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        基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的汾河水質(zhì)評(píng)價(jià)

        2019-09-10 07:22:44秦聰
        水利水電快報(bào) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)評(píng)價(jià)汾河

        秦聰

        摘要:汾河為山西省居民飲用水的主要來源,也是山西水環(huán)境的重點(diǎn)保護(hù)對象。以汾河9個(gè)監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)為研究對象,利用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法,對汾河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),并將改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)法與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明,改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度權(quán)重,不僅客觀準(zhǔn)確,且計(jì)算簡單、易于掌握,可為汾河的水環(huán)境保護(hù)及管理提供可靠依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:水質(zhì)評(píng)價(jià);灰色關(guān)聯(lián)分析法;水環(huán)境保護(hù);汾河

        中圖法分類號(hào):X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.007

        汾河是黃河第二大支流,亦是山西境內(nèi)最大的河流。汾河流經(jīng)山西省的忻州市、太原市、呂梁市、晉中市、臨汾市、運(yùn)城市6市的29縣(區(qū)),因此該河在山西省飲用水水源供應(yīng)、農(nóng)業(yè)灌溉等方面具有舉足輕重的作用。目前,國內(nèi)外水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法等。景勝元等采用單因子評(píng)價(jià)法對汾河水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該方法適用于受單一或多種污染物影響明顯的河流,且在所有評(píng)價(jià)指標(biāo)中,只要有一項(xiàng)指標(biāo)相對污染程度較大,則無需考慮剩余因子的污染評(píng)價(jià)等級(jí),最終評(píng)價(jià)結(jié)果均顯示水質(zhì)等級(jí)較低。雖然該方法計(jì)算過程簡單,但結(jié)論較為消極,應(yīng)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)不能很好地反映出水體的整體水質(zhì)。盛夏等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法對汾河水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該方法結(jié)合多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),克服了單因子評(píng)價(jià)法的不足,但計(jì)算過程繁復(fù),不易掌握。

        本文以9個(gè)監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)為研究對象,采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法對汾河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法克服了其他方法存在的單一或繁復(fù)性等問題,能夠相對客觀、簡便地判別水質(zhì)類別,為確定汾河水的用途提供了合理、可靠的依據(jù)。

        1改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法

        1.1確定參考序列和比較序列

        1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化處理

        歸一化是將有量綱的表達(dá)式,經(jīng)過變換化為無量綱的表達(dá)式,成為標(biāo)量。改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法采用各級(jí)指標(biāo)及其各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)除以相應(yīng)最大值的方法,將各級(jí)指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)和各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)歸一化到[0,1]。

        2應(yīng)用實(shí)例分析

        水質(zhì)評(píng)價(jià)選取汾河的9個(gè)監(jiān)測斷面,以化學(xué)需氧量、石油類、氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、鉛、鎘8個(gè)指標(biāo)作為水質(zhì)評(píng)價(jià)目標(biāo),檢測年均值見表1。本次汾河水質(zhì)以GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn),各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

        2.1監(jiān)測成果歸一化處理

        用各級(jí)指標(biāo)及其各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)除以相應(yīng)最大值,將各級(jí)指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)和各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化。歸一化結(jié)果見表3~4。

        (3)權(quán)重計(jì)算。依據(jù)式(3)~(5),計(jì)算得出各指標(biāo)在不同監(jiān)測斷面所對應(yīng)的權(quán)重。以監(jiān)測斷面1為例,各指標(biāo)對應(yīng)Ii(K)值見表7,各指標(biāo)對應(yīng)權(quán)重值Wi(K)見表8。

        (4)關(guān)聯(lián)系數(shù)。依據(jù)式(2),以監(jiān)測斷面l為例,各指標(biāo)對應(yīng)關(guān)聯(lián)系數(shù)值見表9。

        (5)關(guān)聯(lián)度。依據(jù)式(6),得出各監(jiān)測斷面的關(guān)聯(lián)度,見表10。

        由表10可知,監(jiān)測斷面l,4,8的水質(zhì)級(jí)類為II類,監(jiān)測斷面2,5,6,9的水質(zhì)類別為III類,監(jiān)測斷面3,7的水質(zhì)類別為v類。

        3與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法對比分析

        改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果不同,對比結(jié)果見表12。從表12可知,采用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算,監(jiān)測斷面2的水質(zhì)類別為II類,其余各監(jiān)測斷面的水質(zhì)類別為I類。傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)分析法未根據(jù)地下水的特點(diǎn)對關(guān)聯(lián)度賦予權(quán)重,某些水質(zhì)成分檢測值很小時(shí),權(quán)重幾乎為零,導(dǎo)致水質(zhì)評(píng)價(jià)不夠客觀全面。改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度權(quán)重,克服了傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法的缺陷,結(jié)論更為精確。

        4結(jié)語

        依據(jù)關(guān)聯(lián)度最大原則,采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算得出:監(jiān)測斷面1,4,8的水質(zhì)類別為II類;監(jiān)測斷面2,5,6,9的水質(zhì)類別為III類;監(jiān)測斷面3,7的水質(zhì)類別為v類。采用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算得出:監(jiān)測斷面2的水質(zhì)類別為II類,其余監(jiān)測斷面的水質(zhì)類別均為I類。相較傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法,改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了關(guān)聯(lián)度權(quán)重,體現(xiàn)了“污染大、權(quán)重大”的原則,水質(zhì)評(píng)價(jià)更為合理。

        本文采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法對汾河水質(zhì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià),對各級(jí)指標(biāo)實(shí)測數(shù)據(jù)和各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸一化,避免了人為主觀因素的影響;并且克服了單因子評(píng)價(jià)法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法單一性、繁復(fù)等不足,安全可靠,簡單易行。

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