一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，包括以下步骤：采用箱型图统计筛选出水质参评因子；建立改进的模糊综合评价模型：在梯形函数的基础上，确定改进的六级隶属度函数，计算出水质参评因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊关系矩阵，得到模糊综合评价结果，确定出水质类别；采用模糊标识指数呈现出水质评价结果。本发明专利技术不仅可以提高水质评价的精度，还使得评价结果简单直观且传达的信息更丰富，可为进一步推进水环境污染治理工作提供技术和理论支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，更具体的说，是涉及一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法。
技术介绍
水功能区水质达标评价是分析计算水体纳污能力，提出不同规划水平年水体纳污总量控制方案，强化水功能区管理和保障水资源可持续利用的重要依据。为了对水功能区水质进行合理评价，选取的水质达标评价方法除了应能准确地反映实际污染状况，其评价结果还应简单直观，且包含水质类别、水质达标状况、主要污染物等基本信息。传统的水质达标评价方法主要包括单因子评价法[1]、模糊综合评价法[2]等，其中，单因子评价法认为超标最严重的因子对整个评价结果起决定性作用,而忽略了其他因子的影响,具有一定的片面性；模糊综合评价法充分考虑了每个因子对综合评价结果的贡献,但仍存在隶属度函数判定区间不准确、评价结果表达单一等问题，不能全面评价区域水资源保护成效及直接指导区域水环境治理工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，以提高模糊综合评价的精度和简单直观地标识水功能区水质达标状况、水质类别和主要污染物等重要水质信息，为进一步推进水环境污染治理工作提供技术和理论支持。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，包括以下步骤：(1)采用箱型图统计筛选出水质参评因子；(2)建立改进的模糊综合评价模型[2]：在梯形函数的基础上，确定改进的六级隶属度函数，计算出水质参评因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊关系矩阵，得到模糊综合评价结果，确定出水质类别；(3)采用模糊标识指数呈现出水质评价结果。所述步骤(2)中改进的六级隶属度函数表示如下：式中，xi为第i个水质参评因子质量浓度的实际监测值；Sik为第i个水质参评因子第k类水的隶属度区间端点值；rik为第i个水质参评因子对于第k类水的隶属度。所述第i个水质参评因子第k类水的隶属度区间端点值Sik为：式中：Tit(Ti1<Ti2<…<Tit)为第i个水质参评因子的第t级水质标准值[3]；为第i个水质参评因子的自定义值,满足Si1≤Si2≤Si3≤Si4≤Si5≤Si6条件。所述步骤(2)中模糊关系矩阵R表示为：所述步骤(2)中模糊综合评价结果A表示为：式中，wi为第i(i＝1,2,…,n)个水质参评因子的权重；ak(k＝1,2,…,6)为水质监测点对于第k类水的综合隶属度。所述步骤(2)中水质类别表示为：式中，Bj为第j个监测点的水质类别，Bj＝1,2,…,6分别表示为I至劣V类水；λ为置信度,取值范围通常为0.6<λ<0.7。所述步骤(3)中模糊标识指数表达式为：Ij＝Aj.BjCj(Xj)式中，Ij为第j个监测点的模糊标识指数；Bj为监测点的水质类别,Bj＝1,2,…,6分别表示为I至劣V类水；Aj为Bj与水功能区水质要求的比较结果；Cj由两位数字组成,用来展现相同水质类别的监测点间水质状况的优劣；Xj为劣于水功能区水质要求的主要污染物；其中，Aj＝Bj-f式中，f为水功能区水质要求[4],f＝1，2，…，6分别表示为I至劣V类水；式中，int为取整函数；ai为水质监测点对于第i类水的综合隶属度；λ为置信度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术中，采用箱型图统计分析的特性对监测因子进行筛选，简单直观，为水功能区水质评价奠定了良好的基础；(2)本专利技术中，提出的基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，既保证了水质类别判定区间与《地表水环境质量标准》相吻合，从而提高了模糊综合评价的精度，又能简单直观地标识水功能区水质达标状况、水质类别、相同水质类别监测点的水质状况优劣和主要污染物等重要水质信息，还可用于不同水功能区监测点间水质状况的定量比较。附图说明图1是本专利技术实施例一中滦河评估监测点位示意图；图2是本专利技术实施例一中不同参评因子各监测点水质超标倍数统计的箱型图；图3是本专利技术实施例一中改进的六级隶属度函数(以高锰酸盐指数为例)的形状图；图4是本专利技术实施例一中传统的五级隶属度函数(以高锰酸盐指数为例)的形状图；图5是本专利技术实施例一中现有的六级隶属度函数(以高锰酸盐指数为例)的形状图；图6是本专利技术实施例一中两种六级隶属度函数对应的水质类别；图7是本专利技术实施例一中传统的五级隶属度函数和水质标准对应的水质类别。