（环境工程专业论文）用模糊数学对大连湾水质的评价研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 由于海域水环境系统不确定性、随机性以及海域水质分级的模糊性，传统的海域水 质评价方法如单因子评价法、综合污染指数法往往不能客观地反映海域水资源的质量状 况。本论文以大连市环境监测中心在长期的研究和实践中积累的大量理论、方法和详实 数据为基础主要进行了以下的研究。 通过对大连湾海域环境的调查分析，归纳出大连湾海域沿岸的主要污染源，从这些 主要污染源排放废水中含有的污染物得出影响大连湾海域水质的污染因子，运用模糊数 学基本理论和基本方法，将模糊数学理论的隶属函数和隶属度等概念引入水质评价中， 用矩阵分析的方法构成模糊综合评价模式，通过建立多个污染评价因子的因子集、评价 集、隶属函数和权重集等模糊集合，根据各污染因子影响差异确定其权重，采用最大隶 属度原则和加权平均原则相结合，对大连湾海域水环境质量进行了模糊综合评价。得出 结论，大连湾海域的主要污染物为无机氮，造成无机氮污染的主要原因为大化集团排放 的废水含有大量的氨氮，同时周边市政排污1 3 的生活废水未经处理直接排放，其中含有 大量的氨氮，也是大连湾海域无机氮浓度较高的原因之一。 用模糊数学的方法对大连湾的水质环境质量进行评价，能够客观的分析出大连湾的 污染状况，为合理规划，控制大连湾沿岸污染企业的污水排放提供科学依据，从而达到 有计划地控制和治理海域污染，改善海域环境质量的目的。 关键词：水质；最大隶属度；模糊综合评价 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 s t u d y o na p p l i c a t i o no f f u z z ym a t h e m a t i c si na s s e s s i n gw a t e r q u a l i t yo fd a l a i nb a y a b s t r a c t d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i co fu n c e r t a i n t i e s ，r a n d o m n e s si no c e a ne n v i r o n m e n t a ls y s t e m a n dt h ef u z z i n e s so fw a t e rq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n , s o m et r a d i t i o n a lm e t l l o d so fa s s e s s i n gw a t e r q u a l i t y ，s u c ha su n i f a c t o r ，c o m p 佗h e m i v ei n d e xa n ds oo n , a l ep r o v e dt ob el i m i t e da n d i n e x a c ti na s s e s s i n gw a t e rq u a l i t y s o m er e s e a r c h e sb a s e do nal o to fd a t aa r c l l i v e di nd a l i a n e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gc e m e ra r em a d ea sf o l l o w i n g s f i r s t ，c o a s t a le n v i r o n m e n tp o l l u t a n ts o u r c e sd i s c h a r g e di n t od a l i a nb a yi ss u 九r e ”d ， m a i np o l l u t a n tf a c t o r si se x t r a c t e do u to fw a s t ew a t e rp o l l u t a n t n e x t ，a c c o r d i n gt ot h et h e o r y o ff u z z ym a t h e m a t i c s ，t h em o d e lo ff u z z ya s s e s s m e n to fa s s e s s i n gw a t e rq u a l i t yi sb u i l tb y i n t r o d u c i n gf u n c t i o no fm e m b e r s m pd e g r e ea n dm e m b e r s h i pd e g r e e i nh em e a n w h i l e ，s o m e f u z z ys e t si s c o n s t r u c t e dt h r o u g ht h em e t h o do fm a m xa n a l y s e s ，s u c ha sf a c t o rs e t so f p o l l u t