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摘要 运用模糊数学方法对靖边县芦河上游新城乡、中游张家畔镇、下游杨桥畔镇3个断面水质进行评价，结果表明：新城乡断面为Ⅴ类水，水质状况为劣，说明该断面均受到严重污染；张家畔镇断面水质为Ⅳ级，水质状况为差，污染状况为重污染；杨桥畔镇断面为Ⅴ类水，水质状况为劣，说明均受到严重污染。针对评价结果进行分析，验证该模型的可靠性并为芦河治理提供基本参考和依据。
关键词 模糊数学；水质评价；芦河
中图分类号 X522 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）10-0178-03
Application of Fuzzy Mathematical Method in Assessment of Lo River Water Quality
YANG Hai-jiang WANG Jian-Yu * SHI Lei ZHAO Yun-Peng
（College of Resources and Environment，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021）
Abstract Using the fuzzy mathematics method in assessment to evaluate three sections water quality at upstream of Xincheng Town，midstream of Zhangjiapan Town and downstream of Yangqiaopan Town in the Lo River .The results showed that Ⅴ for section water in Xincheng Town，the water quality was poor and the cross section was severely contaminated；IV for section water in Zhangjiapan Town，the water quality was poor and pollution was heavy；V for section water in Yangqiaopan Town，and the water quality was also poor，which had been seriously polluted.According to the evaluation results，the reliability of the model was verified，and provided the basis for treatment of Lo River pollution.
Key words Fuzzy mathematics； water quality evaluation； Lo River
水是构成生命体的基本单位，是人类赖以生存和发展的物质基础。水质的好坏可以影响到社会、经济和生态复合系统是否能够可持续的发展。由于人口的持续增加以及工业化的大力发展，水环境的污染呈持续加重的状态，因此水环境污染在我国经济和社会的发展过程中产生了严重的影响。为保障水资源合理的开发利用，必须要对水环境进行合理规划和管理，因此，对该水体污染状况做出准确评价是开展水环境保护与污染控制工作的前提和基础。由于水质分类级别实质是水质监测指标集合上的一个模糊集，因此水质评价采用模糊数学的方法较为妥当[1]。模糊数学是目前在水质评价中应用较多的一种数学方法，主要是因为模糊数学方法在水质评价中的优点较多，能减少人为因素的影响，评价结果更为客观、合理且具有可比性[2]。自美国控制论专家扎德（Zadeh LA）教授于1965年提出模糊数学以来，已经得到广泛应用，在水质评价上也有较多的应用实例[1]。国内也有许多成功应用的实例，程万里等[1]运用该法对黄河三门峡河段水质进行评价；徐大伟等[3]应用模糊数学法对河流水质进行了综合评价；另外，还有刘春凤等[4]、杨 林等[5]都将模糊数学应用到河流水质的评价中。由此可见，目前模糊数学的方法在水质评价上的应用技术是基本成熟的。该文尝试将这一理论应用到靖边县芦河上、中、下游的3个断面的水质评价中，从而为芦河污染控制、生态保护工作提供基本参考和依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
