模糊數(shù)學(xué)模型在土壤重金屬污染評價中的應(yīng)用
本文關(guān)鍵詞:模糊數(shù)學(xué)模型在土壤重金屬污染評價中的應(yīng)用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
當(dāng)前位置:首頁 >> 農(nóng)學(xué) >> 模糊數(shù)學(xué)模型在土壤重金屬污染評價中的應(yīng)用
維普資訊
第3 7卷 第 2期 20 0 6年 4月
土
壤
通
報
Vo . 7. . 1 3 No 2 Ap ., 0 6 t 20
Chn s o ma。妫 i
S in e ieeJu l 。铮 ce c o
模 糊 數(shù) 學(xué)模 型 在 土壤 重 金屬 污 染 評 價 中的應(yīng) 用
石 曉翠 , 錢 翌 , 建新 熊
( 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 , 新疆 烏魯木齊 805 3 02)
摘
要: 通過 對烏魯木齊市水西溝鄉(xiāng) 、 板房溝鄉(xiāng) 、 四十戶鄉(xiāng) 、 青格達(dá)湖 鄉(xiāng) 、 寧渠鎮(zhèn) 、 安 永豐 鄉(xiāng)、 六十 戶鄉(xiāng) 7個 蔬菜基 地土
壤 中重金屬離子 ( 、 、 、 、 、 ) 量進(jìn)行檢測 , 鎘 汞 砷 銅 鉛 鉻 含 采用單 因素決定 和加權(quán)平均 兩種模糊數(shù)學(xué)模型對土壤重金 屬綜合污
染進(jìn)行評價 , 其分析結(jié)果表明 , 評價 區(qū)域土壤環(huán)境 中的 6種重金 屬離子均在 標(biāo)準(zhǔn)之 內(nèi) , 土壤 環(huán)境質(zhì) 量為一 級 , 于安 全 、 屬 清
潔級水平 , 符合無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境的要求 。 關(guān) 鍵 詞: 模糊數(shù)學(xué) ; 重金 屬污染 ; 污染評價 ; 土壤環(huán)境質(zhì)量 ; 評價標(biāo)準(zhǔn)
文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 : A 文章 編 號 : 6 .9 5 2 0 )2 )3 43 0 434 (0 6 0 434 5 ) 中圖分類號 : 3 X5
土壤 是人 類賴 以生 存 的最 基 本 的 自然 資源 之 一 。
土壤 重金 屬 的污染 可 能 影 響 土壤 的正 常功 能 , 成 食 造
R為 因子集 U與評價 集 V之 間 的模 糊關(guān) 系 , 根據(jù) 矩 陣 的運(yùn) 算法 則 , R確 定 了一 個 模 糊 映射 , U上 的 把
一
物鏈 的污 染 , 并通 過 在人 體 內(nèi)富 集 對人 類 和 環(huán)境 產(chǎn) 生 威 脅 。隨著 現(xiàn)代 工 農(nóng) 業(yè) 和 城 市 的不 斷 發(fā) 展 , 工業(yè) “ 三 廢 ” 城 鎮(zhèn)生 活垃 圾 的 大 量 增 加 , 業(yè) 化 肥 、 膜 等 農(nóng) 、 農(nóng) 農(nóng) 用 投入 品 的不 合理 使 用 , 使 土壤 受 到 不 同程 度 的重 致 金屬污 染 , 重 影 響 了 人 類 健 康 和 環(huán) 境 安 全 。 因 嚴(yán) 此 , 土壤 重金 屬綜 合 污染評 價具 有很 重要 的意義 。 對 本 文 通過 對烏 魯 木 齊 市 主要 蔬 菜 基地 水 西 溝 鄉(xiāng) 、
