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模糊识别在水质综合评价中的应用
田景环;邱林;柴福鑫
【期刊名称】《环境科学学报》
【年(卷),期】2005(25)7
【摘要】应用模糊数学方法对水质进行综合评价,其关键问题是如何合理地确定各评价指标的权重.将最优权法引入模糊评价以确定各评价指标的权系数,通过求解权向量的最优解来确定各指标权重,可避免确定评价指标权重的主观任意性,增加评价结果的分辨性.实例计算与结果对比表明,该方法克服了各指标的权系数随实测样本的不同而变化和评价结果分辨性差的缺点,提高了模型的通用性和评价结果的可比性,同时也简化了多次重复确定权系数的工作量.
【总页数】4页(P950-953)
【关键词】模糊识别;权重;最优权法;水质;综合评价
【作者】田景环;邱林;柴福鑫
【作者单位】华北水利水电学院
【正文语种】中文
【中图分类】X824
【相关文献】
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模糊数学在水质综合评价中的应用模糊数学是一门交叉学科，既有数学的特性，也有灵活的算法，它同时具有工程和社会学的元素，在水资源环境科学研究中应用广泛。
本文旨在探讨模糊数学在水质综合评价中的应用情况及其优势。
一、模糊数学在水质综合评价中的应用模糊数学在水质综合评价中的应用主要有两个目的：一是改善水质综合评价模型；二是减轻水资源开发和环境保护行为的不确定性。
具体来说，模糊数学可以用来提高评价模型的精确性。
由于水资源的不确定性和工程复杂性，较精确的评价模型是必不可少的。
模糊数学通过概率和模糊逻辑的方法对水质综合评价模型的计算结果进行修正，使最终计算结果更准确，从而提高了水质综合评价效果。
其次，模糊数学也可以用于减轻水资源开发和环境保护行为中的不确定性。
模糊数学可以模拟各种情景，分析水质破坏的基准，以及在水质破坏异常情况下采取最优控制策略。
模糊数学可以通过可视化的模型，对不同的水资源开发和环境保护行为中可能存在的多种优化解进行评估，进而分析出最优的控制措施，从而减轻了水资源开发和环境保护行为中的不确定性。
二、模糊数学在水质综合评价中的优势模糊数学在水质综合评价中具有许多优势，其中最主要的有：（1）减轻不确定性：模糊数学技术可以极大地减轻水资源开发和环境保护行为中的不确定性，通过可视化的模型分析出最优的控制措施，从而降低水质破坏和环境污染的风险。
（2）改善评价模型：模糊数学可以通过概率和模糊逻辑的方法对水质综合评价模型的计算结果进行修正，使其计算结果更加准确，从而提高了水质综合评价效果。
（3）节约时间：模糊数学方法可以有效地帮助进行水质综合评价，减少了大量人力和时间，提高了评价效率。
三、结论模糊数学是一种不断发展的新兴学科，其在水质综合评价方面具有许多优势。
它可以改善水质综合评价模型，减轻水资源开发和环境保护行为中的不确定性，并且节约了大量的人力和时间，提高了评价效率。
因此，模糊数学在水质综合评价中的应用前景广阔。
模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用摘要：为提升水环境质量评价的客观性、真实性与准确性，响应生态文明建设要求、推进生态环保进程，本文研究模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用。
介绍了模糊综合评价法的概念及应用原理；以某公园水体为例，分析模糊综合评价法在水环境质量评价中的应用，从准备工作、综合评价、结果分析三角度出发，列举应用策略，结合评价结果，提出相应的治理建议。
期望本文能够为相关工作者带来一定的参考作用。
关键词：模糊综合评价法；水环境；质量评价。
一、模糊综合评价法介绍在生态文明建设日益推进的时代背景下，水环境保护越发受到社会公众的一致重视。
目前看来，相关工作者多会采用模糊综合评价法，评估水环境的具体质量，具体而言，它是一种基于模糊数学模型的评价方法，其应用原理为结合模糊数学的隶属度，将定性评价转化为定量评价，进而准确评估得出水环境的具体质量，为环境保护工作提供一定的参考依据[1]。
在实际应用中，工作人员通常会采用此种方式，搜集与水环境质量变化的连续性、分级界限的模糊性有关的数据信息，在综合考虑多种因素的基础上，评估水环境的实际情况，实践证明，该方法有着较好的应用效果，得出的数据信息清晰、真实、可靠，同时具有较强的系统性，工作人员可借助该方法得出的数据，解决一些难以量化的生态环保问题，保障环境治理工作的顺利开展。
二、水环境质量评价应用模糊综合评价法的具体策略（一）准备工作通常情况下，在水环境质量评价中，工作人员应统筹考虑如下几点因素：感官性因素、氧平衡因素、营养盐类因子、毒物因子、微生物因子。
