模糊綜合評價(jià)法用于京杭運(yùn)河揚(yáng)州段的水質(zhì)評價(jià)
京杭大運(yùn)河揚(yáng)州段全長為143.3km，是我國南水北調(diào)東線工程輸水干道的必經(jīng)之路，也是揚(yáng)州市的水上交通動脈，同時(shí)還是沿線兩個(gè)縣(寶應(yīng)縣和高郵縣)的飲用水源地，其水質(zhì)的優(yōu)劣對沿線供水地區(qū)以及“南水北調(diào)東線清水走廊”建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要影響。
目前評價(jià)水體水質(zhì)的方法主要有：指數(shù)評價(jià)法、模糊評價(jià)法、灰色評價(jià)法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法以及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用法。其中模糊綜合評價(jià)法能夠客觀反映水質(zhì)的實(shí)際狀況，解決水質(zhì)綜合評價(jià)中的污染程度、水質(zhì)類別等客觀存在的模糊概念和模糊現(xiàn)象，已成為水質(zhì)綜合評價(jià)的一種常見方法，是定量研究水質(zhì)的一種有效手段。筆者以京杭大運(yùn)河揚(yáng)州段為研究對象，采用水質(zhì)模糊綜合評價(jià)的方法，評價(jià)了運(yùn)河現(xiàn)有的水質(zhì)狀況，分析其主要污染因子和污染來源，提出有針對性的防治措施，從而為研究區(qū)域的水環(huán)境保護(hù)和治理提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)域
京杭大運(yùn)河自北向南流經(jīng)揚(yáng)州市，從寶應(yīng)縣小涵洞始，途經(jīng)高郵、江都、揚(yáng)州市區(qū)后，于揚(yáng)州市邗江區(qū)六圩鎮(zhèn)入長江，水面寬為120～200m，水深為4～5m，排水能力為330～350m3/s。
本次研究在京杭大運(yùn)河揚(yáng)州段上共布設(shè)13個(gè)監(jiān)測斷面，其中寶應(yīng)縣3個(gè)(八淺、船閘和地龍)，高郵市2個(gè)(界首鎮(zhèn)和運(yùn)河大橋)，江都市1個(gè)(昭關(guān)閘北)，揚(yáng)州市7個(gè)(槐泗河口、大古運(yùn)河交叉口、揚(yáng)州大橋南、七里河口、南繞城公路橋、施橋船閘和邗江運(yùn)河大橋)。具體的監(jiān)測斷面位置見圖1。
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于2006年在各研究斷面的豐水期(7、9月)、平水期(3、5月)和枯水期(1、11月)分別采樣二次，共采集樣品78個(gè)，取其年平均值。
樣品的測定方法：DO，碘量法；COD，重鉻酸鹽法；BOD5，稀釋與接種法；NH3-N，納氏試劑比色法；TP，鉬酸銨分光光度法；揮發(fā)酚(FN)，4-氨基安替比林分光光度法；氟化物(F-)，離子選擇電極法；鋅(Zn)，原子吸收分光光度法；糞大腸菌群，多管發(fā)酵法。
1.3 評價(jià)方法
模糊綜合評價(jià)法應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的原理，能夠?qū)⒁恍┻吔绮磺濉⒉灰锥康囊蛩囟炕u價(jià)出水體的質(zhì)量等級，其基本模型為：D=W·R(1)
式中 D———模糊綜合評價(jià)結(jié)果向量
W———評價(jià)因子的權(quán)重向量
R———評價(jià)因子隸屬于不同水質(zhì)級別的隸屬度矩陣
·———一種模糊復(fù)合運(yùn)算法則
其評價(jià)步驟如下：①建立評價(jià)因子集；②建立評價(jià)集；③計(jì)算隸屬函數(shù)，建立單因子模糊關(guān)系矩陣；④權(quán)重因子計(jì)算；⑤建立模糊綜合評價(jià)模型，進(jìn)行模糊綜合評判。
2 結(jié)果與討論
2.1 水質(zhì)結(jié)果分析
水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表1，對各監(jiān)測值進(jìn)行單因子分析，可以看出代表水體有機(jī)污染程度的“COD”指標(biāo)、代表水體營養(yǎng)程度的“NH3-N和TP”指標(biāo)、代表水體飲用衛(wèi)生程度的“糞大腸菌群”指標(biāo)均出現(xiàn)了不同程度的超標(biāo)。