個模糊 子集 A, 映射 到 V上 的一 個模 糊 子 集 B, B 即
=
A ? 模 糊 子集 B即 為 多 因子 綜 合評 價 的結(jié) 果 . R. 因
為在 我們 的評 價 中所選 取 的重 金 屬 皆對 土壤 環(huán) 境 的質(zhì) 量狀 況有一 定 的貢獻(xiàn) , 文 選 用 突 出 主 導(dǎo) 因子 的單 因 本 素決 定模 型 : b = i AH R:m/ , i( r , , , , m, 取 i m n W ,l x J :1 2 3 A, 先
0 。
加
小后 取 大的原 則進(jìn)行 最 終 結(jié) 果 的評 定 , 來體 現(xiàn)各 個 參 評 因素 都對綜 合評 價 有 貢獻(xiàn) 的加 權(quán) 模 型 算 法 , b= 即 j
l l
板房溝鄉(xiāng)、 四十戶鄉(xiāng) 、 青格達(dá)湖鄉(xiāng) 、 安寧渠鎮(zhèn) 、 永豐鄉(xiāng) 、
六 十戶 鄉(xiāng)蔬 菜 基 地 的 土 壤 環(huán) 境 中重 金 屬 離 子 汞 、 、 砷
鉛 、 、 、 的含 量 進(jìn) 行 檢測 , G / 14 . -2 0 鎘 鉻 銅 以 B T 80 1 o l
如 如
∑Wr相 結(jié)合 的方 法進(jìn)行 土 壤 環(huán)境 質(zhì) 量 的 評 價 。為 了 i
《 產(chǎn) 品安 全質(zhì) 量 無 公 害蔬 菜 產(chǎn)地 環(huán) 境 要 求 》 農(nóng) 為評價 標(biāo)準(zhǔn) , 采用 單 因素決 定 和 加權(quán) 平 均 兩 種模 糊 數(shù) 學(xué) 模 型 對土壤 重 金屬 綜合 污染 進(jìn)行評 價 。
使得不同評價對象間可 比性增強(qiáng) , 采用評價分值 , 就是 利用評 價 向量 的分量 形 成 權(quán) 重 , 過確 定 各 等 級 對 應(yīng) 通
的分值 , 對各 等 級 的 分 值 進(jìn) 行 加 權(quán) 平 均 , 到 評 價 分 得
值。
表 1 無公 害蔬 菜 基 地 土壤 環(huán) 境質(zhì) 量分 級 標(biāo) 準(zhǔn) ( gk ) m 。
T b e 1 e a c i, tn a d o n i n n a u i fh r e s v g tb e a l Hir r h cd sa d r f e vr me tlq a t o a mls e ea l ' o l y
】n 日 d
O 。 如 ∞
∞ ∞
1 模 糊 數(shù) 學(xué) 綜 合評 判 法 的數(shù) 學(xué) 模 型
已知 因子集 U ={ U , … , } 評 語 集 V U , :U , U , ,
=
咖 ∞如
{ V , … , , 因 子 的權(quán) 重 分 配 為 U上 的 V , :V , V } 對
評價因子 自
鎘
汞 砷
模 糊子 集 A, 記 為 A=( , , , , ) 其 中 簡 w w:w … w , w 為第 i 種污 染 因子 U所對應(yīng) 的權(quán) 重 。對第 i 因子 個 的單 因子評 判 為 V上 的模 糊子集 R, 有 R:(. r 則 r, . …r), 而可 以構(gòu) 成一 個單 因子 評價矩 陣 R為 : ; 從
A r 1 人 r 2
R=
值
銅
鉛 鉻
M M
1 1 評價 因子 的隸屬 度 函數(shù)及模 糊 關(guān) 系矩陣 的建 立 .