本文选择某一位于郊野公园的水体进行研究，该水体具有较强观赏性，因此开始正式的评估前，工作人员需参照《特征水质参数表》中对生活娱乐设施水体提出的要求，设计水环境质量评价因素集合。
本文设计了如下几类集合：PH、总磷、总氮、溶解氧、高锰酸盐指数。
毋庸置疑，实际应用中，水环境的优劣具有较强的模糊性，在测定水环境遭受污染的具体程度时，工作人员很难把控好受污染的实际界限，这些均属于水环境质量评价中的模糊现象，需借助模糊综合评价法来解决，具体的处理步骤一般如下：确定评价因素集合、确定评语集合、建立隶属函数、确定评价因子对评语集合隶属度、构建模糊矩阵、确立权重集合、得出综合评价结果[2]。
用模糊数学综合评价法对水质进行评价付智娟（中山市环境保护科学研究所，中山 542803）摘 要：综合评价法作为模糊数学的一种具体应用方法，在很多领域中得到了广泛的运用。
由于综合评价法的数学模型简单、容易掌握，更适合于对多因素、多层次的复杂问题的评价。
将其应用于对水质的评价能更客观、科学地反映水质情况。
关键词：模糊数学 ；综合评价法；水质评价法Abstract:As the praxis of fuzzy mathematics,comprehensive evaluation is prevalent used in many fields ,Because it is a simple mathematical model and easy to use,comprehensive evaalution has advantage to solve the complex problem that have more different ing it to evaluate the quality of water can get an objective and scientific result.Key words: fuzzy mathematics; comprehensive evaluation; evaluate the quality of water模糊数学理论是近年来发展起来的科学，水质的好坏具有模糊的概念，因此也可以用它来评价水质，对水质进行综合评价，打破以往仅用一个确定性的指标来评价水质的方法，并可以弥补其中的不足，更客观、科学地对水质进行评价。
现引用对某水质进行评价的例子来说明模糊数学综合评价在水质评价中的运用。
1. 基本概念 1. 1隶属度以往的水质分级中多用一个简单的数学指标为界限，造成界限两边分为截然不同的等级.例如参数DO ， I 级水的指标为7mg/L,则7.1mg/L 为I 级水，但DO 若为6.9mg/L 就的定为II 级水。
模糊不确定的水质智能评价随着工业化和城市化进程的加速，水质污染已经成为影响人们生产、生活和环境的严重问题。
如何准确快速地评价水质已成为研究的热点，而模糊不确定的水质评价方法在实践中得到了广泛应用。
一、模糊数学理论在水质评价中的应用模糊数学理论是针对处理存在不确定性和模糊性问题而发展出的一门学科。
模糊集合论和模糊逻辑学是模糊数学理论的重要组成部分。
在水质评价中，模糊数学理论主要应用于水质评价指标的隶属函数和权重的确定。
通过模糊隶属函数的设置，将水质评价指标从沿用的确定的数值转换为可度量的隶属函数，在保留决策者主观判断的同时，提高了评价指标的可比性和准确性。
同时，模糊权重的确定也能够将不确定性和主观性纳入到评价指标的决策过程中，使评价结果更加符合实际情况。
二、模糊综合评价在水质评价中的应用模糊综合评价是基于模糊数学理论开展的综合评价方法，它集成了主观和客观因素，能够有效地应对水质评价中不确定和模糊的情况。
模糊综合评价的具体步骤包括：确定评价指标和权重、构建评价指标的隶属函数、计算各评价指标的模糊综合值、确定评价结果。
其中，模糊综合值表示每个评价指标的模糊值与权重之间的关系，评价结果通过将各评价指标的模糊综合值进行集成得出。
三、基于模型的水质评价方法基于模型的水质评价方法将物理、化学和生物学领域的知识和模型应用于水质评价中，能够较为准确地模拟和预测水体的污染状态和趋势，是水质智能评价的重要手段。
基于模型的水质评价主要包括水质分区、数学模型和模型计算三个步骤。
水质分区将水质评价区域按照水体的属性、污染来源和治理措施分为不同的子区域，数学模型则是建立在物理、化学和生物学过程基础上的数学模型，用于模拟和预测水体的污染物浓度和分布规律，最后通过对模型进行计算得出相应的评价结果。
四、水质智能评价系统的设计与开发水质智能评价系统是将模糊数学理论、模型理论和计算机技术相结合，为决策者提供水质评价结果并进行评估的智能化评价工具。
模糊数学在地表水水质评价中的应用一、模糊数学在地表水水质评价中的应用1、模糊数学可以用来定量地表水质评价。
鉴于一个空间点地表水质评价结果不能仅按照数量的方式表达，而是以性质或其它因素为主，可以利用模糊数学的方法，对不同的污染指标进行综合统计，从而得出比较准确的结论。