a n ta s s e s s i n g ，a s s e s s i n gs e t ，m e m h e r s h i pf u n c t i o ns e ta n dw e i g h i n gs e ta n ds oo n f u r t h e r m o r e ，w e i g h i n go fe v e r yp o l l u t a n tf a c t o ri s i d e n t i f i e db yt h er u l eo fi n t e g r a t i n g m a x i m u mm e m b e r s h i pd e g r e ew i t hw e i g h i n gm e a n s f i n a l l y t h ec o n c l u s i o ni sd r a w nt h a t m a i np o l l u t a n ti nd a l i a nb a yi si n o r g a n i cn i t r o g e nd i s c h a r g e df r o md a h u ag r o u p ，a n d a m m o n i a - n i t r o g e no u to f t h eo t h e rs e w a g ea l s o ，t os o m ee x t e n t ，c o n t r i b u t e st ot h i ss i t u a t i o n t h er e s u l ts h o w st h a tf u z z ym a t l l e m a t i c sm e t h o da p p l i e dt oa s s e s sw a t e rq u a l t r yi n d a l i a nb a yi sr e a s o n a b l ea n dp o s s i b l e t h er e s e a r c ho f f e r sar e f e r e n c ef o ro c e a n e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta n de o n t r o ip o l l u t a n ti nd a l i a nb a y k e yw o r d s ：w a t e rq u a l i t y ；m a x i m u mm e m h e 稻h i pd e g r e e ：f u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：燃 导师虢 金生 z ，7 年，二月? r 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 大连湾海域环境概况和沿岸污染源调查及水质现状 1 1 大连湾海域环境概况 1 1 1 自然地理概况 大连湾位于大连北部，是大连地区黄海沿岸的第一大湾。东西长与南北宽略等，均 约1 4 公里，水域面积1 7 4 平方公里，岸线长1 2 5 公里。大连湾三面环陆，湾口朝向东 南，海底向湾口倾斜，海底平坦，5 1 0 米等深线占据整个海湾，湾口水深超过3 0 米， 平均水深1 5 米。大连湾岸线曲折，湾内套湾，内有青泥洼、臭水套、甜水套、红崖子、 大孤山共5 个小海湾。湾口有3 个小岛礁( 三山岛) 并列，构成南、北、中3 条入湾水 道，对港湾起到很好蔽护作用。湾内潮流流速不大，近岸最大流速为0 3 0 5 节，中 部最大流速为0 5 1 0 节，三山岛水道处最大流速为2 o 2 5 节。平均潮差2 1 3 米， 潮汐属规则半只潮。1 月份平均气温一3 ，8 月份为2 4 ，年均气温8 i o 。c 。 1 8 9 9 年，在湾南建大连港，成为中国北方第一天然良港，并带动了大连市的城市建 设和发展。 1 1 2 社会经济概况 ( 1 ) 城建 大连市始建于1 8 9 9 年。到1 9 0 3 年，建成拥有4 2 5 平方公里，4 万多人口初具规模 的港口城市。1 9 4 5 年8 月大连解放后至建国前，建成区面积4 5 平方公里，城市人口5 5 9 万人。 1 9 8 4 年4 月，国家计委批准大连市从1 9 8 5 年起实行计划单列；同年7 月，国务院 同意赋予大连市省级经济管理权限。1 9 9 4 年5 月，大连市由地级市升为副省级市。现大 连市区建成区面积1 5 5 6 7 平方公里，市区内人口2 6 7 7 8 万人。 ( 2 ) 工业 大连市工业化生产发展较早，历史悠久。海运、铁路、钢铁、机械、纺织、化工等 行业在解放初期就具有相当规模，在我国处于先进地位。历经几十年的发展，已成为我 国重要的产业门类齐全的综合性行业城市，据统计，全国已有的1 6 0 多个工业门类中， 大连市已具有1 4 0 多个，其中造船、机车、机械、化工、冶金、纺织、电子、建材等工 业在我国国民经济中具有举足轻重的地位。 ( 3 ) 水产业 大连市是中国重要的渔业生产基地和水产品集散地，渔业是地方经济的支柱产业。 远洋渔业和海水增养殖业发展速度快、规模大、技术成熟。