)大連市9座飲用水水庫的水質(zhì)進(jìn)行
評(píng)價(jià)。規(guī)格化結(jié)果見表2所列。
從表2看出各水庫的水質(zhì)情況總體較好，尤其
是BOD5都達(dá)到了1級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，溶解氧也較好，僅
有松樹水庫的溶解氧含量(0。89)沒有達(dá)到1級(jí)水質(zhì)
標(biāo)準(zhǔn)。氨氮也僅有碧流河水庫(o．97)、松樹水庫
(o．95)沒有達(dá)到1級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。pH和高錳酸鹽指數(shù)
也都好于2級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。將規(guī)格化的結(jié)果代人公式
(3)和(4)便可獲得最終的綜合水質(zhì)狀態(tài)。
2評(píng)價(jià)結(jié)果與討論
2．1 大連市主要水庫水質(zhì)綜合狀態(tài)
圖1為計(jì)算得到的大連市9座主要供水水庫
2016年4月份的綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，容易看出總體
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萬方數(shù)據(jù)
第3期李文生：基于可變模糊識(shí)別的大連市水庫水質(zhì)評(píng)價(jià)第53卷
表2規(guī)格化的各水庫水質(zhì)
水質(zhì)良好，其中英那河水庫與朱隈水庫綜合水質(zhì)接
近I類水標(biāo)準(zhǔn)，大西山水庫和松樹水庫水質(zhì)相對(duì)較
差，但也位于I類水和Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)之間。能夠滿足
地表水環(huán)境功能區(qū)劃中關(guān)于集中式生活應(yīng)用水地表
水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。說明大連市主要水源地
水庫保護(hù)較好，水體基本沒有受到污染。
圖1大連市主要水庫綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果
各水庫綜合水質(zhì)的優(yōu)劣排序?yàn)橛⒛呛铀畮?、?
隈水庫、北大河水庫、洼子店水庫、鴿子塘水庫、臥龍
水庫、碧流河水庫、大西山水庫、松樹水庫。綜合水質(zhì)
最好的是英那河水庫(水質(zhì)級(jí)別1．12)，最差的是松
樹水庫(水質(zhì)級(jí)別1．51)，大連市最主要的供水水庫
碧流河水庫綜合水質(zhì)級(jí)別為1．29。將評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)
際水庫水質(zhì)進(jìn)行比較，英那河水庫除了氨氮滿足
GB 3838—2002(地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》1／類水標(biāo)準(zhǔn)
外，pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量等指
標(biāo)均優(yōu)于I類水標(biāo)準(zhǔn)，松樹水庫pH、高錳酸鹽指數(shù)、
5日生化需氧量等指標(biāo)均滿足I類水標(biāo)準(zhǔn)，但氨氮
含量(o．24 rag／L)是英那河水庫(O．05 mg／L)的5倍，除
此之外，溶解氧含量(6．9 mg／L)也較其他水庫(均值
9．09 mg／L)ljfJ顯偏低。以上分析計(jì)算結(jié)果表明，基于
可變模糊識(shí)別模型的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際水庫水質(zhì)
狀況比較相符。
2．2大連市水庫水質(zhì)保護(hù)建議
綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)表明大連市水庫水質(zhì)狀態(tài)較好，
能夠滿足供水需求。但由于大連市水資源需求逐年
增加，而大連市地表水與地下水資源供給能力有限，
因此大連市面臨的水資源問題十分嚴(yán)峻。為了保障
水庫可持續(xù)供水，并進(jìn)一步優(yōu)化水庫水質(zhì)，建議從下
幾方面對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善。
(1)控制點(diǎn)源排放點(diǎn)源污染水庫污染物的重要
來源，積極改進(jìn)生產(chǎn)工藝、建立污水處理設(shè)施等控制
流域內(nèi)點(diǎn)源污染的排放，保護(hù)水庫水質(zhì)。
(2)加強(qiáng)面源管理，當(dāng)流域內(nèi)點(diǎn)源污染得到較
