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模糊綜合評價法用于京杭運河揚州段的水質(zhì)評價

更新時間:2009-08-25 14:49 來源: 作者: 閱讀:2645 網(wǎng)友評論0

京杭大運河揚州段全長為143.3km,是我國南水北調(diào)東線工程輸水干道的必經(jīng)之路,也是揚州市的水上交通動脈,同時還是沿線兩個縣(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)的實現(xiàn)有著重要影響。

目前評價水體水質(zhì)的方法主要有:指數(shù)評價法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法以及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用法。其中模糊綜合評價法能夠客觀反映水質(zhì)的實際狀況,解決水質(zhì)綜合評價中的污染程度、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。筆者以京杭大運河揚州段為研究對象,采用水質(zhì)模糊綜合評價的方法,評價了運河現(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

京杭大運河自北向南流經(jīng)揚州市,從寶應(yīng)縣小涵洞始,途經(jīng)高郵、江都、揚州市區(qū)后,于揚州市邗江區(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河揚州段上共布設(shè)13個監(jiān)測斷面,其中寶應(yīng)縣3個(八淺、船閘和地龍),高郵市2個(界首鎮(zhèn)和運河大橋),江都市1個(昭關(guān)閘北),揚州市7個(槐泗河口、大古運河交叉口、揚州大橋南、七里河口、南繞城公路橋、施橋船閘和邗江運河大橋)。具體的監(jiān)測斷面位置見圖1。

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,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 評價方法

模糊綜合評價法應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的原理,能夠?qū)⒁恍┻吔绮磺、不易定量的因素定量化,評價出水體的質(zhì)量等級,其基本模型為:D=W·R(1)

式中 D———模糊綜合評價結(jié)果向量
W———評價因子的權(quán)重向量
 
R———評價因子隸屬于不同水質(zhì)級別的隸屬度矩陣
·———一種模糊復(fù)合運算法則

其評價步驟如下:①建立評價因子集;②建立評價集;③計算隸屬函數(shù),建立單因子模糊關(guān)系矩陣;④權(quán)重因子計算;⑤建立模糊綜合評價模型,進行模糊綜合評判。

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)測值進行單因子分析,可以看出代表水體有機污染程度的“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 京杭大運河揚州段各研究斷面2006年監(jiān)測平均值

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),說明水體中有機污染物較多,耗氧量大,該地區(qū)水體呈明顯的有機污染特征。
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個測點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)

在下游揚州市區(qū)段的7個測點中,有3個測點的糞大腸菌群指標(biāo)超出Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)、3個超出Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),最高達到50180個/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

本次評價共選擇了9個評價因子,建立的評價因子集為: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個等級,建立評價集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)法計算,得到評價因子的權(quán)重結(jié)果;采用加權(quán)平均M(·,σ)模糊算子進行模糊復(fù)合運算,得到最終模糊綜合評判結(jié)果D。具體結(jié)果如表2所示。

2.3 評價結(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個研究斷面中,符合Ⅰ類水質(zhì)的有4個,約占30.8%;符合Ⅱ類水質(zhì)的有3個,占23.1%;符合Ⅳ類水質(zhì)的有3個,占23.1%;符合Ⅴ類水質(zhì)的有3個,占23.1%;無Ⅲ類水質(zhì)斷面。

總體上看:京杭運河揚州段上游水質(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;而進入下游揚州市區(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)重計算結(jié)果表明,上游1、2、4、5、6、7號測點中COD所占權(quán)重最大;3號測點TP所占權(quán)重最大;下游8~13測點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),水體呈明顯有機污染特征,水體中含有較多的有機污染物,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,這與揚州市區(qū)生活污水處理率低有著直接關(guān)系。

2005年揚州市區(qū)的工業(yè)廢水排放量為4719×104m3、生活污水排放量為3977.04×104m3,而目前整個揚州市區(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,合計處理能力約為5475×104m3/a,目前的污水處理率僅為62.9%,必須進一步采取針對性措施,才能達到《國務(wù)院關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀加強環(huán)境保護的決定》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,重點加強對運河下游市區(qū)段的水質(zhì)治理工作,一方面要加快運河兩岸污水排放的截流工作,另一方面要擴大污水處理廠的處理能力。同時,結(jié)合“工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、工業(yè)項目治理和流域綜合治理”等其他治理措施,確保運河作為南水北調(diào)東線工程的輸水干線,其水質(zhì)達到
規(guī)劃的“輸水干線水質(zhì)達到Ⅲ類水質(zhì)”目標(biāo)。

3 結(jié)論

對京杭運河揚州段的水質(zhì)進行了模糊綜合評價,研究表明:

① 13個評價斷面中,符合Ⅰ類水質(zhì)的有4個,約占30.8%;符合Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)的斷面各有3個,分別占23.1%,運河上游寶應(yīng)、高郵段水質(zhì)明顯
優(yōu)于下游揚州市區(qū)段。

② 影響運河水質(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)加強運河上游兩岸工業(yè)排污口的整治及下游運河市區(qū)段兩岸生活污水的截流,并擴大污水處理廠的處理能力,才能使整個運河水質(zhì)達到規(guī)劃的Ⅲ類水質(zhì)目標(biāo)。

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