陳 雋， 洪思揚(yáng)， 程 濤， 焦志倩

(1.環(huán)境保護(hù)部 華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 510655；2.北京師范大學(xué) 水科學(xué)研究院，北京 100875)

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基于熵權(quán)的集對(duì)分析方法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以鄭州市為例

陳 雋1， 洪思揚(yáng)2， 程 濤2， 焦志倩2

(1.環(huán)境保護(hù)部 華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 510655；2.北京師范大學(xué) 水科學(xué)研究院，北京 100875)

采用基于熵值的集對(duì)分析評(píng)價(jià)方法對(duì)鄭州市伊洛河七里鋪和黃河花園口兩個(gè)地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行分析，計(jì)算出這兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，并進(jìn)一步將計(jì)算結(jié)果與其它兩種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照.結(jié)果表明，在水質(zhì)分析中，基于熵權(quán)的集對(duì)分析法與其他評(píng)價(jià)方法的結(jié)果較為吻合，且能更好地反映水質(zhì)狀況.該方法基于VBA編程，易于操作，可以為水環(huán)境保護(hù)與管理決策提供技術(shù)支持.

水質(zhì)評(píng)價(jià)；熵權(quán)；集對(duì)分析；VBA

水污染一直是困擾著人類(lèi)的一個(gè)重大環(huán)境問(wèn)題，每年我國(guó)由于水質(zhì)污染造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失不可估量.近三十年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，污水排放量增大，大量工業(yè)垃圾、農(nóng)業(yè)污染物沒(méi)有得到充分處理即被排放，造成了江河湖泊水質(zhì)的嚴(yán)重污染，且水體污染有加重趨勢(shì)，了解水質(zhì)污染的具體情況，是有效控制和治理水污染.實(shí)施合理高效的水資源管理的基礎(chǔ).水質(zhì)評(píng)價(jià)是了解水體情況的重要一步，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，對(duì)保護(hù)和治理水環(huán)境，推動(dòng)水環(huán)境管理與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高效融合，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

目前，水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法較多.其中，單因子評(píng)價(jià)法是在各個(gè)水質(zhì)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，選取最差的一項(xiàng)作為評(píng)價(jià)最終水質(zhì)級(jí)別的依據(jù)，這是現(xiàn)行國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)確定的悲觀評(píng)價(jià)原則，對(duì)相關(guān)管理部門(mén)的監(jiān)察有重要意義，但無(wú)法對(duì)水質(zhì)做出綜合評(píng)價(jià).污染指數(shù)評(píng)價(jià)法是將各個(gè)水質(zhì)單項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相除，得到該項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分指數(shù)，繼而通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用，計(jì)算得到水質(zhì)的綜合污染指數(shù).但該方法也存在一定弊端，如水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果是相對(duì)值，無(wú)法得到明確的水質(zhì)分類(lèi)級(jí)別.模糊綜合評(píng)價(jià)法是針對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)、各個(gè)水質(zhì)級(jí)別的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)具有模糊性這一特點(diǎn)而發(fā)展的一種應(yīng)用較為廣泛的方法，其弊端在于評(píng)價(jià)結(jié)果的表達(dá)形式是隸屬度矩陣，呈現(xiàn)形式并不直觀.灰色系統(tǒng)分析法是將整個(gè)水體看作一個(gè)擁有部分已知信息和部分不確定信息的灰色系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與對(duì)應(yīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而確定評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)級(jí)別，但該方法較為復(fù)雜，不太易于計(jì)算.每種評(píng)價(jià)方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)[1-4].水質(zhì)狀況本身即具有不確定性，評(píng)價(jià)指標(biāo)與分類(lèi)等級(jí)之間存在一定的非線性關(guān)系[5].因此，恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)方法的選取在水質(zhì)分析中具有重要作用.

集對(duì)分析(Set pair analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)SPA) 是我國(guó)民間學(xué)者趙克勤結(jié)合確定性分析和不確定性分析方法，于1989年首次提出的一種利用聯(lián)系度描述和處理綜合集成問(wèn)題的一種全新的系統(tǒng)分析方法，該方法已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中.集對(duì)分析可用于處理模糊、隨機(jī)和信息不完全所致的不確定性系統(tǒng)的理論和方法[6]，利于水質(zhì)因子與水質(zhì)等級(jí)間復(fù)雜的非線性關(guān)系的反映.因此，將該分析應(yīng)用于水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是合理且可行的.本文將集對(duì)分析方法引入伊洛河的水質(zhì)評(píng)價(jià)中，并將研究結(jié)果與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)照，以驗(yàn)證其合理性，進(jìn)而為區(qū)域水環(huán)境保護(hù)與管理決策提供技術(shù)支持.

