基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法技术

本发明专利技术提供了一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，主要包括以下步骤：确定评价集即参与评价样品的集合；确定评价对象的因素集即参与评价指标的集合；构造模糊关系；对检测指标进行权重的确定；进行模糊矩阵的运算，根据所得结果对样品水质进行优劣评价。本发明专利技术所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，既可对各评价集的因素进行定量定位，又可避免个别因素测量值过高对整个系统模糊关系的影响，还能将生物毒性结果及国标中未涉及到的常规指标包括在内，能够更加精准的对水质进行优劣比较。

Comprehensive Water Quality Assessment Method Based on Conventional and Biological Indicators

The invention provides a comprehensive water quality evaluation method based on conventional index and biological index, which mainly includes the following steps: determining the evaluation set, i.e. the collection of participating evaluation samples; determining the factor set of evaluating objects, i.e. the collection of participating evaluation indexes; constructing a fuzzy relationship; determining the weight of detection indexes; carrying out the calculation of the fuzzy matrix, and according to the results, evaluating the water quality of samples. Evaluate the merits and demerits. The comprehensive water quality evaluation method based on conventional index and biological index can not only quantitatively locate the factors of each evaluation set, but also avoid the influence of excessive measurement value of individual factors on the fuzzy relationship of the whole system. It can also include the results of biological toxicity and the conventional indexes not involved in the national standard, and can more accurately compare the quality.