养殖方式有浮筏、滩涂、底 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 播和陆地工厂化养殖。养殖品种2 0 多个，主要有海带、裙带菜、贻贝、扇贝、牡蛎、 海参、鲍鱼等。 1 1 3 社会经济发展规划 大连市政府在未来5 年中，要把大连建成经济发达、功能完善、环境优美、社会稳 定、文化繁荣、市风良好、人民安居乐业的现代化国际城市，实现国内生产总值年均增 长1 0 以上，人均国内生产总值突破4 0 0 0 美元；外贸自营出口年均增长1 4 左右；服 务业增加值占国内生产总值的比重提高到4 8 左右，高新技术产品产值占全市工业总产 值的3 3 以上；基本形成与国际通行规则相衔接的社会主义市场经济体制和运行机制； 城市功能显著增强，环境质量达到中等发达国家水平；科技、教育、文化、卫生、体育 等各项事业蓬勃发展：社会主义精神文明建设和民主法制建设明显加强；城镇居民人均 住宅使用面积达到1 6 平方米以上；城乡居民人均收入年均增长6 8 ，力争与经济 发展同步增长。 到2 0 1 0 年，大连市国内生产总值将达到5 4 0 0 亿元( 当年价) ，年平均递增1 0 。 大连市的产业结构要实现以下三个战略转变：一是资源消耗型和污染增加型向资源节约 型和环境保护型转变，实现清洁生产；二是工业经济主导型向口岸服务经济型转变；三 是传统工业型向高新技术型转变。另外，要大力发展生态高效性农业，建成现代农业强 市；改造和升级传统工业，建成技术先进、产业结构合理、产品市场竞争力强的新兴工 业基地；大力发展第三产业，成为东北地区的交通运输枢纽和金融、商贸、旅游、信息 中心。在劳动生产率、科技教育综合能力、人民生活水平等方面达到中等发达国家水平。 把大连建成城市布局和产业结构合理、环境基础设施完善、能源和资源利用合理、自然 生态良性循环、环境质量达到世界先进水平的国际性城市。 i 1 4 大连湾海域历年功能区划状况 大连市人民政府1 9 9 6 年1 2 月1 8 日关于印发大连市近岸海域、地面水环境功能 区区划及管理的通知( 大政发 1 9 9 6 1 11 3 号文件) 将大连市海域分为五类环境功能区。 大连湾海域寺儿沟油码头东侧至龙头石连线以西海域( 面积约3 0 平方公里) 、和尚岛 码头所占海域( 1 6 公里码头岸线向海延伸1 0 0 0 米) 为五类环境功能区：黄白嘴至龙头 石连线、黄白嘴至大孤山连线和龙头石至大连港第二货轮锚地连线所包围的海域为四类 环境功能区；龙头石至棉花岛连线以北海域为三类环境功能区：大连湾其他海域为二类 环境功能区。执行海水水质标准( g b3 0 9 7 8 2 ) ，此标准只分为三类标准。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 9 9 8 年1 2 月3 日大连市人民政府( 大政发 1 9 9 8 1 9 6 号文件) 关于调整大连市近 岸海域环境功能区区划的通知将大连市海域划分为四类环境功能区。大连湾海域寺儿 沟油码头东侧至龙头石连线以西海域( 面积约3 0 平方公革) 、和尚岛码头所占海域( 1 6 公里码头岸线向海延伸1 0 0 0 米) 、大连湾渔港为四类环境功能区；黄白嘴至龙头石连 线、黄白嘴至大孤山连线和龙头石至大连港第二货轮锚地连线所包围的海域为三类环境 功能区；大连湾其他海域为二类环境功能区。执行海水水质标准( g b3 0 9 7 1 9 9 7 ) ， 此标准分四类。 2 0 0 6 年5 月2 3 日辽宁省环保局( 辽环函| 2 0 0 6 1 5 7 号) 关于大连市近岸海域环境 功能区划调整的复函将大连市近岸海域环境功能区划重新进行了调整，见图1 1 。大 连湾海域功能区划分如下： ( 1 ) 海之韵公园西端至海中一点( 和尚岛煤码头东端至大三山岛西南角连线和海之 韵公园西端至大孤山半岛山西头连线的交汇点) 至开发区日清码头东端连线以西所包围 的海域( 不包含碧海山庄附近海域和开发区红土堆子湾底至日清码头东端连线以j 西海 域) 。 ( 2 ) 碧海山庄所在海岸线向海延伸2 0 0 0 米。 ( 3 ) 开发区红土堆子湾底至日清码头东端连线以西海域。 ( 4 ) 三山岛周围5 0 0 米海域定为一类环境功能区。 ( 5 ) 大连湾其余海域为二类功能区。 3 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 图1 1 辽宁省大连市近岸海域功能区划示意图 f i g 1 1m 印o f f u n c t i o np a r t i t i o n o f o f f - s h o r e i n l i a o n i n g 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 1 5 大连湾功能区划现状 近年来，大连湾沿岸企业分布、排污口分布、滩涂状况均发生了很大的变化，新建 扩建港口，使得海域功能区也发生了相应当变化。2 0 0 5 年，市环保局为了能对大连湾海 域进行更好的保护和开发，决定对其环境功能区划进行调整，调整后的大连湾海域环境 功能区，更符合大连市“十一五”规划的发展需要，在大连市的经济建设快速发展的同 时，也为保护海洋环境作了很好的规划。 1 2 大连湾海域沿岸污染源调查 。