靖边县芦河位于陕西省北部偏西，榆林市西南部，地处毛乌素沙漠南缘，北纬36°58′45″～ 38°03′15″，东经108°17′15″～109°20′15″之间。属半干旱内陆性季风气候，地处鄂尔多斯地台南缘与黄土高原北部过渡地带。芦河发源于白玉山北麓，有芦东、芦西两大支沟，上游段汇于镇靖乡，中游段自新农村东折，下游经杨桥畔镇，于贾家沟纳惠桥沟入横山县，芦河流域面积1 721.18 km2，长102 km。多年平均径流量为0.236亿m3。流域内降水量小，时空分布不均且利用率低，降水分布总趋势是南多北少。芦河的河流的特征是含沙量大、河流流量小，随季节的变化而暴涨暴落，河流的补给方式主要以大气降水为主，夏秋汛期内有洪水补给，水大流急；春冬枯水期主要靠地下水补给，水流清浅有的甚至断流。随着靖边县经济的快速发展和人口的快速增长，从原来的饮水灌溉河变成如今的排污河，引起了广泛的关注。
1.2 监测断面选取
根据实际要求，本次评价采取控制断面法，从而达到监测污染源对水质影响的目的。芦河设有新城乡、张家畔镇、杨桥畔镇和横山县4个监测断面。由于芦河主要流经前3个断面，对靖边县的影响显著，而且芦河水质污染最严重的部分也在这3个断面，故本次评价选取新城乡、张家畔镇、杨桥畔镇3个监测断面。
1.2.1 采样点设置。采样点位置的设定一般要在水质发生明显变化或者河流有重要用途的地点如河流汇流口、主要污水排放口和引水处。因此，本次采样点的设置结合芦河实际情况分别设置在3个断面的主要污水排放口，共3个采样点（图1）。 1.2.2 采样方法。用单层采样器采样：所用容器为聚乙烯桶。采样时在架底固定好铅坠，检查采样瓶是否牢靠，带绳的瓶塞是否合适；一手抓绳，一手将水瓶慢慢放入水中；到达预定水层时，提拉软绳，使瓶塞打开，待水灌满后迅速提出水面，倒掉上部一层水，便得到所需的水样。
1.3 模糊数学评方法简述
模糊数学评价方法是根据模糊变换原理以及最大隶属度原则，考虑与被评价事物相关的各个主要因素，对其所做的综合评价[6-7]。具体如下：
2 结果与分析
由表3可以看出，新城乡断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程序为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0.019，隶属于Ⅳ级水的程度为0.048，隶属于Ⅴ级水的程度为0.933。根据最大隶属原则，评价新城乡断面水质为Ⅴ级，水质状况为劣，污染状况为严重污染。新城乡断面污染超标最明显的是COD，其次是氨氮、总磷、石油类，符合监测数据和实际情况。该断面水质污染主要是由于其位于芦河上游农业种植区，受到大量农业施肥、生活污水、化粪池排出的废水等共同影响下导致该断面水质受到严重污染。所以在该段河流治理过程中要减少农业活动中农药化肥的使用，大力推广使用有机肥以及减少灌溉退水的排入，从而切断河流的面源污染。
张家畔镇断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程度为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0，隶属于Ⅳ级水的程度为0.62，隶属于Ⅴ级水的程度为0.38。根据最大隶属原则，评价张家畔镇断面水质为Ⅳ级，水质状况为差，污染状况为重污染。张家畔镇断面污染超标最明显的是COD，其次是氨氮、总磷和石油类，符合监测数据和实际情况。由于该断面位于城中，大量的生活污水的排入，导致芦河的水生生物缺氧以致死亡，水质腐败变臭，由于不断进行污水治理使得其水质状况略好于上游，所以在该段河流治理过程中要对城市生活污水的排放严格控制，工业污水的排放要求达标处理再排放以减少对河流的污染。
杨桥畔镇断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程度为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0，隶属于Ⅳ级水的程度为0，隶属于Ⅴ级水的程度为1。根据最大隶属原则，评价杨桥畔镇断面水质为Ⅳ级，水质状况为劣，污染状况严重重污染。污染超标最明显的是COD和石油类，其次是氨氮、总磷。符合监测数据和实际情况。由于大型的工厂在该区域建设，其工业污水加之生活污水的排放使得该断面水质受到严重污染 ，导致芦河的水生生物缺氧以致死亡，水质腐败变臭。所以在后期的水质治理过程中应严格控制工业污水的排放量，建设配套的污水处理系统[14-16]，保护当地生态环境，避免循环污染。
3 结论与讨论
该评价结果表明，将模糊数学方法这一模型应用到芦河的水质状况评价中具有一定的可行性，同时为芦河后期的水质环境治理工作奠定了基础，具有非常重要的现实作用。运用该方法得出的结果是芦河的3个断面分别为Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅴ类水，说明水体严重污染，在总体上可以看出水环境质量的好坏情况。因此芦河的COD、氨氮、总磷、石油类4项污染因子是今后治理芦河水环境的主要治理对象。根据水质情况，相关部门可以采取相应措施治理芦河，以改善水质，修复水环境。
4 参考文献
[1] 程万里，李亦芳，郝伏勤，等.黄河三门峡河段基于模糊数学方法的水质评价[J].环境科学与管理，2007（10）：188-190.
[2] 高健磊，吴泽宁.水资源保护规划理论方法与实践[M].郑州：黄河水利出版社，2002.