1 基于熵權(quán)的水質(zhì)集對(duì)分析模型構(gòu)建

1.1 集對(duì)分析基本模型的構(gòu)建

(1)集對(duì)分析理論的基本原理 設(shè)X和Y是有聯(lián)系的兩個(gè)集合，X集合中有n個(gè)對(duì)象，即X=(x1,x2,…,xn)，Y集合中亦有n個(gè)對(duì)象，即Y=(y1,y2,…,yn).集合X與集合Y構(gòu)成集對(duì)H(X,Y)，其聯(lián)系度可以定義為

(1)

式中：μx-y表示集合X和Y的聯(lián)系度；S為集對(duì)H(X,Y)中具有同一性的對(duì)象的數(shù)目；F為具有差異性的對(duì)象的數(shù)目；P為具有對(duì)立性的對(duì)象的數(shù)目；三者之和為n.代表差異度系數(shù)，取值范圍在-1～1之間，當(dāng)其取值為1時(shí)，差異性即轉(zhuǎn)化成同一性；其值越趨于0，即表現(xiàn)越顯著的不確定性.j代表對(duì)立度系數(shù)，這里將其取值為-1.若令a=S/N為同一度，b=F/N為差異度，c=P/N為對(duì)立度，則(1)式可改寫(xiě)為

(2)

a越趨近于1，表明集合X和Y的特征越趨近于同一；c越趨近于1，表明集合X和Y的特征越趨近于對(duì)立；b越趨近于1，表明集合X和Y的特征越趨近于差異.

在水質(zhì)評(píng)價(jià)中，將水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為集合X，將監(jiān)測(cè)項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)等級(jí)劃分指標(biāo)作為集合Y，使實(shí)際監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)間構(gòu)成一個(gè)集對(duì)，通過(guò)計(jì)算2個(gè)集合的聯(lián)系度，評(píng)判水質(zhì)級(jí)別.

(2)確定聯(lián)系度 在不確定系統(tǒng)中，聯(lián)系度可以對(duì)具有一定關(guān)聯(lián)的兩個(gè)集合進(jìn)行量化，從而清晰地顯示兩者之間的定量關(guān)系.首先按單因子評(píng)價(jià)方法，參照《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，計(jì)算出每個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)等級(jí).對(duì)于處于某個(gè)等級(jí)內(nèi)的單項(xiàng)指標(biāo)，我們定義其與該等級(jí)的聯(lián)系度為1，定義其與該單項(xiàng)的水質(zhì)等級(jí)相隔的水質(zhì)等級(jí)的聯(lián)系度為-1，對(duì)于相鄰的水質(zhì)等級(jí)，則通過(guò)聯(lián)系度來(lái)確定實(shí)測(cè)指標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的距離，計(jì)算公式如下.

a. 樣本i的第j項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與第Ⅰ級(jí)水質(zhì)聯(lián)系度表示如下：

(3)

式中:xij為樣本i第j項(xiàng)的實(shí)測(cè)指標(biāo)值；s1j，s2j為指標(biāo)分類(lèi)的限制值.

b. 樣本i的第j項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與第Ⅱ級(jí)水質(zhì)聯(lián)系度表示如下：

(4)

式中:s3j為指標(biāo)分類(lèi)的限制值.

c. 樣本i的第j項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與第Ⅲ級(jí)水質(zhì)聯(lián)系度表示如下：

(5)

式中:s4j為指標(biāo)分類(lèi)的限制值.

d. 樣本i的第j項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與第Ⅳ級(jí)水質(zhì)聯(lián)系度表示如下：

(6)

式中:s5j為指標(biāo)分類(lèi)的限制值.

e. 樣本i的第j項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)與第Ⅴ級(jí)水質(zhì)聯(lián)系度表示如下：

(7)

式中：s5j為指標(biāo)分類(lèi)的限制值，為了便于計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)位于Ⅴ級(jí)時(shí)與Ⅳ級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的聯(lián)系度，將s5j賦值為2s4j-s3j.