十五”期间，大连市环境监测中心对大连市区内的排污口进行了一次全面彻底的 调查，为本次研究提供了完善的基础资料。 根据调查结果，大连市内四区现有排水区l o 个，其中，排水进入大连湾海域的排 水区6 个。即大连湾排水区、三道沟排水区、甘井子排水区、春柳排水区、青泥排水区、 寺儿沟排水区。上述排水区原有1 0 1 个直排口，现在还有8 1 个，见图1 2 。2 0 0 0 年，通 过上述排污口排入大连湾海域的水量总计6 9 2 8 1 亿吨，其中工业废水2 6 2 3 0 亿吨，生 活污水0 ，6 11 2 亿吨，养殖海水3 6 6 9 0 亿吨。工业废水包括工艺废水和冷却海水两部分， 工艺废水为0 6 1 7 1 亿吨，冷却海水为2 0 0 5 8 亿吨。 排入大连湾的工艺废水排放量和生活废水排放量相当接近，两者合计1 2 2 8 3 亿吨， 这两部分废水对大连湾海域的污染影响是最大的。 1 2 1 大连湾排污口污水排放状况 排入大连湾的排污口中，编号为d 6 8 、d 6 9 、d 7 0 的三个排污口排放养殖海水。d 6 8 隶属于大连湾海珍品厂。养殖海水年排放量为1 5 亿吨；d 6 9 、d 7 0 隶属于大连北大水 产有限公司，养殖海水年排放量均为】，0 8 亿吨。上述三个排污口年排放水量合计3 ，6 6 亿吨，占排入大连湾总水量的5 2 8 ，比例虽然大，但用于养殖中的循环换水，不引入 污染物质，重点研究大连湾工业废水和生活污水排放情况，两者合计排放量为3 2 3 4 2 亿吨，以后我们将这两部分污水量作为大连湾污水总排放量。 大连湾有9 个排污口年排放污水量在1 0 0 0 万吨以上，这9 个污水排放口是大连湾 最重要的排放口，污水排放量合计2 6 7 5 8 亿吨，占大连湾污水排放量的8 1 7 3 。其中 有6 个属于工业企业废水排放口，排放的企业分别为大连石油七厂( d 4 2 ) 、大连化学 工业公司( d 3 9 、d 3 7 、d 3 9 ) 、大连氯酸钾厂和大连染料厂( d 5 3 ) 、大连钢铁集团( d 3 6 ) 等5 家大型企业，这5 家企业也是大连市重点工业污染源和工业废水排放大户，合计排 放量占大连湾污水总排放量的6 8 1 l ，占大连湾工业废水总排放量的8 5 2 2 。其它3 5 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 图1 2 大连市区沿海直排口分布图 f i g 1 2m a p o f o u t l e td i s t r i b u t i o ni nd a l i a nc o a s t 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 个排污口( d 3 5 、d 3 6 、d 1 0 ) 属于市政排放口，合计排放量占大连湾废水总排放量的 1 3 6 2 ，占大连湾生活污水总排放量的7 2 0 7 ，见表1 1 ，图1 3 。 表1 1 大连湾主要污水排放口( 年捧放量1 0 0 0 万吨以上) t a b 1 1m a i no u t l e t o f w a s t e w a t e r i n d a l i a n b a y 图1 3 大建湾污水排放量t 0 0 0 万吨以上排污口分布图 f i g 1 3 d i s c i b u t i o no f o u t l e to v e r1 0 ，0 0 0 。0 0 0t o ni nd a l i a nb a y 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 大连湾污水排放量在1 0 0 万吨1 0 0 0 万吨之间的排污口有1 2 个，1 2 个排污口有3 个属于工业企业直排口，其它均为市政、工业企业混合排放口，污水排放量合计o 5 1 9 1 亿吨，占大连湾污水排放量的1 6 0 6 ，见表1 2 ，图1 4 。 表1 2 大连湾主要污水排放口( 年排放量1 0 0 1 0 0 0 万吨) t a b 1 2m a i no u t l e ti nd a l i a nb a y 图1 4 大连湾污水排放量1 0 0 1 0 0 0 万吨排污口分布图 f i g 1 4 d i s t r i b u t i o no f o u t l e t sd i s c h a r g e i n gr a n g ef r o m1 , 0 0 0 ，0 0 0t o1 0 ，0 0 0 ，0 0 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连湾年污水排放量在1 0 0 万吨以下的排污口共有3 0 个，占大连湾废水年排放量 的2 2 6 。 除上述5 4 个主要排污口外，大连湾还有2 7 个排放口，这2 7 个排放口多用于泄洪， 平时水量很小或者基本无水。 大连湾沿岸分布着众多的排污口，但废水主要集中在d 4 2 、d 3 9 、d 4 1 、d 3 5 等少 数几个大排污口排放，如年排放量在1 0 0 0 万吨以上的9 个排污口合计排放量就已经占 了大连湾总排放量的8 l 以上。这些大排污口主要分布在大连湾北部甘井子工业区，是 大连主要的老工业区。 