2、模糊数学还能够用来分析不同的地表水水质变化趋势，特别是当地表水水质评价结果不稳定时。
模糊数学方法可以比较两个时期的水质状况，从而发现变化趋势。
3、利用模糊数学可以更好地定义地表水水质评价标准，特别是对于不同污染指标甚至同一污染指标的一致性评价标准。
模糊数学可以帮助水质评价人员在有限的数据可用的情况下更准确地定义水质标准，从而可以更好地控制地表水水质和其它水资源。
4、模糊数学也可以用于水质评价来确定基准值。
随着技术水平的提高，对地表水质评价基准也会有所调整。
模糊数学可以帮助水质评价人员更准确地定义基准值，从而更精确地评估地表水质变化。
二、模糊数学在地表水水质评价中的缺点1、模糊数学的绝对不可替代的缺点就是其复杂性，它的运算过程比较复杂，导致人们对它的掌握不够透彻。
2、模糊数学的结果存在一定的模糊性，而且需要评定结果概率。
但模糊数学在实践中很难精确测算出结果概率，这需要专业人员经验敏感。
3、模糊数学技术要求较高的计算环境，一般不适合小型的用户。
在大型的工程项目中，一般需要一台专用的服务器处理模糊数学的计算任务，这势必增加了成本。
4、最后且重要的是，由于模糊数学的研究存在一定的盲区，没有一个完整的有效的系统，所以模糊数学在实践中也存在一定的局限性，如果运用不当，可能会给水质评价造成不必要的影响。
浅谈模糊数学在浦南金山区河流水质评价中的应用摘要:随着浦南金山地区的水资源评价与保护的重要性日渐突出，对金山区河流水质评价要求也随之提高,以往的一般统计方法难以满足要求。
针对浦南金山区水资源状况与河流的特点，选择模糊数学综合评判法对金山区河流面杖港近期水质进行评价，说明模糊数学评价法在金山区河流水质评价中的适用性。
关键词:模糊数学；综合评判；水资源状况；评价因子；隶属函数；金山地区；面杖港
abstract: with the punan kingsoft region water resources assessment of the importance of protecting and becomes more and more serious, and to jinshan river water quality assessment requirements increases, the former general statistical methods are hard to meet the requirements. according to punan jinshan river water resources situation and features and choose a fuzzy mathematic comprehensive evaluation method of jinshan river port of rod surface water recent evaluation, shows that fuzzy mathematical evaluation method in jinshan river water quality assessment of applicability.
keywords: fuzzy mathematics; comprehensive evaluation; water resources situation; evaluation factors; membership functions; kingsoft region; rod surface port
中图分类号：g623.5文献标识码： a 文章编号：
一、浦南金山区水资源状况简介
金山之水源出浙江天目山区，经杭嘉湖平原，通过嘉善、平湖两地入境。
金山区水系按照上海市水利控制片划分，称为浦南地区，分为浦南东片和浦南西片。
通过近几年的河道水质监测，全区水质情况不理想，水质等级大多在四、五级,大多数监测断面地表水的水质都在iv类以下，地表水逐步失去作为饮用水源的功能，金山区水资源环境逐渐恶化。
但是，金山区的生产用水和生活用水都不得不以境内的地表水为水源【5】。
浦南金山地区的水资源评价与保护的重要性日渐突出，对金山区河流水质评价要求也随之提高。
二、针对浦南金山区水资源质量评价方法的探讨
准确的水资源质量评价评价是治理水体污染的基础工作，是治理决策的重要依据，因此选取一种适合的评价方法是至关重要的。
现金山区地表水水质评价多采用一般统计方法，以监测点的检出值与《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中标准值相比较，统计其检出数、检出率、超标率、超标倍数及其分布规律，该法适用于水环境条件简单、污染物质单一的地区，适合水质初步评价，计算简单，但应用有局限性，不能反映总体水质状况。
