基于模糊物元模型的上海海域水环境评价
摘要：针对1985—2006年的上海海水水质基础调查数据，采用模糊物元模型对上海海域水质的现状及历史各年度海水水质进行了综合评价，并分析了22年来海水水质的变化趋势。
结果同时证明：模糊物元模型在海水水质评价中,具有较好的实用性，为政府在海洋环境应对决策提供了新的依据。
毕业论文网 关键词: 模糊物元模型；上海海域；海水水质评价 分类号：DF933文献标识码：A—E文章编号：2095—2104（2011）12—097―01 在长江上游流域、海区沿岸陆源排污和近海各种污染源的双重影响下，上海海域水环境污染日益严重，污染范围和程度不断扩大，海洋生态安全、渔业资源和产品安全受到威胁。
为保护好上海的海洋环境，建设生态上海，必须对上海近海海域的海水环境质量进行全面调查与评估，为制定海洋经济“十二五”规划，资源开发利用与海洋环境的可持续发展提供决策依据。
针对海洋环境评价，目前国内外常采用的方法主要是单因子指数评价法、综合污染指数法和模糊综合评价法[1,2]。
前两种方法过于简单，后一种权重确定的主观性较大。
模糊物元分析方法[3,4]处理模糊不相容信息较好，利用变异系数作为权重，充分利用了原始数据的信息，很大程度地避免了权重确定的主观性。
目前，关于长系列数据的上海海域水质评价几乎没有，本文选用22年数据，利用模糊物元方法对上海海域水环境现状和历史年进行系统评价并分析其变化趋势，为海水水质评价提供了一种新的思路。
1 研究区域及数据 研究区域为上海市近海区域，空间范围为北纬30.5°到32°，东经121°到124°；时间范围分为历史年份(1985—2005 年)，现状年份(2006 年)。
资料来源国家海洋局环境监测中心。
海水水质评价指标包括：PO4—P、无机N、COD、Hg、Cd、Pb、Cu、DO共8项，均为多年多点平均值。
本文评价标准采用国家《海水水质标准》（GB 3097—1997）[5]，海水水质分析[6]按照《海洋监测规范》中规定执行。
2 评价方法 2.1从优隶属度原则 各单项评价指标相应的模糊值从属于标准方案各对应评价指标相应的模糊量值隶属程度，称从优隶属度。
一般有两种类型指标，其计算公式如下： 越大越优型 （2） 越小越优型（3） 由此可构建从优隶属度矩阵Rmn: （4） 2.2评价指标权重确定 本文采用反映评价指标特征值之间的统计参数―变异系数作为评价指标的权重[7]，避免了权重确定的主观性。
2.3标准模糊物元与差平方复合物元 标准模糊物元R0n是指从优隶属度模糊物元Rmn中各评价指标的从优隶属度的最大值或最小值，本文以最小值表示最优。
若以△ij（i=1,…,m; j=1,…,n）表示标准物元R0n与从优隶属度矩阵Rmn中元素差的平方，则组成平方差R△： （5） （6） 2.4贴近度计算 贴近度是指被评价样本与标准样本之间接近的程度，贴近度越大，表示两者越接近。
因此，可根据贴近度的大小对各方案进行优劣排序，也可根据标准值的贴近程度进行类别划分，可用模糊算子来构建贴近度物元矩阵: （7） 式中为贴近度物元矩阵中的第j个贴近度： （8） 3结果分析 3.1上海海域现状评价 国家《海水水质标准》（GB 3097—1997）共分四个等级，本文具体构建的指标体系、评价标准和现状年（2006年）指标值见表1。
表1 上海海域海水水质评价体系表 评价指标（mg/l） PO4—P 无机N COD Hg Cd Pb Cu DO 2006年指标值 0.036 1.225 0.824 0.00006 0.002 0.023 0.014 7.834 1类 0.015 0.20 2 0.00005 0.001 0.001 0.005 6 2类 0.030 0.30 3 0.00002 0.005 0.005 0.010 5 3类 0.030 0.40 4 0.00002 0.005 0.010 0.050 4 4类 0.045 0.50 5 0.0005 0.010 0.050 0.050 3 按照表1数据，由式（4）可构造出从优隶属度矩阵，由式（6）可构造出平方矩阵 R△，再通过确定权重，利用式（8）可求出贴近度矩阵。
现状年水质评价结果为: 由贴近度从大到小的排序结果可知，上海海域2006年水环境质量处于3类水质和4类水质之间，而从欧式距离判断，现状年（2006年）的海水水质应属于第四类水质。
3.2上海海域历年水质评价 1985和1987年海水为1类水质。
1986、1988、1989、1990年为3类水质，其余均归入4类水质。
整体上看，上世纪80年代末开始呈现水质快速下降的趋势，2000年以来水质继续恶化，但出现缓慢下降的变化，到2006年略有改善。
上海海域除1985—1987年外，其余年份超标的都是无机氮，说明上海海域营养盐污染比较严重。
长江口区域，营养盐输送主要以水平输送为主[8]，由于长江流域的化肥施用量逐年快速增长，直接导致硝酸盐量增加，加上沿岸生活污水排放，长江口水体中氮营养自然快速增加。
4 结论 应用模糊物元模型对上海海域水质现状进行了评价，分析了海水水质的历年变化趋势，结论如下： （1）模糊物元模型不仅可以得出各评价样本与评价标准之间的远近程度，还可以评价多样本间的差异，海水水质评价结果与实际相符，方法可行。
（2）20世纪80年代末，人类活动影响较少，上海海域水质相对较好，重点污染指标是重金属。
（3）20世纪90年代，工业化进程加快，化肥用量快速增长，大量的污水排入海洋，水质迅速恶化，重点污染指标是无机N和PO4—P。
（4）1997年以来，海水水环境继续恶化，但速度减缓，这可能是因为政府的三年环保行动开始产生效果，海洋保护的法规更加健全。
本阶段重要污染物是无机N等营养盐。
参考文献 [1]郑琳，崔文林，贾永刚.青岛海洋倾倒区海水水质模糊综合评价[J].海洋环境科学，2007，26（1）：38—41. [2]何桂芳，袁国明.用模糊数学对珠江口近20a来水质进行综合评价[J].海洋环境科学，2007，26（1）：53—57. [3]张先起，梁川.基于熵权的模糊物元模型在水质综合评价中的应用[J].水利学报，2005，36（9）：1057—1061. [4]杨正亮，郑立飞，吴普特.水体质量综合评价的物元模型[J].干旱地区农业研究，2007，25（5）：189—193. [5]GB3097—1997,海水水质标准[S]. [6]GB173784—1998.海洋监测规范（海水分析）[S]. [7]陈鸿起，汪妮，申毅荣，解建仓.基于欧式贴近度的模糊物元模型在水安全评价中的应用[J].西安理工大学学报，2007，23（1）：37—43. [8]周立君，刘征涛.长江口营养盐浓度变化及分布特征[J].环境科学研究，2006，19（6）：139—144. 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。