A r
收 稿 日期 :05 1 6 修 訂 日期 :05— 3 2 20 - - ; 0 2 20 0 — 7 基金項 目: 本研 究得 到新疆烏魯木齊維吾爾 自治區(qū)高?蒲杏媱澘茖W(xué)重點(diǎn)研究項 目“ 烏魯木齊 市蔬菜和土壤 重金屬污染 及健康 風(fēng)險評 價研 究” 的
資助
作者簡介 : 石曉翠(99一 , 新疆人, 17 ) 女, 碩士研究生, 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境評價。
通 訊 作者
維普資訊
2期
石 曉 翠等 : 糊 數(shù) 學(xué)模 型 在 土 壤 重 金 屬 污 染 評 價 中的 應(yīng) 用 模
35 3
為 了進(jìn)行 模糊 運(yùn) 算 , 要確 定隸 屬 度 函數(shù) , 以隸 需 并 屬度 來描 述 土壤 污染 狀況 的模 糊界 線 。使用表 1的值 作 為各個 隸 屬度 函數(shù) 的拐點(diǎn) , 用分 段的 直線 函數(shù)模 擬 ,
可 以得 到 土壤 重金 屬污 染狀 況 的隸屬 度 函數(shù) 。一 般來
2 實(shí)例 分 析
本 文 以烏 魯木 齊市 主要 蔬 菜 基 地 水 西 溝 鄉(xiāng) 、 房 板 溝鄉(xiāng) 、 四十戶 鄉(xiāng) 、 格 達(dá) 湖 鄉(xiāng) 、 寧 渠鎮(zhèn) 、 豐 鄉(xiāng) 、 十 青 安 永 六 戶鄉(xiāng)蔬 菜基 地 的土壤 環(huán) 境 質(zhì) 量 為研 究 對 象 , 過 調(diào) 查 通 確定該 區(qū)域 的重 金屬鎘 、 、 、 、 、 汞 砷 銅 鉛 鉻最 為嚴(yán)重 , 選 取這 六種 元素 為評價 因子 , 用 模 糊 數(shù) 學(xué)模 型對 其 進(jìn) 應(yīng)
行檢 測 。采樣點(diǎn) 各種 重金 屬元 素實(shí)測 數(shù)據(jù) 見 表 2 。
說 , 種土 壤重 金屬 環(huán)境 質(zhì) 量狀 況 的隸 屬 度 函數(shù) 可 以 各
用下 面三個 分 段 函數(shù)表 示 。
某 污 染 因子對 一級 土壤 重 金屬 環(huán)境質(zhì) 量 的隸屬 度
函數(shù) 一
f
x i i  ̄a
表 2 各 采 樣 點(diǎn) 土壤 重 金屬 含 量 ( g培 ) m
T b e 2 Th o t n fh a y me a si a i u a ln 。椋 a l e c n e t e v tl。 v r s s mp i g st o o
u。 2 。。 n 6 6 ( () l 一) 。 2 =( 。 一)n 0( b )
某 污染 因子對 二級 土壤重 金 屬環(huán)境 質(zhì)量 的隸 屬度
函數(shù)
f 0 x< i i c i a,> i - x - u 。= ( 一 。 6一 Ⅱ () 2 Ⅱ ( Ⅱ 。 ) ) 6 () 3
【 c一 。 ( b) b 。 c ( 。 c一 。 /
某 污染 因 子對三 級 土壤重 金屬 環(huán)境 質(zhì)量 的隸屬 度
函數(shù)
注 : 據(jù) 均是 作 者 自己 采 樣 測 定 的 。 一 個 鄉(xiāng)采 樣 7個 點(diǎn) , 后 收 數(shù) 每 然
其平均數(shù)。
1 O O
f
0
1
x b i i _ <
2 1 建 立模糊 關(guān) 系矩 陣 .