模糊数学综合评判法，首先对各项参数进行评价，同时考虑各项参数在总体中的地位，配以适当权重，然后引用模糊矩阵复合运算方法，经过推理运算，最后得到综合评价结果【3】。
该方法适用于区域现状评价和趋势评价，考虑了界限的模糊性，各指标在总体
中污染程度清晰化、定量化。
根据金山区的自然概况和地表水资源量特点，水质状况受上游来水、潮汐、污染等因素影响，存在模糊、不明确的方面，因此笔者初步尝试运用模糊数学综合评判法来对其进行分析评价。
选取了2011年上海市水环境监测中心金山分中心对面杖港断面的水质监
测数据作为评价的基础资料。
三、面杖港河流状况
面杖港是浦南西片中西部的重要区级河道，河流总体为东西走向，河流向东汇入秀州塘，西端与浙江平湖交界，承接该地部分上游来水，水系位置独特，水体功能不可替代。
总河长10800米，内河水位变幅一般，河道规模不大，全河段左右两岸均建有直立式浆砌块石驳岸护坡，但全河流河床抬高明显，河流两岸淤积较重，部分河段水草较繁茂，尤其是西段周边现状复杂，河流水面杂草繁衍，水下杂物颇多，底质状况甚差，水深较浅，船只通行困难。
四、面杖港水质模糊综合评价模型的建立
模糊数学综合评判过程一般可以归纳为以下几分步骤进行：1、评价因子的确立；2、评价集合的确定；3、隶属函数的建立；4、权重系数的计算5、综合评价计算。
（一）评价因子的确立
当评价因子很多时，其权重错综复杂，对于评价因子确定其全职的标准有2个，一是确定单个评价因子在总污染中起到影响，二是各因子之间的相互作用关系[4]。
在参考面杖港河道状况的基础
上，根据面杖港水环境功能区划的需要，选取了溶解氧、高锰酸盐、总磷、cod、氨氮5项指标作为评价因子。
（二）评价集合的确定
评价集是与因素集中评价因子相应的评价标准集合。
根据《地面水环境质量标准》（gb3838-2002），分为5个等级，其标准见表1，各项目检测依据见表2。
表1：《地面水环境质量标准》（gb3838-2002）（mg/l）
表2：各个项目检测方法
（三）隶属函数的建立
隶属函数确定的方法很多，根据不同的研究对象，采取不同的办法。
常用的隶属函数大致有降半矩形分布、降半梯形分布，降半正态分布等等。
本文采用降半梯形分布进行隶属度函数计算，以高锰酸盐指数与溶解氧指数为例：
同理，其它各项指标按同样方法求出各自的隶属函数。
面杖港水质监测点采取上海市水环境监测中心金山分中心2011年某月实测的五项水质指标数值如下（单位为mg/l）：
2.0/溶解氧，8.6/高锰酸盐指数，22.6/cod，
3.58/氨氮，0.586/总磷
由对应的隶属函数可算一个5×5的模糊关系矩阵：
（四）权重系数的计算
在面杖港水质评价中，水质环境要素评价确定权重系数时直接考虑其评价标准。
此时，权重系数可由下式计算得到
w溶解氧与其它几项wi的定义不同，因为溶解氧在水质特征上与其它几项指标不同，溶解氧值越高，水质越好。
sij为第i 个指标的第j 个评价标准。
最终的权重系数计算过程见表3。
表3 面杖港水质评价权重系数计算表
（五）综合评价计算
将权重系数模糊子集a和模糊关系矩阵r进行模糊复合运算：
因此，面杖港水质评价等级为：对ⅰ类水的隶属度为0 ，ⅱ类水的隶属度为 0，ⅲ类水的隶属度为0.11 ，ⅳ类水的隶属度为0.09 ，ⅴ类水的隶属度为0.80。
ⅴ类水的隶属度最大，结论是面杖港水体综合评价等级为ⅴ类水。
结语
从面杖港水体模糊综合评价等级来看，面杖港水质的水质属于ⅴ类水质，污染比较严重，其溶解氧含量已接近水发臭限值。
其污染加剧的原因，总的来说是因为随着金山地区经济的发展和人口的增加，排入河体的工业废水、生活污水日益增多，河流两岸淤积加
重，水下杂物增多，底质状况变差，河道自净能力不断下降。
从此次评价结果来看，模糊综合评价在多因子条件下判别水环境质量的归属问题，采用了隶属度的概念描述水质分级界线，注意到了实际界限的模糊性，较客观的反应了水环境质量状况。
进一步利用模糊综合评价的方法对金山区其他河流水质进行评价分析，与实际状况较为吻合。
运用模糊数学评价法进行水质评价对于掌握浦南片流域水资源质量状况起到良好的参考作用。
参考文献：
1、《水文知识读本（第三分册）》，王春泽、乔光建等，中国水利水电出版社，2011.10
2、《金山水利志·续志》（1993~2001），上海市金山区水务局编，上海电子出版有限公司出版发行，2011.8。
3、《水资源规划及利用》，顾圣平、田富强、徐得潜等，中国水利水电出版社；
4、《模糊数学在丹河水环境综合评价中的应用》，侯素霞等，《生态环境》 2008年4期
5、《浦南地区水资源现状及治理对策》，朱龙其，《上海水务》2002年2期
6、金山区水质监测资料（2011年7月），上海市水环境监测金山分中心；
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