[3] 徐大伟，杨扬.模糊数学法在河流水质综合评价中的应用[J].沈阳大学学报（自然科学版），2000，12（2）：59-62.
[4] 刘春凤，翟瑞彩.基于模糊数学的水质分析[J].天津大学学报，2003（1）：72-76.
[5] 杨林，李小玲.模糊数学在湟水流域水质综合评价中的应用[J].中国环境监测，2000（6）：49-52.
[6] 刘晓宁，贾忠华.模糊综合评价在关中灌区干旱评价中的应用[J].水资源与水工程学报， 2005（2）：62-65.
[7] 谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉：华中科技大学出版社， 2000.
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[16] 童朝锋，吕立锐，冯骞，等.基于改进的模糊教学评价法的外秦淮河水质评价[J].水资源保护，2014（4）：61-66.
关键词 模糊数学；水质评价；芦河
中图分类号 X522 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）10-0178-03
Application of Fuzzy Mathematical Method in Assessment of Lo River Water Quality
YANG Hai-jiang WANG Jian-Yu * SHI Lei ZHAO Yun-Peng
（College of Resources and Environment，Ningxia University，Yinchuan Ningxia 750021）
Abstract Using the fuzzy mathematics method in assessment to evaluate three sections water quality at upstream of Xincheng Town，midstream of Zhangjiapan Town and downstream of Yangqiaopan Town in the Lo River .The results showed that Ⅴ for section water in Xincheng Town，the water quality was poor and the cross section was severely contaminated；IV for section water in Zhangjiapan Town，the water quality was poor and pollution was heavy；V for section water in Yangqiaopan Town，and the water quality was also poor，which had been seriously polluted.According to the evaluation results，the reliability of the model was verified，and provided the basis for treatment of Lo River pollution.
Key words Fuzzy mathematics； water quality evaluation； Lo River
水是构成生命体的基本单位，是人类赖以生存和发展的物质基础。水质的好坏可以影响到社会、经济和生态复合系统是否能够可持续的发展。由于人口的持续增加以及工业化的大力发展，水环境的污染呈持续加重的状态，因此水环境污染在我国经济和社会的发展过程中产生了严重的影响。为保障水资源合理的开发利用，必须要对水环境进行合理规划和管理，因此，对该水体污染状况做出准确评价是开展水环境保护与污染控制工作的前提和基础。由于水质分类级别实质是水质监测指标集合上的一个模糊集，因此水质评价采用模糊数学的方法较为妥当[1]。模糊数学是目前在水质评价中应用较多的一种数学方法，主要是因为模糊数学方法在水质评价中的优点较多，能减少人为因素的影响，评价结果更为客观、合理且具有可比性[2]。自美国控制论专家扎德（Zadeh LA）教授于1965年提出模糊数学以来，已经得到广泛应用，在水质评价上也有较多的应用实例[1]。国内也有许多成功应用的实例，程万里等[1]运用该法对黄河三门峡河段水质进行评价；徐大伟等[3]应用模糊数学法对河流水质进行了综合评价；另外，还有刘春凤等[4]、杨 林等[5]都将模糊数学应用到河流水质的评价中。由此可见，目前模糊数学的方法在水质评价上的应用技术是基本成熟的。该文尝试将这一理论应用到靖边县芦河上、中、下游的3个断面的水质评价中，从而为芦河污染控制、生态保护工作提供基本参考和依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