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术的一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，包括以下步骤：首先，根据统计分析的要求，采用箱型图统计筛选出水质参评因子。采用箱型图统计各监测因子相对于Ⅰ类水质标准值的超标倍数，若某监测因子在各监测点的超标倍数均小于1，则不被纳入水质参评因子的范围。然后，建立改进的模糊综合评价模型。利用模糊综合评价法确定水质类别。本专利技术在在梯形函数的基础上，提出了一种改进的六级隶属度函数，通过控制各水质参评因子的水质标准值对应的隶属度为0.5，保证隶属度函数判定的水质区间与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的水质类别区间一致。对于越小越优型指标，第i个水质参评因子第k(k＝1,2,…,6)类水的隶属度区间端点值Sik为：式中：Tit(Ti1<Ti2<…<Tit)为第i个水质参评因子的第t级水质标准值，可从《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[3]中查得，为第i个水质参评因子的自定义值，需同时满足Si1≤Si2≤Si3≤Si4≤Si5≤Si6条件。将隶属度区间端点值Sik代入“降半梯形”函数[2]，即可得到改进的六级隶属度函数表示如下：式中，xi为第i个水质参评因子质量浓度的实际监测值；Sik为第i个水质参评因子第k类水的隶属度区间端点值；rik为第i个水质参评因子对于第k类水的隶属度。将各水质参评因子的实测值代入相应的六级隶属度函数，计算出每个水质参评因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊关系矩阵R：设第i(i＝1,2,…,n)个参评因子的权重为wi，各水质参评因子的权重组成权重矩阵W＝(w1,w2,…,wn)＝(wi1)1×n，将W与R进行模糊关系合成，得到模糊综合评价结果为式中，wi为第i(i＝1,2,…,n)个水质参评因子的权重；ak(k＝1,2,…,6)为水质监测点对于第k类水的综合隶属度。采用置信度准则判定水质类别：式中，Bj为第j个监测点的水质类别，Bj＝1,2,…,6分别表示为I至劣V类水；λ为置信度,取值范围通常为0.6<λ<0.7。对于越大越优型指标，隶属度区间端点值Sik‘及隶属度rik‘的计算方法与越小越优型指标的Sik、rik的计算方法类似，将式(1)至式(4)中的Si1、Si2、Si3、Si4、Si5、Si6分别替换为Si6‘、Si5‘、Si4‘、Si3‘、Si2‘和Si1‘，并将ri1、ri2、ri3、ri4、ri5、ri6分别替换为ri6‘、ri5‘、ri4‘、ri3‘、ri2‘和ri1‘即可。根据这种隶属度函数计算方法，能保证水质标准值对应的隶属度为0.5，从而隶属度函数实际判定的水质级别区间与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[3]中水质类别的划分相吻合。最后，采用模糊标识指数呈现出水质评价结果。模糊标识本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用箱型图统计筛选出水质参评因子；(2)建立改进的模糊综合评价模型：在梯形函数的基础上，确定改进的六级隶属度函数，计算出水质参评因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊关系矩阵，得到模糊综合评价结果，确定出水质类别；(3)采用模糊标识指数呈现出水质评价结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用箱型图统计筛选出水质参评因子；(2)建立改进的模糊综合评价模型：在梯形函数的基础上，确定改进的六级隶属度函数，计算出水质参评因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊关系矩阵，得到模糊综合评价结果，确定出水质类别；(3)采用模糊标识指数呈现出水质评价结果。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中改进的六级隶属度函数表示如下：ri1=1xi≤Si1xi-Si2Si1-Si2Si1≤xi≤Si20xi>Si2]]>rik=0x1<Si(k-1)xi-Si(k-1)Sik-Si(k-1)Si(k-1)<x1<Sikxi-Si(k+1)Sik-Si(k+1)Sik<x1≤Si(k+1)0x1>Si(k+1),(2≤k≤5)]]>ri6=0xi≤Si5xi-Si5Si6-Si5Si5<xi≤Si61xi>Si6]]>式中，xi为第i个水质参评因子质量浓度的实际监测值；Sik为第i个水质参评因子第k类水的隶属度区间端点值；rik为第i个水质参评因子对于第k类水的隶属度。3.根据权利要求2所述的一种基于模糊标识指数的水功能区水质评价方法，其特征在于，所述第i个水质参评因子第k类水的隶属度区间端点值Sik为：式中：Tit(Ti1<Ti2<…<Tit)为第i个水质参评因子...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国宾，翟晶，任旺，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12