1.2 熵值法確定權(quán)重

權(quán)重是針對(duì)某一研究對(duì)象而言的相對(duì)指標(biāo)，同其他研究方法相比，熵值法能夠更加有效地反映指標(biāo)信息熵值的效應(yīng)，較適應(yīng)于水質(zhì)污染情況的評(píng)價(jià)[7].熵權(quán)的大小與被評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)值有顯著的聯(lián)系，根據(jù)其原理，標(biāo)準(zhǔn)化方法的選擇和實(shí)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的性質(zhì)是影響賦權(quán)的重要因素[8].在水質(zhì)評(píng)價(jià)的權(quán)重確定中，引入熵值這一概念來(lái)反映水質(zhì)指標(biāo)值的無(wú)序化程度，利用信息熵這種方法，根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異度，進(jìn)而計(jì)算出各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重.相對(duì)于其它賦權(quán)方法，熵值法是相對(duì)漸變且有效的[9].具體計(jì)算步驟如下.

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)有m個(gè)采樣點(diǎn)、n項(xiàng)指標(biāo)，用原始數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示.這里采用極值處理法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，轉(zhuǎn)換公式如下：

(8)

(9)

(2)熵值法的原理 傳統(tǒng)熵值法定義各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵：

(10)

從(10)式中可以看出，若fij=0，lnfij是沒(méi)有意義的，故需要對(duì)fij進(jìn)行修正，進(jìn)一步將其定義為

(11)

計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值為W，W=(Wj)1×n.

(12)

通過(guò)上面的公式可以計(jì)算出各特征權(quán)重系數(shù).

(3)聯(lián)系度的確定 樣本與各評(píng)價(jià)等級(jí)之間的聯(lián)系度，并加權(quán)處理：

(13)

式中：μik為樣值i與評(píng)價(jià)等級(jí)k之間的聯(lián)系度；μijk為樣本i中評(píng)價(jià)等級(jí)j對(duì)k評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度，選取聯(lián)系度數(shù)值最大的評(píng)價(jià)等級(jí)作為最終水質(zhì)的評(píng)價(jià)等級(jí).

1.3 基于熵權(quán)的集對(duì)分析方法在VBA編程中的實(shí)現(xiàn)

Visual Basic for Applications簡(jiǎn)稱(chēng)VBA，是一種編程語(yǔ)言，是微軟公司開(kāi)發(fā)出的，用以完成通用的自動(dòng)化任務(wù).主要能用來(lái)擴(kuò)展Windows的應(yīng)用程式功能，特別是Microsoft Office軟件.基于Excel的VBA編程功能，對(duì)錄入到Excel中的數(shù)據(jù)進(jìn)行批量化處理，通過(guò)中間程序的功能實(shí)現(xiàn)，直接在表格中給出每個(gè)樣本的水質(zhì)等級(jí)，具體計(jì)算步驟如下.

首先按固定的格式錄入水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，錄入的水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分別放在兩個(gè)Excel工作表(“水質(zhì)數(shù)據(jù)”及“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及熵值”)中，以便分別調(diào)用.數(shù)據(jù)錄入應(yīng)該按照固定的格式，便于程序的運(yùn)行管理.

第二步是計(jì)算熵權(quán)值，即對(duì)所有樣本按前文所述步驟計(jì)算每個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的熵權(quán)值(占最終水質(zhì)等級(jí)的比重)，熵權(quán)值的計(jì)算與所給的樣本值的多少有關(guān)，樣本值越多，越能反應(yīng)區(qū)域變化特征和時(shí)間變化特征.熵權(quán)值計(jì)算在VBA中的實(shí)現(xiàn)需要借助多層循環(huán)語(yǔ)句和選擇語(yǔ)句，以便于精簡(jiǎn)程序語(yǔ)言，減少運(yùn)行時(shí)間.計(jì)算出的熵權(quán)值存儲(chǔ)在一個(gè)“水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及熵值”工作表中水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之后.

第三步是計(jì)算分級(jí)聯(lián)系度，即利用水質(zhì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用前文所述原理和公式，進(jìn)行編程語(yǔ)言的設(shè)計(jì)，批量計(jì)算出每個(gè)水質(zhì)指標(biāo)與每個(gè)水質(zhì)等級(jí)的聯(lián)系度，并放入“單項(xiàng)聯(lián)系度”工作表中.然后根據(jù)第二步計(jì)算得到的每個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的熵權(quán)值，乘以相應(yīng)的水質(zhì)指標(biāo)的聯(lián)系度.最后，對(duì)水質(zhì)指標(biāo)中與相同水質(zhì)等級(jí)的聯(lián)系度相加，得到水質(zhì)樣本與五個(gè)水質(zhì)等級(jí)的最終聯(lián)系度，放入“最終聯(lián)系度”工作表中.

