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基于可變模糊識別的大連市水庫水質評價

文檔作者：李文生文檔來源：大連市水利建筑設計院		點擊數(shù)：	更新時間： 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
GANSU WATER RE,SOURCES AND In'DROPOWER TECHNOLOGY
V01．53．No．3
Mar．，2017
·水文水資源·
基于可變模糊識別的大連市水庫水質評價
李文生
(大連市水利建筑設計院，遼寧大連116024)
摘要：大連市是一個缺水型城市，水庫是主要的供水水源。通過構建指標體系、層次分析法確定指標權重、利用可變模
糊識別模型對大連市9座主要的水源水庫水質進行了綜合評價。結果表明總體的綜合水質均較好，處于1～2類水質之
間，綜合水質最好的是英那河水庫(水質級別1．12)，最差的是松樹水庫(水質級別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，并進一步優(yōu)化水庫水質，提出了相應的保護水源與提高水質類別的建議。
關鍵詞：大連；水庫；水質評價；指標體系；層次分析法
中圖分類號：X824；X524 文獻標志碼：A 文章編號：2095—0144(2017)03—0001—03
水環(huán)境問題是當前社會經(jīng)濟發(fā)展中不可回避
的問題。大連市作為一個缺水城市，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)的關鍵節(jié)點，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，水體水質的
好壞受到多個指標的影響，各指標都從不同的方
面表征了水質的某一方面狀態(tài)，全面的掌握水質
狀態(tài)就需要進行水質綜合評價。目前，水質評價研
究人員根據(jù)不同的特點、從不同的角度，提出了模
糊評價、灰色評價、主成分評價、綜合指數(shù)法等各
具特色的方法，并在水質評價中得到了應用。分析
認為水質狀態(tài)是多個指標連續(xù)變化決定的，同時
各指標對應的水質級別也是模糊的，例如水質標
準規(guī)定溶解氧I類標準為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，水質綜合評價具有多指標、模糊、
連續(xù)變化的特征。利用可變模糊識別模型對大連
市9座主要的飲用水水庫進行綜合評價，為供水
安全的管理提供決策支撐。
1 水質綜合評價建模
水質的綜合狀態(tài)往往是由連續(xù)動態(tài)變化的多個
水質指標進行確定的，在確定水質級別的過程中，水
質綜合狀態(tài)評價可以轉化為評價樣本的水質級別識
別，在識別過程中需要考慮各指標間的相互影響以
及指標與標準間的模糊邊界問題。水質綜合評價通
常包含評價指標建立、指標權重確定、評價模型計算
3個方面。
1．1評價指標體系
水質評價指標是為了定量描述水質狀況，所以
評價指標的選取應該能夠反映實際的水體污染狀
況。目前中國面臨的主要水環(huán)境問題仍然是富營養(yǎng)
和有機污染的問題，大連市隋況也是如此。因此，結
合獲取文獻與數(shù)據(jù)等實際情況，優(yōu)選pH、溶解氧、高
錳酸鹽指數(shù)、BOD、氨氮5個指標進行評價。
1。2指標權重確定
指標權重是影響水質評價結果的重要因素，因
為不同的水質指標在水質評價中的重要性是有所區(qū)
別的。指標權重的確定也是當前水質評價研究中的
熱點問題。主觀權重可以較好的體現(xiàn)研究人員對研
究問題的認識，客觀權重則可以充分的利用原始數(shù)
據(jù)的信息。目前常用確定指標權重的方法有層次分
析法、熵權法、主成分分析法、綜合權重方法等。文中
利用國內(nèi)外廣泛運用的層次分析法確定指標權重。
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，E-maihl7918320@qq．com。
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術第53卷
結合文獻與大連市水庫的實際情況構建的判斷矩陣
和指標權重(表1)。
表1判斷矩陣和指標權重
從表1可知，溶解氧和BOD5作為污染的綜合
因子權重較大，其余3個指標的權重相等。下一步
代入評價模型便可獲得綜合水質結果。
1．3可變模糊識別模型
可變模糊識別模型由陳守煜教授提出，其基本
理念是基于水質評價的動態(tài)變化與模糊性，此外該
模型根據(jù)所選的準則參數(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，結果更加穩(wěn)定。由于水質評價
本質上是一種級別歸屬的識別，文中將構建水質動
態(tài)評價的可變模糊識別模型，通過連續(xù)線性方法規(guī)
格化指標、多個模型的優(yōu)屬度計算、最后考慮l到5
個級別的綜合信息確定最終的評價結果，與水質的
連續(xù)模糊變化相一致，能夠科學的評價水質的綜合
狀態(tài)，評價模型如下：
矗2
S卉=
O
監(jiān)二墅
強—竹1
1
0
2笪二撿
，i—il
1
(2)
首先利用規(guī)格化公式對評價樣本進行規(guī)格化。式中：∞廣評價樣本；
強m-——分別為評價標準的最優(yōu)級與最劣級；
o——規(guī)格化后的評價樣本；
s。『_一規(guī)格化后的評價標準。
H茸=
0
1
h<吩或h>bj
q≤^≤q，奶≠o
0 d坷50
(3)
然后將規(guī)格化后的結果代人公式(3)計算綜合
相對隸屬度。
式中：M。廠—鎩合相對隸屬度；
叫廠一指標權重。
日=二“咖(4)
k=l
最后，將綜合相對隸屬度代入公式(4)計算出最
終的水質級別。
式中：爭_樣本的水質級別特征值；
如——水質級5JIl(h=1∥2．．c)。
1．4計算步驟
綜上，水質綜合評價的步驟如下。
(1)確定評價指標。文中確定pH、溶解氧、高錳
酸鹽指數(shù)指數(shù)、BOD，、氨氮5個指標進行評價。
(2)確定指標權重。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，、氨氮權重分