1 2 2 大连湾排污口污染物排放情况 据2 0 0 0 年排污口调查和监测结果统计，排入大连湾的污染物总量为7 4 4 4 3 吨，其 中c o d 4 8 5 8 7 吨、悬浮物1 9 6 5 0 吨、氨氮5 0 6 4 吨、油类9 5 1 吨、挥发酚1 9 5 4 4 吨、硫 化物3 5 2 4 2 吨、氰化物1 2 5 6 吨、六价铬0 0 0 8 吨、硝基苯1 7 4 9 3 吨、磷1 7 3 9 2 吨。 ( 1 ) c o d c o d 累计排放量达总排放量8 5 的排污口有l o 个，其中5 个为市政排污口，5 个 为工业排污口，市政排污口中排放量最大的为d 3 5 ，即春柳河，该排污口年污水排放量 为1 7 3 6 万吨，c o d 排放量为9 8 6 9 吨，占大连湾c o d 总排放量的2 0 3 l ，该排污口 也是大连湾最大的c o d 排放口。企业排污口中排放量最大的是d 3 9 ，属于大连化学工 业公司排污口，该排污口年废水排放量达5 6 7 6 万吨，c o d 排放量8 3 5 7 吨，占大连湾 c o d 总排放量的1 7 2 0 ，为大连湾第二大c o d 排放口。 ( 2 ) 氨氮 氨氮是大连湾的主要污染物之一，大连湾氨氮排放量最大的排污口是大连化学工业 公司的d 3 9 排污口，年排放氨氮1 3 9 3 吨，占大连湾年总排放量的2 7 5 l ：其次是市政 中的d 3 5 排污口，年排放氨氮1 2 0 4 吨，占大连湾年总排放量的2 3 7 9 。上述两个排污 口氨氮合计排放量占大连湾总排放量的5 0 以上，其它比较重要的氨氮排污口还有大化 的d 3 7 、市政的d 1 0 、d 0 8 等。 ( 3 ) 石油类 石油类也是大连湾的重要污染物之一，大连湾比较重要的油类排放口有市政排放口 d 3 5 ，排放量为2 7 5 吨，占大连湾总排放量的2 8 9 6 ；其次是大连染料厂的d 7 3 ，排放 量1 5 8 吨。百分比为1 6 6 7 ：其它比较重要的排放1 3 还有d 5 3 ( 大连染料厂、煤气新 厂) 、d 3 6 ( 大连化学工业公司) 、d i 5 ( 造船厂) 、d 4 2 ( 石油七厂) 等。 ( 4 ) 总磷 总磷主要来自生活污水，比较重要的排放口有市政的d 3 5 排放1 3 ，排放量为4 6 5 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 吨，占大连湾总排放量的2 6 7 4 ：其次是市政的d 1 0 、d 1 0 、d 0 8 、d 1 3 等排放口，上 述5 个排放口是市区内市政主要排污管道，总磷排放量合计为1 5 0 吨，百分比为8 6 3 。 除生活污水排放外，工业企业也排放少部分磷，主要排放企业为大连化学工业公司。 够) 其它污染物 挥发酚主要排放口为石油七厂的d 4 1 ，该排放口挥发酚排放量8 1 7 4 吨，占总量的 4 1 8 2 ；硫化物的主要排放口有市政的d 3 5 、石油七厂的d 4 2 和市政的d o g 等，排放 量合计2 4 9 3 吨，占总量的7 0 6 6 ；氰化物的主要排放口有石油七厂的d 4 2 、d 4 1 和大 连化学工业公司的d 3 7 ，排放量合计为o 7 2 9 吨，占总量的5 8 0 4 ；硝基苯的排放口为 大连染料厂的d 7 3 和d 5 3 ，排放量合计为1 7 4 9 3 吨，占总量的1 0 0 。 1 2 3 小结 ( 1 ) 大连湾沿岸分布着8 1 个排放口，其中排放各类工业废水和生活污水的排污口有 5 4 个，废水主要集中在d 4 2 、d 3 9 、d 4 1 等少数几个大排污口排放，年排放量在1 0 0 0 万吨以上的9 个排污口合计排放量占大连湾废水总排放量的8 l 以上，这些大排污口主 要分布在大连湾北部甘井子工业区和西部五一广场工业区一带。 ( 2 ) 按等标污染负荷比排序，排入大连湾废水中主要污染物依次为氨氮、c o d 、油 类和总磷，其中以氨氮的等标污染负荷比最大，占总污染负荷的6 9 4 7 ，是陆源排入 大连湾的首要污染物1 2 8 。 1 ，3 大连湾海域水质现状 大连地区的近岸海域水质监测始于二十世纪七十年代初，截至2 0 0 5 年1 2 月，大连 市共有海域水质监测点位3 3 个，涉及水文气象、物理、金属、非金属化合物、有机化 合物等2 5 个监测指标，每年对近岸海域进行枯、丰、平三个水期的监测。 2 0 0 5 年，大连市区近岸海域的大连湾水质监测站位共1 7 个，详见表1 3 。水质分 析项目及分析方法详见表1 4 。其站位设置见图1 5 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表1 3 大连湾海域水质监测站位 t a b i 3 m o n i t o r i n gs i t ei nd a l i a nb a y 1 l 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 一1 2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图i 5 大连湾海域监测点位示意图 f i g 1 5m a p o f m o n i t o r i n gs i t e s i n d a l i a n b a y 2 0 0 5 年，大连湾无机氮均值为l ，0 6 毫克升，超二类标准2 5 倍。