最后，對(duì)于每個(gè)水質(zhì)樣本，分別確定聯(lián)系度最大的那個(gè)水質(zhì)等級(jí)，作為水質(zhì)樣本的水質(zhì)等級(jí)，放入“水質(zhì)數(shù)據(jù)”工作表中相應(yīng)的水質(zhì)樣本后.

2 實(shí)例應(yīng)用

伊洛河流域地處我國(guó)黃河流域的中段，位于東經(jīng)109°45′-113°06′、北緯33°33′-35°05′之間，流域面積18881km2，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，春季干燥多風(fēng)，夏季易發(fā)暴雨，秋冬干旱少雨，多年平均徑流量為27億m3.流域地勢(shì)險(xiǎn)峻，地形復(fù)雜多樣.流域中部及西部地區(qū)降水量大，洛河和伊河兩岸的丘陵區(qū)降水量較少，降水量隨海拔高度增加而減少，是黃河中部的重要供水來(lái)源之一.

為了驗(yàn)證集對(duì)分析方法的合理性，本文采用鄭州市的伊洛河七里鋪和黃河花園口兩個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面2010、2011和2012年各月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(M)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮 (NH4-N)、化學(xué)需氧量(COD)、總氮(N_total)、總磷(P_total)、糞大腸菌群(Coo_org)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)，詳見(jiàn)表1.

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

這里以伊洛河七里鋪監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)為例，對(duì)基于熵權(quán)的集對(duì)分析方法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用進(jìn)行具體說(shuō)明.表2為七里鋪斷面2010年1月的水質(zhì)指標(biāo)值.首先，根據(jù)熵權(quán)值計(jì)算公式，得出各指標(biāo)在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的權(quán)重分別0.123,0.131,0.149,0.118,0.111,0.116,0.139和0.113.其次，計(jì)算得到水質(zhì)指標(biāo)與五個(gè)等級(jí)的聯(lián)系度，結(jié)果如表3所示.從表中最后一行可以看出，該測(cè)量斷面在該日的水質(zhì)等級(jí)為Ⅳ類(lèi).參照此方法，計(jì)算七里鋪和花園口2010、2011、2012年各月的水質(zhì)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表4.

表2 七里鋪斷面水質(zhì)指標(biāo)值

3 結(jié)果討論與分析

從表4中可以看出單因子分析的計(jì)算結(jié)果普遍高于集對(duì)分析和模糊數(shù)學(xué)綜合分析法的計(jì)算結(jié)果，這是因?yàn)閱我蜃臃治龇ㄊ菍⒏黜?xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)中最大的一項(xiàng)作為最終的數(shù)值等級(jí)，故指標(biāo)相對(duì)偏高，也是不太能夠反映實(shí)際情況的；同時(shí)，集對(duì)分析與模糊數(shù)學(xué)綜合分析方法對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果在大部分的月份保持一致，這是由于兩種方法都是基于較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，兩種結(jié)果能夠互相驗(yàn)證，一定程度上驗(yàn)證了集對(duì)分析方法的有效性.

表3 水質(zhì)指標(biāo)與五個(gè)等級(jí)的聯(lián)系度

表4 鄭州市某監(jiān)測(cè)斷面不同時(shí)間的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果等級(jí)

但是在花園口斷面若干月份的評(píng)價(jià)結(jié)果中，集對(duì)分析與模糊數(shù)學(xué)綜合分析方法得出的結(jié)果差異較大，這是因?yàn)槟：C合評(píng)價(jià)過(guò)程中，較常采用是線性加權(quán)平均法，評(píng)價(jià)結(jié)果容易出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，且計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，實(shí)際操作性較差[10].集對(duì)分析方法能綜合反映水質(zhì)不同指標(biāo)的特征，較好地體現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)際情況.

