渤海海水质量评价

海洋资源开发中，缺乏对水域环境总体承载能力的评估，无从确定水域的环境容量和承载水平，降低了海洋的服务功能。因此，从环境承载力的角度科学规划海洋资源的开发利用，合理测度海洋水环境质量，不仅是维持近海和海岸带健康发展的需要，也是海洋环境综合治理的迫切需求。然而，现有的海水水质评价标准大都是根据污染物的含量进行硬性分级，这就容易造成依据不同污染物测出的水质等级归属不同的现象，难以有效反映海洋水环境总体质量。为解决这一问题，本文根据模糊数学理论，结合海洋水环境承载力核算的要求，科学选取评价指标，建立海洋水环境质量的综合评价体系，并以渤海为例进行实证分析，以期为海洋生态环境的综合治理提供有价值的应用成果。

一、模糊评价法简介

模糊综合评价模型的理论基础是模糊数学。模糊数学是一门新兴学科，由美国控制论专家查德于1965年建立[1]。模糊数学仿效人脑的模糊思维,为解决各种实际问题、特别是有人干预的复杂系统的处理问题，提供了有效的思路和方法，现已广泛应用于自动控制、预测预报、人工智能、系统分析、信息处理、模式识别、管理决策、仿真技术等学科领域。模糊综合评价模型是一种功能强大的分析方法，它在水环境科学中的应用已经取得了很好的效果[2]。模糊综合评判就是对受到多个因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，由于从多方面对事物进行评价难免带有模糊性和主观性，采用模糊数学的方法进行综合评判将会使评价结果具有最大的客观性，从而取得比较理想的评判效果[3]。

二、海洋水环境质量模糊综合评价模型

（一）模糊综合评价对象因素集的建立

模糊综合评价对象因素是指参与评价的评价指标。在海洋水环境质量评价模型中，因素集就是参与评价的n个水环境污染因子的实际测定浓度组成的模糊子集，即G={g1，g2，g3…gn}。

（二）模糊综合评价集的建立

模糊综合评价集是与因素集中评价因子相应的评价标准集合。在海洋水环境质量评价中，评价集A是各个污染因子相应的环境质量标准等级的集合，一个由n个因子、m个等级构成的水环境质量标准评价指标结构（见表1）。

（三）模糊综合评价隶属度函数的建立

由于评价海洋水环境质量模型中使用了多个指标，直接利用各因子的所属等级求得的水质等级易产生不相容性，为此引入模糊隶属度函数以确定海洋水环境质量的综合等级。模糊集合是用隶属函数描述的，并依据隶属函数建立了模糊集合论，因此隶属函数的确立是模糊综合评价法的关键所在。对于隶属度函数的确立，学者们认为应该根据研究对象的差异，采取不同的方法[4]。目前广泛被采用的方法主要有主观评分法、模糊统计法、蕴含解析定义法，可变模型法等[5]。隶属函数大致有降半矩形分布、降半Γ型分布、降半正态分布、降半梯形分布、降半凹（凸）分布和降半哥西分布6种[6]。其中降半梯形分布是最常用的方法，能够较有效的区分评价对象的不同等级。因此，本文使用降半梯形分布来刻画海洋水环境质量评价体系中的隶属度函数，具体函数如下：其中，gi为因子i的实测浓度值；uij为因子gi对j级标准的隶属度；aij为因子i的第j级等级的标准。那么海洋水环境质量等级集合U可以表示为：

（四）模糊综合评价指标权重的赋值

模糊综合评价指标权重是指各指标在评价海洋水环境质量时所起作用的重要程度。根据污染物超标越严重，导致的海洋水质越差的原则，本文选择超标比方法来对指标权重赋值[7]。其计算公式如下：其中，ai、wi和w′i分别表示第i个指标各标准值的均值、第i各指标的权重值和归一化后的权重值。相应的权重矩阵可以表示W′为:W′=(w′1,w′2,…,w′n)

（五）模糊综合评价模型的建立

为综合各指标在总体评价中的影响程度，利用权重矩阵处理海洋水环境质量等级集合U，得到各被评价对象的模糊综合评价向量C，即：再由最大隶属度原则，令cj*=max(c1,c2,…,cm)，得到海洋水环境质量综合等级为j*。

三、渤海水环境质量模糊综合评价的实证分析

根据国家环保局UCD551463GB3097-1997号文件中对海水水质标准的规定，结合水质测算的要求稍作修正（见表2），建立渤海水环境质量评价指标体系（见表3）。此时，评价因子的个数：n=7；水环境质量等级数：m=4。根据2007年中国海洋环境质量公报的统计数据[8]，2007年渤海水环境各评价指标的实测值为：G={g1,g2,g3,…g7}=（0.1682,10.0949,0.0319,0.301,0.3,0.0116,0.0116）。根据（5）式，指标权重矩阵为：W′=(w1′,w2′,…w7′)=（0.01,0.43,0.21,0.12,0.21,0.01,0.01）。根据（1）、（2）、（3）计算公式，得到渤海水环境质量等级集合U：所以，被评价对象的模糊综合评价矩阵C为：C=W′×U=（0.0528,0.2806,0.21,0.456607）再由最大隶属原则，令cj*=max(c1,c2,…,cm)，得到渤海水环境以0.456607的隶属度归属于第四级水质，说明2007年渤海水域总体质量较差，严重危害着海洋物产的产量和质量。

四、结论与展望

本文引入模糊数学理论，对海洋水环境质量等级进行了模糊综合评价，并以渤海为例定量测度了渤海水环境的综合质量等级，得出的结论具有直观性、可比性，真实地反映了渤海生态环境的现状。此外，本文的研究方法也可用于其他海域的海洋水环境质量评价，为海洋生态环境保护提供方法上的支持；同时，在合理规划海域使用、科学制定海洋环境保护政策等问题上也有着较为广阔的应用空间。