二类功能区无机 氮年均值为0 2 4 0 毫克，升，符合标准，一次最大值0 6 5 0 毫克，升，超二类标准1 2 倍， 一次值超标率为2 6 7 ；三类功能区无机氮均值为i7 2 毫克，升，超过三类标准3 3 倍， 一次最大值3 0 7 毫克升，超三类标准6 7 倍，次值超标率为1 0 0 ：四类功能区无机 氮均值为1 7 6 毫克升，超过四类标准2 5 倍，一次最大值】0 4 毫克升，超四类标准1 9 8 倍，一次值超标率为6 0 麟。 2 0 0 5 年，大连湾活性磷酸盐年均值符合二类标准，各功能区年均值符合相应功能区 标准，二类海域功能区一次最大值o 0 4 4 7 毫克升，超二类标准0 5 倍，一次值超标率为 6 1 0 9 ，四类海域功能区一次最大值0 0 7 9 1 毫克，升，超四类标准0 g 倍，一次值超标率 为1 5 2 。 2 0 0 5 年，大连湾石油类年均值符合二类标准，各功能区年均值符合相应功能区标 准，二类海域功能区一次虽大值为o 0 5 4 毫克升，超二类标准0 1 倍，一次值超标率为 6 7 。其它监测项目年均值及一次值符合所在功能区标准b w 。 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 1 4 海域水质环境质量的评价方法 1 4 1 单因子评价法 单因子污染指数法是将某种污染物实测浓度与该种污染物的各级评价标准进行比 较以确定水质类别的方法。即将每个水质监测项目与海水水质标准( g b3 0 9 7 1 9 9 7 ) 中的四类标准进行比较，确定水质类别，最后选择其中最差级别作为该区域的水质状况 类别。 1 4 2 综合指数评价法 综合指数评价是选择一定数量( 或全部) 的海水监测项目为评价因子，使用同一标 准计算综合污染指数值，然后通过海域水质等级划分标准确定污染级别。 ( 1 ) 评价标准 采用国家海水水质标准( g b3 0 9 7 1 9 9 7 ) 中一类标准。 ( 2 ) 污染因子选择 选择无机氮、石油类、活性磷酸盐、化学需氧量、挥发酚、氰化物、砷、汞、总铬、 镉、铅、铜和锌1 3 项污染物作为评价因子。 ( 3 ) 计算公式 各站位综合污染指数计算公式为： p ：争旦 智c i o 式中：p 一综合污染指数； c f 一某项污染物年均值； c i o 一某项污染物评价标准； ”一参与评价的污染因子项数。 ( 4 ) 水质等级划分 水质污染等级划分方法详见表1 5 。 一1 4 ( 1 2 ) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 严重污染 重污染 轻污染 清洁 四项超标。单项超标1 0 倍以上。二项超标，单项超标1 5 倍以上。 四项超标单项超标超3 倍。三项超标，单项超标小丁5 倍。二项超标 超标倍数在3 6 之间。 两项超标，单项超标均小于3 倍。 全不超标或一项超标小于o 2 倍。 1 4 3 模糊数学评价法 ( 1 ) 模糊数学的产生 在日常生活中，经常遇到许多模糊事物，没有分明的数量界限，要使用一些模糊的 词句来形容、描述。比如，比较年轻、高个、大胖子、好、漂亮、善、热、远。在 人们的工作经验中，往往也有许多模糊的东西。例如，要确定一炉钢水是否已经炼好， 除了要知道钢水的温度、成分比例和冶炼时间等精确信息外，还需要参考钢水颜色、沸 腾情况等模糊信息。 1 9 6 5 年，美国控制论专家、数学家查德发表了论文模糊集合，标志着模糊数学 这门学科的诞生。 模糊数学作为一个新兴的数学分支，使过去那些与数学毫不相关或关系不大的学科 ( 如生物学、心理学、语言学、社会科学等) 都有可能用定量化和数学化加以描述和处 理，从而显示了强大的生命力和渗透力，使数学的应用范围大大扩展。模糊数学自身的 理论研究进展迅速，模糊数学目前在自动控制技术领域仍然得到最广泛的应用，并在计 算机仿真技术、多媒体辨识等领域的应用取得突破性进展；模糊聚类分析理论和模糊综 合评判原理等更多地被应用于经济管理、环境科学以及医药、生物、农业、文体等领域， 并取得很好效果。 ( 2 ) 模糊数学的研究内容 模糊数学的研究内容主要有以下三个方面； 第一，研究模糊数学的理论，以及它和精确数学、随机数学的关系。察德以精确数 学集合论为基础，并考虑到对数学的集合概念进行修改和推广。他提出用“模糊集合” 作为表现模糊事物的数学模型。并在“模糊集合”上逐步建立运算、变换规律，开展有 关的理论研究，就有可能构造出研究现实世界中的大量模糊的数学基础。能够对看来相 当复杂的模糊系统进行定量的描述和处理的数学方法。 堪 3 呦脚愁 扰 8 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 在模糊集合中，给定范围内元素对它的隶属关系不一定只有“是”或“否”两种情 况，而是用介于0 和l 之间的实数来表示隶属程度，还存在中间过渡状态。比如“老人” 是个模糊概念，7 0 岁的肯定属于老人，它的从属程度是l ，4 0 岁的人肯定不算老人， 它的从属程度为0 ，按照查德给出的公式，5 5 岁属于“老”的程度为0 5 ，即“半老”， 6 0 岁属于“老”的程度o 8 。