模糊綜合評價法用于京杭運河揚州段的水質評價
京杭大運河揚州段全長為143.3km，是我國南水北調東線工程輸水干道的必經之路，也是揚州市的水上交通動脈，同時還是沿線兩個縣(寶應縣和高郵縣)的飲用水源地，其水質的優劣對沿線供水地區以及“南水北調東線清水走廊”建設目標的實現有著重要影響。
目前評價水體水質的方法主要有：指數評價法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經網絡評價法以及地理信息系統應用法。其中模糊綜合評價法能夠客觀反映水質的實際狀況，解決水質綜合評價中的污染程度、水質類別等客觀存在的模糊概念和模糊現象，已成為水質綜合評價的一種常見方法，是定量研究水質的一種有效手段。筆者以京杭大運河揚州段為研究對象，采用水質模糊綜合評價的方法，評價了運河現有的水質狀況，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，從而為研究區域的水環境保護和治理提供科學依據。
1 材料與方法
1.1 研究區域
京杭大運河自北向南流經揚州市，從寶應縣小涵洞始，途經高郵、江都、揚州市區后，于揚州市邗江區六圩鎮入長江，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13個監測斷面，其中寶應縣3個(八淺、船閘和地龍)，高郵市2個(界首鎮和運河大橋)，江都市1個(昭關閘北)，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，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，多管發酵法。
1.3 評價方法
模糊綜合評價法應用模糊數學的原理，能夠將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，評價出水體的質量等級，其基本模型為：D=W·R(1)
式中 D———模糊綜合評價結果向量
W———評價因子的權重向量
R———評價因子隸屬于不同水質級別的隸屬度矩陣
·———一種模糊復合運算法則
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，建立單因子模糊關系矩陣；④權重因子計算；⑤建立模糊綜合評價模型，進行模糊綜合評判。
2 結果與討論
2.1 水質結果分析
水質監測結果見表1，對各監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、代表水體營養程度的“NH3-N和TP”指標、代表水體飲用衛生程度的“糞大腸菌群”指標均出現了不同程度的超標。
表1 京杭大運河揚州段各研究斷面2006年監測平均值
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2.1.1 氧平衡因素(DO、COD、BOD5)
氧平衡指標不僅能指示水質現狀，還能預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中，COD指標劣于DO和BOD5，7/13的測點超出《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)Ⅲ類標準(20mg/L)，說明水體中有機污染物較多，耗氧量大，該地區水體呈明顯的有機污染特征。
21112 營養鹽類因子(NH3-N、TP)
N、P是反映水體營養程度的重要指標，運河上游段NH3-N、TP濃度明顯小于下游市區段水質，下游有3個測點NH3-N超過了V類水質標準(2.0mg/L)。這說明下游水體中的N營養程度已經很高，極易引起水體的富營養化，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)
在下游揚州市區段的7個測點中，有3個測點的糞大腸菌群指標超出Ⅳ類標準、3個超出Ⅴ類標準，最高達到50180個/L，成為該區段水質的主要污染物之一。
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和農業用水。
2.2 水質結果評價
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，FN，F-，Zn，糞大腸菌群}；根據《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)劃分地表水質量等級，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}。把河段的水質劃分為優(Ⅰ)、良(Ⅱ)、中(Ⅲ)、差(Ⅳ)、劣(Ⅴ)五級；污染程度相應為未污染、輕污染、中污染、重污染和嚴重污染。
隸屬矩陣R中隸屬函數采用降半梯形分布來描述；權重向量W中權重值采用污染物濃度超標賦權法計算，得到評價因子的權重結果；采用加權平均M(·，σ)模糊算子進行模糊復合運算，得到最終模糊綜合評判結果D。具體結果如表2所示。
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2.3 評價結果討論
2.3.1 水質等級
根據最大隸屬原則，從表2可以看出，在13個研究斷面中，符合Ⅰ類水質的有4個，約占30.8%；符合Ⅱ類水質的有3個，占23.1%；符合Ⅳ類水質的有3個，占23.1%；符合Ⅴ類水質的有3個，占23.1%；無Ⅲ類水質斷面。
總體上看：京杭運河揚州段上游水質明顯好于下游，上游水質優良，全部為Ⅰ類和Ⅱ類水質，符合飲用水源地的水質要求；下游水質處于重污染和嚴重污染級別，全部為Ⅳ和Ⅴ類水質，部分指標甚至超出Ⅴ類水質指標，已不能滿足其功能規劃的Ⅳ類水要求。這主要是由于上游水域擔負著寶應縣和高郵市飲用水源地的功能，沿線無重大工業污染源；而進入下游揚州市區后，由于沿線生活污水的排放，特別是城市生活污水未經處理直接排入，對水質的影響較大。
2.3.2 主要污染原因分析
權重計算結果表明，上游1、2、4、5、6、7號測點中COD所占權重最大；3號測點TP所占權重最大；下游8～13測點中糞大腸菌群所占權重最大，其次為NH3-N。這表明，上游水質中COD為主要污染物質，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為主導污染物質，下游水體已不具備飲用水源功能，并且有富營養化的趨勢，這表明下游沿岸生活污水的排放是導致水體污染的主要原因，這與揚州市區生活污水處理率低有著直接關系。
2005年揚州市區的工業廢水排放量為4719×104m3、生活污水排放量為3977.04×104m3，而目前整個揚州市區共有10×104m3/d的城市污水處理廠1座、5×104m3/d的開發區污水處理廠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《國務院關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》規定的“到2010年全國城市污水處理率不低于70%”的目標要求。
2.3.3 治理措施
針對運河上游和下游的不同污染特征，應分別采取相應的治理措施：對上游水體，要加強工業排污口的整治，特別是在寶應縣和高郵市的飲用水源取水口保護區內不能留有排污口，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，應加強沿線兩岸污水的截流，完善市區生活污水管網的配套建設，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化趨勢。
總之，在今后對運河的治理工作中，應以南水北調東線工程配套治污工程為契機，重點加強對運河下游市區段的水質治理工作，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，結合“工業結構調整、工業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東線工程的輸水干線，其水質達到
規劃的“輸水干線水質達到Ⅲ類水質”目標。
3 結論
對京杭運河揚州段的水質進行了模糊綜合評價，研究表明：
① 13個評價斷面中，符合Ⅰ類水質的有4個，約占30.8%；符合Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ類水質的斷面各有3個，分別占23.1%，運河上游寶應、高郵段水質明顯
優于下游揚州市區段。
② 影響運河水質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，下游揚州市區段主要污染因子為糞大腸菌群和NH3-N。
③ 應加強運河上游兩岸工業排污口的整治及下游運河市區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達到規劃的Ⅲ類水質目標。
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