u。 2 一)cb 。 c ( () 【 b (一)b 4 =( 。 。 / )
式 中 : X 為該 重 金 屬含 量 的實(shí)測 值 ;。、。 別 a、ic 分
為該 污 染 因子對 應(yīng) 于一級 、 二級 , 級土 壤環(huán)境 質(zhì)量 狀 三
按 照 12所述 的關(guān) 系模 糊 矩 陣建 立 方 法 . 據(jù) 各 . 依
采樣 點(diǎn)實(shí) 測值及分 級標(biāo) 準(zhǔn)建 立各 重金 屬含 量對 應(yīng) 于各
1 O O
土壤重 金 屬環(huán)境 質(zhì) 量等 級 的隸 屬 度 函數(shù) , 計算 關(guān) 系 并
模糊 矩陣 。如 1 號采 樣點(diǎn) 經(jīng)過計 算所 得 的關(guān) 系模 糊矩 陣為:
表 3 1號 采樣 點(diǎn) 的 關(guān) 系模 糊 矩 陣
Ta l u z t x o 。 ai n o h u e n a l d p i t b e 3 F zy mar fr lt ft e n mb ro e s mp e o n i o
Hg
一
O O O
況 的標(biāo) 準(zhǔn)值 。 取 V為污染 物 評價 因素 的集 合 , 為評 價 等級 的 V 集 合 。 即 U 鎘 、 、 、 、 、 ) V(I級 , ( 汞 砷 銅 鉛 鉻 , Ⅱ級 , Ⅲ 級, Ⅳ級 , V級 ) 。通 過各 指標(biāo) 的隸 屬 度 函數(shù) 求 出各單
釘 1 9
1 O O
A8
Pb
Cd
Cr
CuO
O O
8 l
項指標(biāo)對于各級別土壤重金屬污染狀況 的隸屬度 , 組 成 一個 3×6的模 糊 矩陣 , 為關(guān) 系模 糊矩 陣 R。 稱
1 2 各評價 因子權(quán) 重 的確定 .
級
097 . 7 003 .2
0
二級
三級
由 于各單 項評 價指標(biāo) 對 環(huán)境綜 合 體 的貢獻(xiàn)存 在差 異, 因此 應(yīng)有 不 同的權(quán)重 。計算權(quán) 重 的方法 很 多 , 這里
采 用土 壤環(huán)境 中污染 物 因子 的實(shí)測濃 度 與其相 應(yīng)分級
2 2 計 算參 評 因子權(quán)重 .
依照公式( ) 分別計算各采樣點(diǎn)各重金 屬參評 5,
因子 的權(quán)重 。如 1 采 樣 點(diǎn) , 過 計算 后 所得 的權(quán) 重 號 經(jīng)
模糊 矩 陣 為 : ={ . 8 8 0 18 , . 2 9, . 17 W 0 03 ,.9 2 0 05 0 5 0 ,
標(biāo) 準(zhǔn) 的 比值 來計 算權(quán) 重 。該計 算權(quán) 重 的方 法在 一 定程 度 上可 以反 映污 染超 標(biāo) 的輕重 對 因子權(quán) 重 的影響 。該
0 09 ,.98 。同理可 計算 出其 它 采樣 點(diǎn)的權(quán) 重! .860 0 1 }
糊 矩 陣。
方法計算權(quán)重的一般公式為 : = i i 中 wi Wi C/ , S其 為第 i 因子的權(quán)重 ;i 個 C 為該指標(biāo) 的實(shí)測值 ;i S 為該指標(biāo)對
應(yīng) 的各土 壤重 金屬 質(zhì) 量級別 的標(biāo) 準(zhǔn)值 ( 見表 1 。將權(quán) ) 重 歸一化 , : 即
=
2 3 模 糊矩 陣復(fù) 合運(yùn)算 及模 型評 價 . 評價 向量 的計 算 : 算 各 采 樣 點(diǎn) 的 關(guān) 系模 糊 矩 陣 計 和權(quán) 重模糊 矩 陣 , 對評 價結(jié) 果進(jìn) 行 歸一化 處理 , 到各 得
公式 ( ) 從 而構(gòu) 成 了一 個 1×n階 的! 5 ,,
采樣 點(diǎn) 的評 價 向量 , 見表 4 。
評價 分值 的計 算 , 據(jù) 土壤 環(huán) 境 質(zhì) 量 各 級 別 的 控 根
糊 矩 陣 A, A=( 。 , … ) , 。
制 意義 , 土壤環(huán) 境 質(zhì)量 一 級 水平 的分 值 為 9 取 0分 , 二
維普資訊
36 3
土
壤
通
報
3 7卷
級水 平 為 8 0分 , 三級 水 平 為 6 0分 。各 區(qū)域 采樣 點(diǎn) 的
