CN110187072A - 一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法 - Google Patents

Abstract

一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，涉及一种水环境质量评价的方法，本发明首次使用基于贴近度模型确定隶属度的水环境质量评价方法，并充分考虑了待评价地区水环境指标的现状，以水质达标情况为基础计算了各评价指标的权重。参考地表水环境质量标准（GB3838‑2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准基本项目为评价指标，按照地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级，评价标准值选取地表水环境质量标准中的各指标的标准限值。该方法考虑评价指标的超标情况，综合考虑各待评价点位的水环境情况，同时该方法结构合理并且概念清楚、灵活简便，有益于进行推广。

Description

一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法

技术领域

本发明涉及一种水环境质量评价方法，特别是涉及一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法。

背景技术

水资源是人类生产和发展不可或缺的自然资源，在人们的日常生活中发挥着重要作用，而作为水资源重要组成部分的河流，其状况直接影响着居民的用水安全。但随着经济发展，人们对水需求量增长的同时，越来越多的工业、农业和生活废水被排放到河流中，使得水污染事件频发，水环境质量不断下降，甚至已经危害到人们的身体健康。因此，需要对水环境质量开展评价，以准确的评估水质状况及其污染程度，并在水环境质量评价的基础上开展对策和改善措施研究，为提高水环境质量和环境管理水平提供基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，本发明是一种参考地表水环境质量标准（GB3838-2002）、考虑待评价地区水环境指标的现状、避免人为干扰因素的基于贴近度的科学评价水环境质量的评价方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，所述方法包括以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级；以水质超标情况为基础构建指标权重，根据待评价地区实际情况选择比较的水质标准等级，以三级水质标准为例，超过三级水质标准的点位越多的评价指标的权重越大；

具体步骤如下：

步骤一、评价指标体系的建立和评价标准的确定：

以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级；

步骤二、评价指标权重的确定：

以水质超标情况为基础构建指标权重，根据待评价地区实际情况选择比较的水质标准等级；步骤三、使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价：

（1）建立样本矩阵，构建虚拟的“最优点”或“最差点”；

（2）建立样本矩阵R；

（4）计算各样本点距“最优点”、“最劣点”的距离；

（5）计算各样本点与标准值点的贴近度；

（6）水环境质量评价。

所述的一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，所述步骤三中使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价，计算各样本点距“最优点”、“最劣点”的距离，为计算各个样本点及标准值点与构建的最优点、最劣点之间的距离，再根据该结果计算出各样本点与标准值点的贴近度。

所述的一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，所述步骤三中使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价，水环境质量评价，为确定评价点的水环境质量等级。

本发明的优点与效果是：

本发明首次使用基于贴近度模型确定隶属度的水环境质量评价方法，并充分考虑了待评价地区水环境指标的现状，以水质达标情况为基础计算了各评价指标的权重。本评价方法参考地表水环境质量标准（GB3838-2002），确定了评价指标体系和评价标准，评价体系完整科学。该方法考虑评价指标的超标情况，综合考虑各待评价点位的水环境情况，同时该方法结构合理的，并且概念清楚，灵活简便，可以进行推广。

附图说明

图1为本发明的水环境质量评价方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

本发明的水环境质量评价方法包括下述步骤：

步骤一、评价指标体系的建立和评价标准的确定：

以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级，水环境质量评价指标和各等级标准值见表1。

表1水环境质量评价指标和各等级标准值（mg/L）

步骤二、评价指标权重的确定：

以水质超标情况为基础构建指标权重，根据待评价地区实际情况选择比较的水质标准等级。以三级水质标准为例，超过三级水质标准的点位越多的评价指标的权重越大。具体计算过程如下：首先统计各点位评价指标i的值超过三级标准值的个数，记为；其次，取，最后评价指标i的权重。

步骤三、使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价：

（1）建立样本矩阵，构建虚拟的“最优点”或“最差点”

假设水环境质量监测点位数为m-1，为监测点位，（m=1，2，3，4，5）为五级水环境质量等级的标准值点。

将m-1个监测点及一个标准值点的21个评价指标，构成初始矩阵：

其中是第i个监测点的第j个评价指标的量化值，i∈（1，2，…m-1），j∈（1，2，…，21），是标准值的第j个指标值。

（2）建立样本矩阵R

令

将矩阵（1）进行归一化处理,建立样本矩阵R：

式中, 为待优化的样本点。

（3）构建最优点和最劣点

本评价方法的评价指标为负向指标，即指标值越大，水质越差，因此，样本综合后的最优点应为各指标的最小值集合点，最劣点则为各指标的最大值集合点，即：

最优点：

最劣点：

构建的最优点、最劣点为待评价河流采样期，水环境质量极端状况（最好、最差）的虚拟点。

（4）计算各样本点距“最优点”、“最劣点”的距离

计算各个样本点及标准值点与构建的最优点、最劣点之间的距离，再根据该结果计算出各样本点与标准值点的贴近度。

第i个样本点与“最优点”的距离为：

（4）

第i个样本点与最差点的距离为：

（5）

标准值点与“最优点”及“最差点”的距离为：

（6）

（7）

式中为第j个指标（即第j个污染物因子）在整个水质评价中的权重。

（5）计算各样本点与标准值点的贴近度

第i个样本点与标准值点m的贴近度为：

（6）水环境质量评价

按照以上所述的方法，计算第i个样本点与五个评价等级标准值点的贴进度

,定义第i个样本点与五个评价等级的隶属度为，

，即。取为最小值时，若则第i个样品点的水环境质量等级为此时的m，否则，该点的水环境质量等级为m-1；若为最小值时的m值为5，则该点的水环境质量等级直接为5级。

实施例1：

以河流干流8个监测点位的水环境质量监测数据为基础，开展水环境质量评价。

（1）指标体系的建立：

以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级，水环境质量评价指标和各等级标准值见表1。

（2）评价指标权重的确定：

根据河流污染情况，选择三级水质标准，超过三级水质标准的点位越多的评价指标的权重越大。具体计算过程如下：首先统计各点位评价指标i的值超过三级标准值的个数，记为；其次，取，最后评价指标i的权重。经过计算各指标的权重（高锰酸钾指数，化学需氧量，五日生化需氧量，氨氮，总磷，总氮，铜，锌，氟化物，硒，砷，汞，铬，铅，氰化物，挥发酚，石油类，阴离子表面活性剂，硫化物，粪大肠菌群）分别为0.0548，0.0822，0.1096，0.1233，0.0822，0.1233，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0137，0.0822，0.1233，0.0137，0.0137，0.0548。