表1 京杭大運(yùn)河揚(yáng)州段各研究斷面2006年監(jiān)測平均值
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2.1.1 氧平衡因素(DO、COD、BOD5)
氧平衡指標(biāo)不僅能指示水質(zhì)現(xiàn)狀，還能預(yù)示水體可能的變化趨勢。
在3個(gè)反映水體中氧平衡情況的指標(biāo)中，COD指標(biāo)劣于DO和BOD5，7/13的測點(diǎn)超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(20mg/L)，說明水體中有機(jī)污染物較多，耗氧量大，該地區(qū)水體呈明顯的有機(jī)污染特征。
21112 營養(yǎng)鹽類因子(NH3-N、TP)
N、P是反映水體營養(yǎng)程度的重要指標(biāo)，運(yùn)河上游段NH3-N、TP濃度明顯小于下游市區(qū)段水質(zhì)，下游有3個(gè)測點(diǎn)NH3-N超過了V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(2.0mg/L)。這說明下游水體中的N營養(yǎng)程度已經(jīng)很高，極易引起水體的富營養(yǎng)化，需要引起重視。
2.1.3 毒物因子(FN、F-、Zn)
水體中的毒物因子濃度明顯低于其他因子，基本滿足Ⅲ類水體的要求，不屬于該地區(qū)的主要污染物。
2.1.4 微生物因子(糞大腸菌群)
在下游揚(yáng)州市區(qū)段的7個(gè)測點(diǎn)中，有3個(gè)測點(diǎn)的糞大腸菌群指標(biāo)超出Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)、3個(gè)超出Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，最高達(dá)到50180個(gè)/L，成為該區(qū)段水質(zhì)的主要污染物之一。
這說明水體已完全不能作為飲用水源，只能作為一般的工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水。
2.2 水質(zhì)結(jié)果評價(jià)
本次評價(jià)共選擇了9個(gè)評價(jià)因子，建立的評價(jià)因子集為：X={x1，x2，…，xn}={DO，COD，BOD5，NH3-N，TP，F(xiàn)N，F(xiàn)-，Zn，糞大腸菌群}；根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)劃分地表水質(zhì)量等級，共分為5個(gè)等級，建立評價(jià)集S={s1，s2，…，sm}={Ⅰ類，Ⅱ類，Ⅲ類，Ⅳ類，Ⅴ類}。把河段的水質(zhì)劃分為優(yōu)(Ⅰ)、良(Ⅱ)、中(Ⅲ)、差(Ⅳ)、劣(Ⅴ)五級；污染程度相應(yīng)為未污染、輕污染、中污染、重污染和嚴(yán)重污染。
隸屬矩陣R中隸屬函數(shù)采用降半梯形分布來描述；權(quán)重向量W中權(quán)重值采用污染物濃度超標(biāo)賦權(quán)法計(jì)算，得到評價(jià)因子的權(quán)重結(jié)果；采用加權(quán)平均M(·，σ)模糊算子進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算，得到最終模糊綜合評判結(jié)果D。具體結(jié)果如表2所示。
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2.3 評價(jià)結(jié)果討論
2.3.1 水質(zhì)等級
根據(jù)最大隸屬原則，從表2可以看出，在13個(gè)研究斷面中，符合Ⅰ類水質(zhì)的有4個(gè)，約占30.8%；符合Ⅱ類水質(zhì)的有3個(gè)，占23.1%；符合Ⅳ類水質(zhì)的有3個(gè)，占23.1%；符合Ⅴ類水質(zhì)的有3個(gè)，占23.1%；無Ⅲ類水質(zhì)斷面。
總體上看：京杭運(yùn)河揚(yáng)州段上游水質(zhì)明顯好于下游，上游水質(zhì)優(yōu)良，全部為Ⅰ類和Ⅱ類水質(zhì)，符合飲用水源地的水質(zhì)要求；下游水質(zhì)處于重污染和嚴(yán)重污染級別，全部為Ⅳ和Ⅴ類水質(zhì)，部分指標(biāo)甚至超出Ⅴ類水質(zhì)指標(biāo)，已不能滿足其功能規(guī)劃的Ⅳ類水要求。這主要是由于上游水域擔(dān)負(fù)著寶應(yīng)縣和高郵市飲用水源地的功能，沿線無重大工業(yè)污染源；而進(jìn)入下游揚(yáng)州市區(qū)后，由于沿線生活污水的排放，特別是城市生活污水未經(jīng)處理直接排入，對水質(zhì)的影響較大。