成 的 , 因素 決 定模 型 , 際 上 只考 慮 了 最 突 出 的 因 單 實(shí)
評 價分 值 見表 4 。從 評價 分值 可 直觀 的看 出各 采樣 點(diǎn)
土壤環(huán) 境 質(zhì)量 的 優(yōu)劣 。
表 4 評 價 區(qū) 域 總 隸 屬 度 模 糊 綜 合 決 策 結(jié) 果
T be4T ejrdcino ereo zycmpees edcs n ̄sl t al 。 i it 。 ge。妫 z。 rh ni 。澹椋 e to us o d u v i u
a p ms r a p r mg a e
素 , 它因素 的作用 被弱 化 。因此 在實(shí) 例分 析 中 , 其 主要
是 體現(xiàn) 了相 對含量 較 高 、 染狀 況 較 嚴(yán) 重 的評 價 因 子 污
對整個評 價 結(jié)果 的影 響 。而加 權(quán)平 均模 型 進(jìn)行評 價 則
充分考 慮 了每個 因素 對綜 合 評 價 的 貢 獻(xiàn) , 把 貢 獻(xiàn) 按 并
權(quán) 值 進(jìn)行分 配 , 評價 結(jié) 果 是 各個 參評 指 標(biāo) 綜 合 作 用 其 的產(chǎn) 物 。如 l 采樣 點(diǎn) , 因 素決 定模 型 的評 價 分 值 號 單 為 8 ., 5 2 而加權(quán) 平 均模 型 的評 價 分值 為 7 .4 9 3 。從 表 4的評價 結(jié)果 可 以看 出 : 然 采 用 兩 種 不 同 的評 價 ! 雖 型, 對應(yīng) 于各 土壤環(huán)境 質(zhì) 量級別 的隸 屬度 也有 所不 同 ,
但最 終 的評 定 結(jié)果 是相 同 的 , 價 區(qū) 域 的土壤 環(huán) 境 質(zhì) 評 量 均 為 l級 , 屬于安 全 、 清潔 級 水平 , 合 無公 害 蔬菜 符 生 產(chǎn)基地 土壤 環(huán)境 質(zhì)量 的要 求 . 以作 為無 公 害 蔬菜 可
生產(chǎn)基 地 。
參考文獻(xiàn) :
2 4 結(jié) 果 與討論 . ,
[ ] 朱 1
5. 7
, 生路 , 周 孫兆金 , 兩種模糊數(shù) 學(xué)模 型在土壤 重金屬綜 等.
依據(jù)表 4的分析結(jié)果 , 按照最大隸屬度 的原則可 以評價 出評 價 區(qū)域 的土壤重 金屬環(huán) 境質(zhì) 量級 別 。 從單因素決定模型分析的各區(qū)域評價分值大小結(jié) 果 看 , 區(qū)域優(yōu) 劣順 序 為 : 十戶 鄉(xiāng) = 豐 鄉(xiāng) >安 寧渠 各 六 永
鎮(zhèn) >青 格 達(dá)湖 鄉(xiāng) >四十 戶 鄉(xiāng) >板 房 溝 鄉(xiāng) >水 西 溝 鄉(xiāng) , 而從 加權(quán)平 均分 析 的各 區(qū)域評 價 分 值 大 小結(jié) 果 看 , 各 區(qū)域 優(yōu)劣 順 序 為 : 十戶 鄉(xiāng) :永 豐 鄉(xiāng) >安 寧 渠鎮(zhèn) >板 六 房 溝鄉(xiāng) >青格 達(dá) 湖鄉(xiāng) >四十戶 鄉(xiāng) > 西 溝鄉(xiāng) 。 水 兩 種模 型評 價 的各 區(qū)域土 壤環(huán)境 優(yōu) 劣順序 有所 不 同 , 主要 是 因?yàn)閮?種 評 價模 型 評 價 的出 發(fā)點(diǎn) 不 同造 這
合污染評價中的應(yīng)用 與 比較[ ] 環(huán) 境保護(hù) 科學(xué). 04 6 :3— J. 20 ( ) 5
[ 周建利 , 2 陳嗣斌 . 國城 郊菜地 土壤 和蔬菜 重金屬污 染研究 現(xiàn)狀 我 與展望[ j 湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報 ,0 2 2 ( ):7 4 0 J. 2 0 ,2 5 4 6— 8 . [ j 陳懷滿 , 3 鄭春榮 , 涂 從, 中國土壤重 金屬污染現(xiàn) 狀與 防治對 等. 策 [。 j 人類環(huán)境 雜志 ,99,( ) 10一。础 19 3 2 :3 l . 3
[] 梁 4
俊, 趙政陽 . 王雷存 . 陜 西 白水縣 無公害蘋 果園環(huán)境 質(zhì)量 等.