查德认为，指明各个元素的隶属集合，就等于指定了一个 集合。当隶属于0 和1 之间值时，就是模糊集合。 第二，研究模糊语言学和模糊逻辑。人类自然语言具有模糊性，人们经常接受模糊 语言与模糊信息，并能做出正确的识别和判断。 为了实现用自然语言跟计算机进行直接对话，就必须把人类的语言和思维过程提炼 成数学模型才能给计算机输入指令，建立和是的模糊数学模型，这是运用数学方法的 关键。查德采用模糊集合理论来建立模糊语言的数学模型，使人类语言数量化、形式化。 如果我们把合乎语法的标准句子的从属函数值定为l ，那么，其他文法稍有错误， 但尚能表达相仿的思想的句子，就可以用以0 到1 之间的连续数来表征它从属于“正确 句子”的隶属程度。这样，就把模糊语言进行定量描述，并定出一套运算、变换规则。 目前，模糊语占还很不成熟，语言学家正在深入研究。 人们的思维活动常常要求概念的确定性和精确性，采用形式逻辑的排中律，既非真 既假，然后进行判断和推理，得出结论。现有的计算机都是建立在二值逻辑基础上的， 它在处理客观事物的确定性方面，发挥了巨大的作用，但是却不具备处理事物和概念的 不确定性或模糊性的能力。 为了使计算机能够模拟人脑高级智能的特点，就必须把计算机转到多值逻辑基础 上，研究模糊逻辑。目前，模糊逻辑还很不成熟，尚需继续研究。 第三，研究模糊数学的应用。模糊数学是以不确定性的事物为其研究对象的。模糊 集合的出现是数学适应描述复杂事物的需要，查德的功绩在于用模糊集合的理论找到解 决模糊性对象加以确切化，从而使研究确定性对象的数学与不确定性对象的数学沟通起 来，过去精确数学、随机数学描述感到不足之处，就能得到弥补。在模糊数学中，目前 已有模糊拓扑学、模糊群论、模糊图论、模糊概率、模糊语言学、模糊逻辑学等分支1 “。 ( 3 ) 模糊数学的发展 模糊数学及其应用学科新进展分析： 模糊数学目前在自动控制技术领域仍然得到最广泛的应用，所涉及的技术复杂 繁多，从微观到宏观、从地下到太空无所不有，在机器人实时控制、电磁元件自适应控 制、各种物理及力学参数反馈控制、逻辑控制等高新技术中均成功地应用了模糊数学理 大连理工大学专业学位硕士学位论文 论和方法。 模糊数学在计算机仿真技术、多媒体辨识等领域的应用取得突破性进展，如图 像和文字的自动辨识、自动学习机、人工智能、音频信号辨识与处理等领域均借助了模 糊数学的基本原理和方法。 模糊聚类分析理论和模糊综合评判原理等更多地被应用于经济管理、环境科学、 安全与劳动保护等领域，如房地价格、期货交易、股市情报、资产评估、工程质量分析、 产品质量管理、可行性研究、人机工程设计、环境质量评价、资源综合评价、各种危险 性预测与评价、灾害探测等均成功地应用了模糊数学的原理和方法。 地矿、冶金、建筑等传统行业在处理复杂不确定性问题中也成功地应用了模糊 数学的原理和方法，从而使过去凭经验和类比法等处理工程问题的传统做法转向数学 化、科学化，如矿床预测、矿体边界确定、油水气层的识别、采矿方法设计参数选择、 冶炼工艺自动控制与优化、建筑物结构设计等都有应用模糊数学的成功实践。 医药、生物、农业、文化教育、体育等过去看似与数学无缘的学科也开始应用 模糊数学的原理和方法，如计算机模糊综合诊断、传染病控制与评估、人体心理及生理 特点分析、家禽孵养、农作物品种选择与种植、教学质量评估、语言词义查找、翻译辨 识等均有一些应用模糊数学的实践，并取得很好效果。 ( 4 ) 模糊数学在环境方面的应用 近二十年来模糊数学的研究和应用更为深入和广泛，模糊数学已在环境科学领域中 得到了初步的应用，在环境科学中有许多模糊性问题，如大气污染程度分析、地下水污 染现状分析、噪声污染现状分析、环境评价、环境污染物分类、环境区域划分等方面。 上世纪9 0 年代以来，国内外学者应用模糊数学进行环境管理和环境评价方面，特别是 水质评价方面取得了一些研究成果。用模糊数学方法进行数据处理，均获得了有益的结 果。模糊数学已为进行环境质量评价提供了有效的方法，对环境质量综合评价工作的开 展起着推动作用。 f a n g ”3 和n i n gs k 嘲分别利用用模糊数学的方法对城市空气监测位和河流领域各监 测点位进行优化管理，取得较好的效果；m a h a l a k s h m i “1 利用模糊集合方法进行点源和非 点源对河流排放污染物的优化分配使得河流的水质达到标准，成功的解决了排污收费不 确定性问题：l e ec s ”1 等采用交互式模糊优化法解决多水质管理中的目标优化问题； h a i y a n1 j f ”1 应用模糊数学对株洲的总体环境包括水、气、噪声废弃物等进行总体评价； c h a n gn b ”将模糊综合评价法应用于台湾t s e n g - w e n 河的水质评价，制定出一套有效的 水质管理方案；l ur s ”1 等将模糊数学与自组织地图数据库相结合对f e i t s u i 水库的富 营养进行研究，揭示了水中磷酸盐和叶绿素a 浓度高的原因；l i o uy t 9 1 则提出一个模糊 用模糊数学对大连湾水质的评价研究 聚类模型对水库水质进行富营养化分类并与用c a r l s o n 分类法比较进行敏感性分析； u r i c c h i ov f “0 1 等以匈牙利z a l a 河为例成功地利用模糊集合的解决了由于数据缺少所引 起的决策支持系统不确定性，对z a l a 河的污染进行风险评价；l i o us m 1 对水质监测数 据通过模糊集合理论进行两段分析，构成不同类型的隶属度函数，标准化河流污染指数， 用扩展模糊c 均值法，评价k e e l i n g 河。 