好控制以后，面源污染往往是造成水庫污染的主要
原因，加強(qiáng)水源水庫周圍及流域內(nèi)面源污染的防治，
是解決流域內(nèi)污染問題、保護(hù)水庫水質(zhì)的重要途徑。
(3)控制內(nèi)源污染隱患隨著水庫的運(yùn)行，大量
由洪水沖入水庫的垃圾、污染物蓄積在水庫沉積物
中，這些污染物在適當(dāng)?shù)臈l件(如厭氧、擾動(dòng))下會(huì)釋
放出來，對(duì)水體水質(zhì)構(gòu)成了巨大的威脅，因此，內(nèi)源
污染需要得到足夠的重視。
針對(duì)以上問題，可以結(jié)合工程和非工程措施進(jìn)
行管控。常見的工程措施包括人工濕地，生態(tài)隔離緩
沖帶，水庫清淤等。研究表明在河流入庫口處建立人
工濕地可以達(dá)到凈化水質(zhì)和保證供水水質(zhì)安全的目
的；在水庫周邊設(shè)置生態(tài)隔離緩沖帶，可以有效減少
庫區(qū)周邊生活區(qū)污染污染物入庫量；水庫清淤可快
速有效降低水庫污染負(fù)荷，因此(下轉(zhuǎn)第30頁)
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
5．3結(jié)果與驗(yàn)證
由研究區(qū)21條泥石流溝危險(xiǎn)陛評(píng)價(jià)結(jié)果可知，
使用熵值法評(píng)價(jià)方法時(shí)，有8條溝為中度危險(xiǎn)性，12
條溝為低危險(xiǎn)l生，有1條溝為高危險(xiǎn)|生。與劉希林
單溝泥石流危險(xiǎn)眭評(píng)價(jià)方法【t，評(píng)價(jià)得到的危險(xiǎn)性大
致相同，匹配度達(dá)75％。
6結(jié)論
泥石流的活動(dòng)嚴(yán)重威脅人類生命和基礎(chǔ)設(shè)施。
特別是在龍池鎮(zhèn)這樣的汶川地震重建地區(qū)，因此，更
需要合理、可靠地評(píng)價(jià)泥石流的危險(xiǎn)眭，這是減少風(fēng)
險(xiǎn)以及獲得最優(yōu)應(yīng)對(duì)泥石流災(zāi)難的辦法。采用熵值
法，基于泥石流災(zāi)害評(píng)估參數(shù)選擇原則和前人研究，
選取合適的評(píng)價(jià)因子，即流域面積、主溝長度、最大
相對(duì)高差、流域切割密度、主溝彎曲度、人口密度、動(dòng)
儲(chǔ)量和發(fā)生頻率這8個(gè)因子，以定性和定量相結(jié)合
的方式確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重和隸屬度，建立研究區(qū)
泥石流的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型，得到了研究區(qū)龍溪河流
域泥石流溝危險(xiǎn)性分布圖。研究區(qū)有12條溝為低
度危險(xiǎn)性，8條溝為中度危險(xiǎn)性，1條溝為高度危險(xiǎn)
性，并且又將評(píng)價(jià)結(jié)果與劉希林公式進(jìn)行驗(yàn)證，匹配
度為75％。說明根據(jù)熵值法得出的泥石流危險(xiǎn)眭評(píng)
價(jià)結(jié)果較為合理可靠。
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《爭護(hù)痧《伊《鏟、驢諺《鏟抄護(hù)、驢《伊、驢、驢抄、驢電礦噸礦、驢、疹、喀九d爭卅爭電尹《妒、廖、夠、西凡d爭，疥岔疥價(jià)疥積分積積扔積積積疥疥EZ爭
(上接第3頁)
在國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛。關(guān)于非工程措施，主要包
括優(yōu)化水庫水質(zhì)監(jiān)測體系、完善法律制度等，將非工
程措施與工程措施相結(jié)合，對(duì)改善水環(huán)境條件具有
跟好的效果。
3結(jié)論
(1)利用可變模糊識(shí)別模型對(duì)大連市9座主要的
水源水庫的水質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，研究表明，可變模糊
模型在水庫水賈評(píng)價(jià)中具有良好的可行性和實(shí)用性。
(2)評(píng)價(jià)結(jié)果表明大連市主要供水水庫總體水
質(zhì)良好，處于1—2類水質(zhì)之間，符合城鎮(zhèn)供水需求。其
中英那河水庫水質(zhì)最好，水質(zhì)接近I類水標(biāo)準(zhǔn)，松樹水
庫水質(zhì)相對(duì)較差，但也介于I類水和Ⅱ類水之間。
(3)為了保障可水庫持續(xù)供水，并進(jìn)一步優(yōu)化
水庫水質(zhì)，建議從控制點(diǎn)源排放、加強(qiáng)面源管理、控
制內(nèi)源污染隱患等幾個(gè)方面，結(jié)合工程和非工程措
施進(jìn)行管控。 </吩或h>

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