2.3.2 主要污染原因分析
權(quán)重計(jì)算結(jié)果表明，上游1、2、4、5、6、7號測點(diǎn)中COD所占權(quán)重最大；3號測點(diǎn)TP所占權(quán)重最大；下游8～13測點(diǎn)中糞大腸菌群所占權(quán)重最大，其次為NH3-N。這表明，上游水質(zhì)中COD為主要污染物質(zhì)，水體呈明顯有機(jī)污染特征，水體中含有較多的有機(jī)污染物，沿線少量工業(yè)廢水的排放是主要原因；下游水體中糞大腸菌群和NH3-N為主導(dǎo)污染物質(zhì)，下游水體已不具備飲用水源功能，并且有富營養(yǎng)化的趨勢，這表明下游沿岸生活污水的排放是導(dǎo)致水體污染的主要原因，這與揚(yáng)州市區(qū)生活污水處理率低有著直接關(guān)系。
2005年揚(yáng)州市區(qū)的工業(yè)廢水排放量為4719×104m3、生活污水排放量為3977.04×104m3，而目前整個(gè)揚(yáng)州市區(qū)共有10×104m3/d的城市污水處理廠1座、5×104m3/d的開發(fā)區(qū)污水處理廠1座，合計(jì)處理能力約為5475×104m3/a，目前的污水處理率僅為62.9%，必須進(jìn)一步采取針對性措施，才能達(dá)到《國務(wù)院關(guān)于落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》規(guī)定的“到2010年全國城市污水處理率不低于70%”的目標(biāo)要求。
2.3.3 治理措施
針對運(yùn)河上游和下游的不同污染特征，應(yīng)分別采取相應(yīng)的治理措施：對上游水體，要加強(qiáng)工業(yè)排污口的整治，特別是在寶應(yīng)縣和高郵市的飲用水源取水口保護(hù)區(qū)內(nèi)不能留有排污口，才能削減水體中的COD、保證飲用水源取水口的安全；下游水體呈明顯的生活污染特征，應(yīng)加強(qiáng)沿線兩岸污水的截流，完善市區(qū)生活污水管網(wǎng)的配套建設(shè)，擴(kuò)大污水處理廠的
處理能力，才能削減水體中的糞大腸菌群和NH3-N，逐步改善下游水體的富營養(yǎng)化趨勢。
總之，在今后對運(yùn)河的治理工作中，應(yīng)以南水北調(diào)東線工程配套治污工程為契機(jī)，重點(diǎn)加強(qiáng)對運(yùn)河下游市區(qū)段的水質(zhì)治理工作，一方面要加快運(yùn)河兩岸污水排放的截流工作，另一方面要擴(kuò)大污水處理廠的處理能力。同時(shí)，結(jié)合“工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)項(xiàng)目治理和流域綜合治理”等其他治理措施，確保運(yùn)河作為南水北調(diào)東線工程的輸水干線，其水質(zhì)達(dá)到
規(guī)劃的“輸水干線水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)”目標(biāo)。
3 結(jié)論
對京杭運(yùn)河揚(yáng)州段的水質(zhì)進(jìn)行了模糊綜合評價(jià)，研究表明：
① 13個(gè)評價(jià)斷面中，符合Ⅰ類水質(zhì)的有4個(gè)，約占30.8%；符合Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)的斷面各有3個(gè)，分別占23.1%，運(yùn)河上游寶應(yīng)、高郵段水質(zhì)明顯
優(yōu)于下游揚(yáng)州市區(qū)段。
② 影響運(yùn)河水質(zhì)的主要污染因子為糞大腸菌群、COD、TP和NH3-N，其中上游水體主要污染因子為COD和TP，下游揚(yáng)州市區(qū)段主要污染因子為糞大腸菌群和NH3-N。
③ 應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)河上游兩岸工業(yè)排污口的整治及下游運(yùn)河市區(qū)段兩岸生活污水的截流，并擴(kuò)大污水處理廠的處理能力，才能使整個(gè)運(yùn)河水質(zhì)達(dá)到規(guī)劃的Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)。
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