（3）使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价：

依据所述的水环境质量评价方法，以河流干流8个监测点位的21项监测指标的监测数据和5个水环境质量等级的标准值点为基础，构建初始矩阵，计算出涉及不同水环境质量等级的样本矩阵R，虚拟出涉及不同水环境质量等级的“最优点”或“最差点”，根据公式（4）、公式（5）计算各个监测样点距“最优点”、“最劣点”的距离。计算结果如下:对于1级水环境质量标准，各监测点位对于最优点的距离依次为0.1871、0.3567、0.1763、0.1912、0.1996、0.2642、0.2825和0.1998，对于最劣点的距离为0.3347、0.2686、0.3304、0.3149、0.2999、0.2787、0.2640和0.3243；对于2级水环境质量标准，各监测点位对于最优点的距离依次为0.1590、0.3287、0.1494、0.1660、0.1768、0.2429、0.2584和0.1708，对于最劣点的距离为0.4041、0.3489、0.3981、0.3878、0.3746、0.3552、0.3426和0.3906；对于3级水环境质量标准，各监测点位对于最优点的距离依次为0.1330、0.2911、0.1200、0.1478、0.1513、0.2230、0.2357和0.1490，对于最劣点的距离为0.4226、0.3717、0.4169、0.4058、0.3943、0.3779、0.3663和0.4106；对于4级水环境质量标准，各监测点位对于最优点的距离依次为0.1176、0.2657、0.1055、0.1138、0.1261、0.1850、0.2012和0.1172，对于最劣点的距离为0.4716、0.4282、0.4666、0.4478、0.4422、0.4195、0.4129和0.4535；对于5级水环境质量标准，各监测点位对于最优点的距离依次为0.0992、0.2378、0.0948、0.0915、0.1059、0.1522、0.1691和0.0850，对于最劣点的距离为0.5907、0.5539、0.5869、0.5713、0.5671、0.5434、0.5377和0.5777。

根据公式（6）、公式（7）和公式（8）计算第i个样本点与五个评价等级标准值点的贴进度

,定义第i个样本点与五个评价等级的隶属度为，，即。按照上述方法计算河流干流8个监测点位的对于5个水环境质量标准的贴进度。计算结果为，监测点位1对于5个水环境质量标准隶属度为{0.0058，0.5672，1.0261，2.1771，3.8732}，监测点位2的隶属度为{-0.3541，-0.0289，0.2232，0.9706，2.0085}，监测点位3的隶属度为{0.0357，0.6236，1.1599，2.3899，3.9997}，监测点位4的隶属度为{-0.0319，0.5021，0.8655，2.1813，4.0650}，监测点位5的隶属度为{-0.0749，0.4251，0.8187，1.9688，3.6073}，监测点位6的隶属度为{-0.2347，0.1518，0.4178，1.3278，2.6782}，监测点位7的隶属度为{-0.2800，0.0949，0.3561，1.2099，2.4659}，监测点位8的隶属度为{-0.0443，0.4794，0.8634，2.1381，4.3330}。若为最小值时，若则第i个样品点的水环境质量等级为此时的m，否则，该点的水环境质量等级为m-1；若为最小值时的m值为5，则该点的水环境质量等级直接为5级。因此监测点位1、3的水环境质量为1级，监测点位2的水环境质量为3级，监测点位4、5、6、7、8的水环境质量为2级。

Claims (3)

1.一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，其特征在于，所述方法包括以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级；以水质超标情况为基础构建指标权重，根据待评价地区实际情况选择比较的水质标准等级，以三级水质标准为例，超过三级水质标准的点位越多的评价指标的权重越大；

具体步骤如下：

步骤一、评价指标体系的建立和评价标准的确定：

以地表水环境质量标准（GB3838-2002）中除pH、温度和溶解氧外的地表水环境质标准中21种基本项目为评价指标，并选取地表水环境质量标准（GB3838-2002）中各指标的标准限值为水环境质量评价指标体系的评价标准值，将地表水环境质量标准将水环境质量分为5个等级；

步骤二、评价指标权重的确定：

以水质超标情况为基础构建指标权重，根据待评价地区实际情况选择比较的水质标准等级；步骤三、使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价：

（1）建立样本矩阵，构建虚拟的“最优点”或“最差点”；

（2）建立样本矩阵R；

（4）计算各样本点距“最优点”、“最劣点”的距离；

（5）计算各样本点与标准值点的贴近度；

（6）水环境质量评价。

2.根据权利要求1所述的一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，其特征在于，所述步骤三中使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价，计算各样本点距“最优点”、“最劣点”的距离，为计算各个样本点及标准值点与构建的最优点、最劣点之间的距离，再根据该结果计算出各样本点与标准值点的贴近度。

3.根据权利要求1所述的一种基于贴进度模型的水环境质量评价方法，其特征在于，所述步骤三中使用基于贴进度模型的方法进行水环境质量评价，水环境质量评价，为确定评价点的水环境质量等级。