刘春风，翟瑞彩“”基于模糊数学的水质分析，提出了水质的模糊分析方法，根据模 糊数学的综合评判原理，对水质进行单级或多级综合评判。通过对4 种合成算子的结果 比较，选出合适的算子，然后由最大隶属度原理决定水质的好坏，并且利用插值方法给 出所需要的数据，根据模糊概率来估测水质中所含参数的变化，以便采取有效的措施来 控制水质污染。最后，根据上述理论编制了有效的计算机程序，对香溪河水质进行了分 析。通过应用模糊数学方法对香溪河口及其各断面水质进行了综合评判，其计算值与实 测值评判的结果一致，客观地反映了该流域水质的情况，应用模糊概率分析水质参数是 一项新而有意义的尝试，若隶属函数取得合适，此模糊概率将能更好地反映客观实际， 为控制水质污染提供理论依据。 席新林“4 等人基于m a t l a b 三种模糊算子的地下水水质评价模型，应用模糊集理论， 选用三种不同的算子算法，对1 9 9 0 年云南省楚雄市地下水丰、枯两期水质分析资料进 行了模糊数学的评价，其结果与客观实际情况相符。 陈粱擎，冯绍元1 等人关于对北京大兴区浅层地下水水质初步评价一文中，采用模 糊数学方法对大兴区8 2 个浅层地下水监测井的水质进行了现状评价，结果表明，中西 部水质较好，要为i i 类和i i l 类水，而北部、南部和东部大部分地区水质较差，主要为 类和v 类水，得出结论，造成本区地下水水质污染的主要原因是过境污水的渗透，不适 当的污水灌溉。 杨丽婷，董艳秋，翟瑞彩“”等的应用模糊数学分析水质及预测污染负荷一文，提出 关于水质和污染负荷的模糊分析方法，采用多因素模糊评判对水质进行单级或多级综合 评判，根据最大隶属原理决定其水质好坏；采用模糊关系法预测污染负荷。用两极模糊 综合评判法，根据三峡库区香溪河长期观察资料进行了水质分析，得到合理的结果；引 进工业污染的模糊关系，根据该地区有关资料，首次提出并采用模糊关系法预报了未来 的污染负荷度分析，且判断准确，符合实际情况。 章炎麟“的模糊数学在水环境评价中的应用介绍了模糊数学法在环境评价中的应 用，并且以此方法对黄石市某水体水环境重金属污染进行了模糊综合评价。评价结果表 明应用模糊综合评价可有效地进行监测水体约污染物的主成分和相对污染程； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 杨林，张德，闫娥，吴启勋“7 1 等人的模糊综合评价法判断监测断面的主要污染物 文章中，应用模糊综合评价方法，对监测断面污染物的主成分进行分析，判断出该断面 的主要污染物是石油类、酚类和氨氮。从污染程度看。扎麻隆较轻，报社桥严重，综合 评价的结果符合实际情况。通过湟水流域各断面模糊综合评价，得出结论，水质污染趋 势为：源头扎麻隆水质良好，一二级含量高；新宁桥断面受沿岸工业区的污染，水质下 降至5 6 ，为五级水：由于水体自净作用，小峡桥断面水质有所好转，这一结果符合湟 水流域( 西宁地区) 水质的实际情况。 邹海明，李粉茹“”的基于实例的水质模糊综合评价文章介绍模糊综合评价法，并运 用此方法对三峡库区重庆等城市长江段地面水质监测断面进行评价。模糊综合评价结果 与实际污染情况相吻合，能客观地反映多因子共同作用下的地面水环境质量状况，这为 制定水环境宏观决策提供了必要的科学参考。 贾陈忠，秦巧燕，张竹清等“”运用模糊数学基本理论和基本方法，将模糊数学理论 的隶属函数和隶属度等概念引入水质评价中，用矩阵分析的方法构成模糊综合评价模 式。通过建立多个污染评价因子的因子集、评价集、隶属函数和权重集等模糊集合，根 据各污染因子对水质的影响差异确定其权重，采用最大隶属度原则和加权平均原则相结 合，对荆州市地表水环境质量进行了模糊综合评价。结果表明：荆州市地面水污染相当 严重，有机物污染占主导地位；主要污染来源是生活污水及造纸、纺织、印染废水的直 接排入，结论符合实际情况。同时说明模糊综合评价法的合理性和可靠性，对于环境质 量综合评价具有实际意义。 杨海燕，夏正楷”运用模糊数学的方法对该地区地下水中n i l + 、n 0 3 、c l 、总硬度、 n 0 2 一、c o d 、f e 、f 一、c r ”九种组分的分析结果进行了数据处理，并在此基础上，将该区地 下水按水质好坏划分为五个等级，其中区内大部分地区属于水质较好的i i 级地下水分布 区。受人类活动影响，水质最差的五级地下水主要分布在工厂和居民区集中的地区。 汪尚朋、李江云、郑旭荣”水质模糊评价的探讨一文中，首先建立了利用模糊数学 对水环境评价的模型，并在模糊综合评价中就各污染因素对整个水环境污染的作用进行 了定量分析，进一步客观的进行评价。在计算权重时充分考虑污染因子在数量和性质方 面对权重的作用，在多污染因子影响的水环境评价中，通过对污染因子按其属性及其评 价目标进行了集合，这样可更真实地反映各因子之间的关系以及对整个污染的作用。 李进”“等将模糊数学应用于水质评价中。模糊综合评价法通过建立和确定因子集、 评价集、隶属函数和权重集等模糊集合，进行环境评价。选择成阳市地表水环境质量对 模糊综合评价法进行验证。评价结果符合实际情况。说明模