別為0．14、0．29、0．14、0．29、0．14。
(3)代入評價模型進行計算。文中以2016年4
月的水質數(shù)據(jù)對大連市9座飲用水水庫的水質進行
評價。規(guī)格化結果見表2所列。
從表2看出各水庫的水質情況總體較好，尤其
是BOD5都達到了1級水質標準，溶解氧也較好，僅
有松樹水庫的溶解氧含量(0。89)沒有達到1級水質
標準。氨氮也僅有碧流河水庫(o．97)、松樹水庫
(o．95)沒有達到1級水質標準。pH和高錳酸鹽指數(shù)
也都好于2級水質標準。將規(guī)格化的結果代人公式
(3)和(4)便可獲得最終的綜合水質狀態(tài)。
2評價結果與討論
2．1 大連市主要水庫水質綜合狀態(tài)
圖1為計算得到的大連市9座主要供水水庫
2016年4月份的綜合水質評價結果，容易看出總體
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萬方數(shù)據(jù)
第3期李文生：基于可變模糊識別的大連市水庫水質評價第53卷
表2規(guī)格化的各水庫水質
水質良好，其中英那河水庫與朱隈水庫綜合水質接
近I類水標準，大西山水庫和松樹水庫水質相對較
差，但也位于I類水和Ⅱ類水標準之間。能夠滿足
地表水環(huán)境功能區(qū)劃中關于集中式生活應用水地表
水源地一級保護區(qū)的標準。說明大連市主要水源地
水庫保護較好，水體基本沒有受到污染。
圖1大連市主要水庫綜合水質評價結果
各水庫綜合水質的優(yōu)劣排序為英那河水庫、朱
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
最好的是英那河水庫(水質級別1．12)，最差的是松
樹水庫(水質級別1．51)，大連市最主要的供水水庫
碧流河水庫綜合水質級別為1．29。將評價結果與實
際水庫水質進行比較，英那河水庫除了氨氮滿足
GB 3838—2002(地表水環(huán)境質量標準》1／類水標準
外，pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量等指
標均優(yōu)于I類水標準，松樹水庫pH、高錳酸鹽指數(shù)、
5日生化需氧量等指標均滿足I類水標準，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。以上分析計算結果表明，基于
可變模糊識別模型的水質評價結果與實際水庫水質
狀況比較相符。
2．2大連市水庫水質保護建議
綜合水質評價表明大連市水庫水質狀態(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峻。為了保障
水庫可持續(xù)供水，并進一步優(yōu)化水庫水質，建議從下
幾方面對水質進行改善。
(1)控制點源排放點源污染水庫污染物的重要
來源，積極改進生產(chǎn)工藝、建立污水處理設施等控制
流域內(nèi)點源污染的排放，保護水庫水質。
(2)加強面源管理，當流域內(nèi)點源污染得到較
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、保護水庫水質的重要途徑。
(3)控制內(nèi)源污染隱患隨著水庫的運行，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?shù)臈l件(如厭氧、擾動)下會釋
放出來，對水體水質構成了巨大的威脅，因此，內(nèi)源
污染需要得到足夠的重視。
針對以上問題，可以結合工程和非工程措施進
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
工濕地可以達到凈化水質和保證供水水質安全的目
的；在水庫周邊設置生態(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荷，因此(下轉第30頁)
萬方數(shù)據(jù)
2017年第3期甘肅水利水電技術第53卷
5．3結果與驗證
由研究區(qū)21條泥石流溝危險陛評價結果可知，
使用熵值法評價方法時，有8條溝為中度危險性，12
條溝為低危險l生，有1條溝為高危險|生。與劉希林
單溝泥石流危險眭評價方法【t，評價得到的危險性大
致相同，匹配度達75％。
6結論
泥石流的活動嚴重威脅人類生命和基礎設施。
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、可靠地評價泥石流的危險眭，這是減少風
險以及獲得最優(yōu)應對泥石流災難的辦法。采用熵值
法，基于泥石流災害評估參數(shù)選擇原則和前人研究，
選取合適的評價因子，即流域面積、主溝長度、最大
相對高差、流域切割密度、主溝彎曲度、人口密度、動
儲量和發(fā)生頻率這8個因子，以定性和定量相結合
的方式確定評價因子的權重和隸屬度，建立研究區(qū)
泥石流的危險度評價模型，得到了研究區(qū)龍溪河流
域泥石流溝危險性分布圖。研究區(qū)有12條溝為低
度危險性，8條溝為中度危險性，1條溝為高度危險
性，并且又將評價結果與劉希林公式進行驗證，匹配
度為75％。說明根據(jù)熵值法得出的泥石流危險眭評
價結果較為合理可靠。
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(上接第3頁)
在國內(nèi)外應用較為廣泛。關于非工程措施，主要包
括優(yōu)化水庫水質監(jiān)測體系、完善法律制度等，將非工
程措施與工程措施相結合，對改善水環(huán)境條件具有
跟好的效果。
3結論
(1)利用可變模糊識別模型對大連市9座主要的
水源水庫的水質進行了綜合評價，研究表明，可變模糊
模型在水庫水賈評價中具有良好的可行性和實用性。
(2)評價結果表明大連市主要供水水庫總體水
質良好，處于1—2類水質之間，符合城鎮(zhèn)供水需求。其
中英那河水庫水質最好，水質接近I類水標準，松樹水
庫水質相對較差，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，并進一步優(yōu)化
水庫水質，建議從控制點源排放、加強面源管理、控
制內(nèi)源污染隱患等幾個方面，結合工程和非工程措
施進行管控。 </吩或h>

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