【技术实现步骤摘要】
基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法
本专利技术属于水质评价领域，尤其是涉及一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法。
技术介绍
水资源短缺、污染状况日益严重。模糊综合评价法是一种应用广泛的水质评价方法。徐乒乓等提出以水质标准上下限中间值作为隶属函数的界限值，来达到对劣Ⅴ类水质的评价。杨静采用组合赋权法进行权重赋值，通过相乘相加算子、加权平均原则对数据进行综合评价。叶章蕊等引入熵值赋权法、超标加权法和理想点法来实现多种赋权方法优势的融合。但现行的模糊综合评价法仍受国标地表水分类标准的限制。通过对传统的模糊综合评价法进行改进来建立一种水质常规检测指标与生物毒性检测指标相兼容的安全评价体系，并利用改进后的模糊综合评价法对所得数据进行整体的定性定量分析，能够有效的对水质进行更加精准的水质比较。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，以克服现有水质评价方法中的不足，将国标中未进行分级的常规指标及生物指标包含在内，对水质的评价更为全面。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，包括确定评价对象的因素集的步骤；所述因素集为参与评价指标的集合；所述评价指标包括常规指标和生物毒性指标；常规指标包括固体悬浮物、浊度、电导率、pH、总磷、总氮和化学需氧量等。优选的，生物毒性指标包括急性毒性和遗传毒性。优选的，所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，包括以下步骤：步骤一：确定评价集，所述评价集为参与评价样品的集合；步骤二：确定评价对象的因素集；步骤三：构造模糊关系；步骤四：对检测指标进行权重的确定；步骤五：进行模糊矩阵的运算，根据所得数值结果对评价样品进行优劣比较。优选的，步骤一中，评价样品为人工湖、河流、水库或水井等地表水不同阶段或不同监测点位的至少2个样品。步骤二确定评价对象的因素集，传统的模糊综合评价方法仅能将国标中分级的指标纳入评价系统中。本专利技术中评价对象的因素集不仅可以包括国标中分级的指标，还可将国标中未分级的指标(如浊度、电导率、固体悬浮物等)及生物毒性指标包含在内。优选的，步骤三中，构造模糊关系的方法为：为解决传统模糊综合评价法所存在的问题，将除pH外的每一因素集对评价集的检测数值按照公式(1)整理为分值总和为1的集合，其中pH指标为实测值与7.00的差值的绝对值即|xij-7.00|后按照公式(1)运算；据此可对各评价集的因素进行定量定位，又可避免个别因素测量值过高或过低对整个系统模糊关系的影响，还能将生物毒性结果及国标中未涉及到的常规指标包括在内，同时能明确的比较出整体水质的变化情况。式(1)中，Rij为第j个评价对象在第i个指标中的得分；xij为评价对象j的i指标的实测值(其中，pH为例外，pH为实测值与7.00的差值的绝对值)；m为评价指标数；根据式(1)计算获得的多个Rij构造模糊矩阵优选的，步骤四中，对检测指标进行权重的确定的方法包括以下步骤：S1：原始数据的标准化：利用信息熵的概念确定权重，对于数值小者为优的指标而言选择公式(2)对原始数据矩阵进行标准化。式(2)中，xij为评价对象j的i指标的实测值，其中pH指标为实测值与7.00的差值的绝对值；max(xij)为评价对象j的i指标的最满意值；min(xij)为评价对象j的i指标的最不满意值；rij为评价对象j的i指标的归一化值。S2：定义熵：对于有n个评价对象m个评价指标的评估问题，定义第i个指标的熵为Hi，并按公式(3)计算：式(3)中，fij为第i指标下的第j个样本值的比重，按式(4)计算；k为常数，n为评价对象个数，按式(5)计算：当fij＝0时，令fijlnfij＝0。S3：定义熵权：根据公式(6)可得到第i个指标的熵权值Wi优选的，步骤五，根据公式(7)进行模糊矩阵的运算，因固体悬浮物、总磷、总氮、浊度、电导率、化学需氧量所测数据值越小，且pH值越接近7，水质越优。也即根据所得数值越小则水质越优，进行样品水质的优劣评价；式(7)中，为多个熵权值Wi构成的矩阵，为n个评价对象所得分值的集合。相对于现有技术，本专利技术所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法具有以下优势：(1)不仅能将pH、COD、TP、TN、BOD5等国标中分级的检测指标包含在内，还可将国标中未分级的指标如浊度、电导率、固体悬浮物等包含于因素集；(2)可将指标检测值低于国标Ⅰ类水质标准及高于国标Ⅴ类水质标准的检测指标包括于因素集；(3)可以将生物指标包含在内，使得评价结果更加可靠准确；(4)可以避免个别指标测量值过高或过低对整个系统模糊关系的影响，更好的对各评价集中的因素进行定量评分；(5)可以对各评价集中的因素进行定量评分，能够明确的比较出整体水质的变化情况。附图说明图1是本专利技术所述基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法的流程图；图2是本专利技术实施案例中人工湖水源构成；图3本专利技术实施案例中人工湖布局概况。具体实施方式除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本专利技术所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下面结合实施例及附图来详细说明本专利技术。以某人工湖为例，该人工湖补充水源完全来自雨水。人工湖中的沉砂池及提升泵站设置于雨水管网的出口末端，雨水经提升泵提升后排至人工湖，人工湖东侧设有四个排水管，经沉砂池沉淀后的雨水由此进入湖，屋面雨水、路面雨水及绿地雨水为补充人工湖的主要来源，具体情况如下图1所示。人工湖布局概况如附图2所示。对人工湖进行了三场降雨前后的样品收集，并进行了常规指标及生物指标的检测。人工湖样品采集情况见表1，人工湖常规指标检测结果见表2，人工湖水样急性毒性检测结果见表3，人工湖水样遗传毒性检测结果见表4。表1人工湖样品采集概况表2人工湖常规指标检测结果表3人工湖水样急性毒性检测结果表4人工湖水样遗传毒性检测结果通过三场降雨前后人工湖水质的对比，试说明雨水经过一定处理后回用于人工湖能否改善湖水水质，达到一定的经济和生态效益。按照本专利技术所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法行水质评价，具体方法如下：首先，定评价集：Y＝{Y1Y2Y3Y4Y5Y6}式中：Y1、Y2分别指第一场降雨前后；Y3、Y4分别指第二场降雨前后；Y5、Y6分别指第三场降雨前后。其次，确定评价对象的因素集：也即上述因素集中：u1为酸碱度，u2为电导率，u3为浊度，u4为总磷，u5为总氮，u6为化学需氧量，u7为急性毒性，u8为遗传毒性。再次，构造模糊关系，具体方法为：将除pH外的每一因素集对评价集的检测数值按照公式(1)整理为分值总和为1的集合，其中pH指标为实测值与7.00的差值的绝对值|xij-7.00|后按照公式(1)运算构造模糊关系；式(1)中：Rij为第j个评价对象在第i个指标中的得分；xij为评价对象j的i指标的实测值(其中，pH为实测值与7.00的差值的绝对值)；m为评价指标数。根据公式(1)计算得多个Rij，进而可得模糊矩阵为接着，对本实验指标检进行权重的确定，其包括以下3个步骤：第一步，原始数据矩阵的标准化利用信息熵的概念确定权重，对于数值小者为优的指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：包括确定评价对象的因素集的步骤；所述因素集为参与评价指标的集合；所述评价指标包括常规指标和生物毒性指标；常规指标包括固体悬浮物、浊度、电导率、pH、总磷、总氮和化学需氧量。

【技术特征摘要】
1.一种基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：包括确定评价对象的因素集的步骤；所述因素集为参与评价指标的集合；所述评价指标包括常规指标和生物毒性指标；常规指标包括固体悬浮物、浊度、电导率、pH、总磷、总氮和化学需氧量。2.根据权利要求1所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：生物毒性指标包括急性毒性和遗传毒性。3.根据权利要求1或2所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：确定评价集，所述评价集为参与评价样品的集合；步骤二：确定评价对象的因素集；步骤三：构造模糊关系；步骤四：对检测指标进行权重的确定；步骤五：进行模糊矩阵的运算，根据所得结果对样品水质进行优劣评价。4.根据权利要求3所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：步骤一中，评价样品为地表水不同阶段或不同监测点位的至少2个样品。5.根据权利要求3所述的基于常规指标与生物指标的综合水质评价方法，其特征在于：步骤三中，构造模糊关系的方法为：将除pH外的每一因素集对评价集的检测数值按照公式(1)整理为分值总和为1的集合，其中pH指标为实测值与7.00的差值的绝对值后按照公式(1)运算；式(1)中，Rij为第j个评价对象在第i个指标中的得分；xij为评价对象j的i指标的实测...

【专利技术属性】
技术研发人员：金星龙，张肖，汪志荣，赵乐军，宋现才，
申请(专利权)人：天津理工大学，天津市市政工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12