针对土壤重金属污染评价的模糊数学模型的改进及应用

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1、针对土壤重金属污染评价的模糊数学模型的改进及应用　　摘　要:土壤重金属污染评价是土壤重金属污染研究的重要课题。本文改进了针对土壤重金属污染评价的模糊数学模型和评价因子权重的计算方法,提出了基于污染物浓度和毒性的双权重因子的模糊综合评价法。该法慎重考虑了各级标准界限的模糊性,较好继承了模糊数学方法用于土壤重金属评价的优点。它从定性和定量两方面,比较客观地反映污染因子对土壤环境质量的影响。采用双权重系数法确定各指标的权重,综合考虑评价因子的浓度和毒性,不但在大多数情形下与对比的其它方法结果相一致,而且可以克服

2、其它几种方法出现的误判,提高了评价结果的分辨性,使评价结果更全面、更能真实地反映土壤重金属污染实际状况。关　键　词:土壤;重金属污染评价;双权重因子;模糊数学模型;模糊综合评价模型中图分类号:X825;X113.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:056423945(2007)0120101205　　土壤是人类赖以生存的最基本的自然资源之一,也是生物可利用重金属的一个重要蓄积库,其所含的重金属通过食物链被植物、动物数十倍的富集[1],通过多种途径直接或间接地威胁人类安全和健康[2,3]。随着工业、城市污

3、染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加,土壤重金属污染日益严重[4,5]。这种形势下迫切需要对所处的土壤环境质量做出客观、切实的综合评价,以此反映经济、技术发展对土壤质量、农业生产、生态环境乃至人类健康的影响,并为土地的可持续利用提供理论依据。在我国当前大规模农业地质环境调查活动中,有关土壤重金属污染状况评价工作业已列入议事日程,相关学科学者正在积极探讨简便有效实用的评价方法。目前,关于土壤重金属污染评价的方法较多,如综合污染指数法、聚类分析法、层次分析法和模糊数学等[6-12]。模糊数学自1965年由Z

4、adeh提出以来,已得到较充分的发展,同时被广泛用于生产实践中,而且在土壤环境质量评价中其分辨率明显高于其它评价方法[13]。定义土壤重金属污染级别是一些模糊的概念,而模糊综合评价对于解决这些具有模糊边界的问题最为有效,并且能控制评价结果的误差[14,15],现今模糊数学在环境评价中已得到很大发展,产生了各种不同的模糊评价方法[16]。不同的评价方法各有其特点,但在评价结果的精确性方面,仍有进一步研究的必要。其中突出的一点是这些评价方法仅仅考虑了重金属污染物浓度超标的情况,未考虑重金属本身的毒性作用,这就

5、有可能掩盖有些浓度低但毒性大的有毒物的污染作用。本文采用基于双权重因子的模糊数学模型综合考虑重金属浓度和毒性作用[17],既反映污染物的浓度超标状况,又反映污染物的毒性作用,因而评价更为全面、合理。1　模糊综合评价模型与方法模糊数学方法可以通过隶属度描述土壤重金属污染状况的渐变性和模糊性,使评价结果更加准确可靠[11,12]。应用模糊数学方法进行污染评价的关键问题是如何确定各指标的权重。双权重因子通过超标浓度和毒性相结合来寻找各指标的最佳权重。采用此方法可以增加评价结果的分辨性和指示意义。以下将进行详细分

6、析。1.1　评价模型的确定模糊综合法用隶属度描述模糊的污染分级界线,各评价等级的隶属度再以各评价因子的权重修正,则得到评价样品对评价等级的隶属度[18-20]。设A为各评价因子对评价等级的隶属度,R为各评价因子的权重构成的向量,B为评价样品对评价等级的隶属度,则得到如下数学模型:收稿日期:2006205228;修订日期:2006208217基金项目:广东省科技厅重大专项攻关项目(2004A3030800,2005A30402006,2002C3201)及国家教育部支持中山大学985工程产业与区域发展研究创

7、新基地(105203200400010)资助作者简介:窦　磊(1979-),男,宁夏吴忠人,博士研究生,主要研究生态环境地球化学。E-mail:doulei326@126.com　　B=R·A(1)1.2　评价因子的隶属度函数及模糊关系矩阵的建立为了进行模糊运算,需要确定隶属度函数,并以隶属度来描述土壤污染状况的模糊界线。设土壤环境质量分为m个级别,则:V=(Ⅰ,Ⅱ,⋯,m)这里用降半梯形分布来刻画隶属度:　Xij=1(Sij+1-X)/(Sij+1-Sij)0　(XFSij)(Sij

8、XESij+1)(2)式中　Xij—污染因子的隶属度;　Sij—某一样品各污染因子i在j级指标(i=1,2,3,⋯,n;j=1,2,3,⋯,m);　X—各污染因子的实测浓度。由此可得表示评价因子即指标i对级别(状态)j的隶属度矩阵:　A=X11　⋯　X1m⋯　　　⋯Xn1　⋯　Xmm(3)同样可求得其它样品对各污染等级的隶属度矩阵。1.3　各评价因子权重向量R的确定现行重金属污染评价方法一般采用污染物浓度超标赋权法。对于不同重