同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，在花園口斷面若干個(gè)監(jiān)測(cè)月份的評(píng)價(jià)結(jié)果中，集對(duì)分析的結(jié)果明顯小于單因子分析和模糊數(shù)學(xué)綜合分析的評(píng)價(jià)結(jié)果，可能的原因包括兩方面：一是兩種評(píng)價(jià)方法本身存在差異.兩種評(píng)價(jià)方法都是基于相應(yīng)函數(shù)的建立，模糊綜合評(píng)價(jià)的水質(zhì)等級(jí)是通過(guò)隸屬度的值確定的，其取值范圍在0-1之間，但不同水質(zhì)等級(jí)之間如何過(guò)渡沒(méi)有給出描述，而集對(duì)分析法的水質(zhì)等級(jí)是通過(guò)聯(lián)系度而確定的，其取值范圍在-1-1之間，且不同水質(zhì)等級(jí)之間的過(guò)渡性通過(guò)差異度、對(duì)立度等指標(biāo)表現(xiàn)，因而評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確、合理.二是兩種評(píng)價(jià)方法的權(quán)重是通過(guò)不同方法確定的.對(duì)于模糊綜合評(píng)價(jià)而言，其權(quán)重是由水質(zhì)的實(shí)測(cè)值與對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)相除獲得的，使得權(quán)重只與水質(zhì)的實(shí)測(cè)值相關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致某一類(lèi)實(shí)測(cè)值偏高使得整體評(píng)價(jià)結(jié)果偏高現(xiàn)象的發(fā)生，從而使其評(píng)價(jià)結(jié)果高于集對(duì)分析法的評(píng)價(jià)結(jié)果.此外，模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)單一數(shù)值確定權(quán)重的方法，本身存在一定的誤差.本研究在計(jì)算權(quán)重時(shí)運(yùn)用信息熵的方法，這樣能夠減小單一指標(biāo)確定權(quán)重時(shí)所產(chǎn)生的誤差，并且能夠體現(xiàn)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的集中趨勢(shì).

另外，花園口站位于七里鋪站的下游，伊洛河作為黃河中游的主要支流，對(duì)于黃河的水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生較大的影響.通過(guò)這兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，單因子評(píng)價(jià)法及模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，花園口斷面的水質(zhì)相較于七里鋪斷面更好，而利用集對(duì)分析得到的評(píng)價(jià)結(jié)果得到類(lèi)似的結(jié)果，但也在一部分月份表現(xiàn)出相反的結(jié)果，這是由于集對(duì)分析方法除了反應(yīng)當(dāng)前站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所表現(xiàn)出的水質(zhì)信息，同時(shí)利用了更多的空間信息，考慮了兩個(gè)站點(diǎn)之間監(jiān)測(cè)信息的互相影響，評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理.兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示伊洛河七里鋪站的水質(zhì)年際變化不太大，而花園口站的水質(zhì)年際變化較大，這是由于伊洛河作為支流，導(dǎo)致水量和水質(zhì)變化的因子較為穩(wěn)定，對(duì)水質(zhì)影響不大，而黃河作為中國(guó)第二大河，受到的中上游帶來(lái)的不確定性影響較大，水質(zhì)年際變化較為明顯.

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)構(gòu)建水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值與對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的集對(duì)關(guān)系，計(jì)算聯(lián)系度，進(jìn)而確定水質(zhì)等級(jí)，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重，有效避免了人為賦權(quán)的主觀影響，得到了更加合理的評(píng)價(jià)結(jié)果.集對(duì)分析法原理易懂、計(jì)算簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀，適合大部分地區(qū)的水質(zhì)評(píng)價(jià).相比于其它水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，集對(duì)分析的評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)客觀.借用VBA編程對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行集成，能夠高效地批量處理數(shù)據(jù)，直接輸出評(píng)價(jià)結(jié)果，方便快捷.將計(jì)算方法集成在Visual Basic上，通過(guò)按鈕和數(shù)據(jù)表格的形式更加智能便捷地實(shí)現(xiàn)其功能，以方便非編程專(zhuān)業(yè)研究人員的操作和實(shí)踐，是下一步的工作方向.同時(shí)，本文對(duì)比了同一地區(qū)的兩條河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，分析了上下游關(guān)系以及河流規(guī)模對(duì)于斷面水質(zhì)的影響.

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Application of Set Pair Analysis based on Information Entropy in Water Quality Evaluation——Take Zhengzhou as an example

CHEN Juan1， HONG Si-yang2， CHENG Tao2， JIAO Zhi-qian2

(1. South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China; 2.College of Water Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

This paper introduces set pair analysis based on information entropy, and the method is translated into VBA programming and then applied in Qilipu and Garden surface water monitoring sections’ water quality analysis in Zhengzhou city. The result of three monitoring years is calculated out by the program. Then the result is compared with the results calculated by other two methods. The comparison shows that the result of set pair analysis has better effect. Method based on VBA programming is easy to operate, and it is a relatively good technical support for water environment conservation and management decision.

water quality assessment; entropy weights; set pair analysis; VBA

2016-03-01

陳雋(1967-)，男,山西太原人，高級(jí)工程師, 主要從事水資源與水環(huán)境方面的研究.通訊作者：洪思揚(yáng)(1990-)女，博士研究生，主要從事水資源系統(tǒng)分析方面的研究.

10.14182/J.cnki.1001-2443.2016.05.010

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1001-2443(2016)05-0449-06