靖边县芦河位于陕西省北部偏西，榆林市西南部，地处毛乌素沙漠南缘，北纬36°58′45″～ 38°03′15″，东经108°17′15″～109°20′15″之间。属半干旱内陆性季风气候，地处鄂尔多斯地台南缘与黄土高原北部过渡地带。芦河发源于白玉山北麓，有芦东、芦西两大支沟，上游段汇于镇靖乡，中游段自新农村东折，下游经杨桥畔镇，于贾家沟纳惠桥沟入横山县，芦河流域面积1 721.18 km2，长102 km。多年平均径流量为0.236亿m3。流域内降水量小，时空分布不均且利用率低，降水分布总趋势是南多北少。芦河的河流的特征是含沙量大、河流流量小，随季节的变化而暴涨暴落，河流的补给方式主要以大气降水为主，夏秋汛期内有洪水补给，水大流急；春冬枯水期主要靠地下水补给，水流清浅有的甚至断流。随着靖边县经济的快速发展和人口的快速增长，从原来的饮水灌溉河变成如今的排污河，引起了广泛的关注。
1.2 监测断面选取
根据实际要求，本次评价采取控制断面法，从而达到监测污染源对水质影响的目的。芦河设有新城乡、张家畔镇、杨桥畔镇和横山县4个监测断面。由于芦河主要流经前3个断面，对靖边县的影响显著，而且芦河水质污染最严重的部分也在这3个断面，故本次评价选取新城乡、张家畔镇、杨桥畔镇3个监测断面。
1.2.1 采样点设置。采样点位置的设定一般要在水质发生明显变化或者河流有重要用途的地点如河流汇流口、主要污水排放口和引水处。因此，本次采样点的设置结合芦河实际情况分别设置在3个断面的主要污水排放口，共3个采样点（图1）。 1.2.2 采样方法。用单层采样器采样：所用容器为聚乙烯桶。采样时在架底固定好铅坠，检查采样瓶是否牢靠，带绳的瓶塞是否合适；一手抓绳，一手将水瓶慢慢放入水中；到达预定水层时，提拉软绳，使瓶塞打开，待水灌满后迅速提出水面，倒掉上部一层水，便得到所需的水样。
1.3 模糊数学评方法简述
模糊数学评价方法是根据模糊变换原理以及最大隶属度原则，考虑与被评价事物相关的各个主要因素，对其所做的综合评价[6-7]。具体如下：
2 结果与分析
由表3可以看出，新城乡断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程序为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0.019，隶属于Ⅳ级水的程度为0.048，隶属于Ⅴ级水的程度为0.933。根据最大隶属原则，评价新城乡断面水质为Ⅴ级，水质状况为劣，污染状况为严重污染。新城乡断面污染超标最明显的是COD，其次是氨氮、总磷、石油类，符合监测数据和实际情况。该断面水质污染主要是由于其位于芦河上游农业种植区，受到大量农业施肥、生活污水、化粪池排出的废水等共同影响下导致该断面水质受到严重污染。所以在该段河流治理过程中要减少农业活动中农药化肥的使用，大力推广使用有机肥以及减少灌溉退水的排入，从而切断河流的面源污染。
张家畔镇断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程度为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0，隶属于Ⅳ级水的程度为0.62，隶属于Ⅴ级水的程度为0.38。根据最大隶属原则，评价张家畔镇断面水质为Ⅳ级，水质状况为差，污染状况为重污染。张家畔镇断面污染超标最明显的是COD，其次是氨氮、总磷和石油类，符合监测数据和实际情况。由于该断面位于城中，大量的生活污水的排入，导致芦河的水生生物缺氧以致死亡，水质腐败变臭，由于不断进行污水治理使得其水质状况略好于上游，所以在该段河流治理过程中要对城市生活污水的排放严格控制，工业污水的排放要求达标处理再排放以减少对河流的污染。
杨桥畔镇断面水质隶属于Ⅰ级水的程度为0，隶属于Ⅱ级水的程度为0，隶属于Ⅲ级水的程度为0，隶属于Ⅳ级水的程度为0，隶属于Ⅴ级水的程度为1。根据最大隶属原则，评价杨桥畔镇断面水质为Ⅳ级，水质状况为劣，污染状况严重重污染。污染超标最明显的是COD和石油类，其次是氨氮、总磷。符合监测数据和实际情况。由于大型的工厂在该区域建设，其工业污水加之生活污水的排放使得该断面水质受到严重污染 ，导致芦河的水生生物缺氧以致死亡，水质腐败变臭。所以在后期的水质治理过程中应严格控制工业污水的排放量，建设配套的污水处理系统[14-16]，保护当地生态环境，避免循环污染。
3 结论与讨论
该评价结果表明，将模糊数学方法这一模型应用到芦河的水质状况评价中具有一定的可行性，同时为芦河后期的水质环境治理工作奠定了基础，具有非常重要的现实作用。运用该方法得出的结果是芦河的3个断面分别为Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅴ类水，说明水体严重污染，在总体上可以看出水环境质量的好坏情况。因此芦河的COD、氨氮、总磷、石油类4项污染因子是今后治理芦河水环境的主要治理对象。根据水质情况，相关部门可以采取相应措施治理芦河，以改善水质，修复水环境。
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