1 6.
評 價[ ] 西北農(nóng)林科技 大學(xué)學(xué)報 ( j. 自然科學(xué) 版 )2 0 , 3 ) 1 , 4 (2 :3 0
—
[ ] 譚麗娟 , 5 魏成熙 , 常德榮. 貴陽市無公害蔬菜基地土壤環(huán)境質(zhì)量 的
監(jiān)測與評價 ] 山地農(nóng)業(yè)生物學(xué) 報,04 2 ( ) 24— 3 . J. 20 , 3 :3 2 8 3
App i a i n o z y M a h m a i s M o e s i he l to fFu z c te tc d l。 t
Ev l a i n o o l a u t fS i He v e a l to o a yM t l Pol in u
S I i —c iQ A iX O G J n—x g H a X o u , I N Y , I N 。 a i n
( ol efRsuc。 。睿 n et c ne Xnin gl h rlU i  ̄ y mm i 8 0 5 C lg eore dE v om n Si c , i agA r u ua nv e o a r e j c e ,U q, 30 2)
A src : i p p r epeetdas d。澹酰 b u si e vrn e t ulyb o i r g hay m t s Hg b ta tI t s a e rsne 。 yrsl a o t o n i m na q a t y m nt i ev e l( , nh w u l o l i on a A ,P ,C , d u i vgt l f lsi S ux o afn gu Ss i , n i q , ogega d Luhh o ny s b r C ,C )n ee bei d。 h ii uB na go , i h A nn u Y n f 。 isiu cu t. a 。 g h u g n
T okn so zym te ai d l(h 。椋 。幔 eiigmoe ad w i t 。觯颍纭 oe) eea o t w 。椋洹。妫酰 ahm t smoe t s l f o dcd d l n e he aeaem d1 w r。洌穑 t f c s e ne cr n g d do
e auae t e c mp e e sv o lh a y me a ol t n. Th n lss e u t n c t te o tnto 。 n s o e v v l t。 o r h n ie s i e v tlp l i uo e a a y i。颍 ls i diae: h c ne f6 i d f h a y me a o s i。 。 i n ls i e vr nme r t i h tn a d a d te s i e vr n ntlq a i 。螅椤。 r tg a e, tli n 。 t e r go a。铮 n io nt e wi n t e sa d r n 。 ol n io me a u lt i。 t ef s r d a h y i
b ln i g t t e l v l fsf t n l a l e s eo g n 。 h 。 e 。 ey a d ce n i s . o n
Ke 。鳎 d y r s:Fu z 。恚幔 ma is;He v 。恚澹帷。 l tn zy t e tc ay tl ol i g;Pol t n p a sng;S i nvr n n a。 aiy;E a u to u lu i 。 pr ii o ol 。 io me tl u lt v l ain sa d r tn ad
本文關(guān)鍵詞:模糊數(shù)學(xué)模型在土壤重金屬污染評價中的應(yīng)用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號:197900
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/yysx/197900.html