（晉中市瀟河流域管理局 山西晉中 030600）

1 概況

瀟河是晉中市最大的河流，松塔水庫位于瀟河主流松塔河上，控制流域面積1 174 km2。2011年8月底松塔水庫下閘蓄水以來，每年為晉中城區(qū)和壽陽縣提供城市及工業(yè)用水2 200萬m3，改善瀟河灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉面積1.171萬hm2，極大地緩解了受水區(qū)地面水利用不足，地下水嚴(yán)重超采的矛盾。對松塔水庫地表水水質(zhì)進行定量評價，反映水庫水質(zhì)現(xiàn)狀和變化規(guī)律，進一步提出針對性的保護措施，對晉中市的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

灰色關(guān)聯(lián)法提出了對各子系統(tǒng)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析的概念，通過一定的方法，找到系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的數(shù)值關(guān)聯(lián)程度的關(guān)系，對系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢提出量化的度量。由于灰色關(guān)聯(lián)法具有對樣本規(guī)律性要求不高，定性與定量成果一致，非常適合動態(tài)分析等優(yōu)勢，所以，本文采用灰色關(guān)聯(lián)法對松塔水庫水質(zhì)進行分析評價。

2 灰色關(guān)聯(lián)法模型建立

2.1 灰色關(guān)聯(lián)法原理

灰色關(guān)聯(lián)法是對于兩個系統(tǒng)之間的因素隨時間或不同對象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。在系統(tǒng)發(fā)展過程中，若兩個因素變化的趨勢具有一致性，即同步變化程度較高，二者關(guān)聯(lián)程度較高；反之，則較低。在對松塔水庫進行水質(zhì)評價時，選取實測水質(zhì)資料與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)兩個系統(tǒng)進行比較，求取汛期與非汛期水質(zhì)與5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類級別的關(guān)聯(lián)度，最大值為松塔水庫水質(zhì)對應(yīng)的級別。

2.2 具體計算步驟

2.2.1 確定實測數(shù)列和比較數(shù)列

以松塔水庫汛期與非汛期水質(zhì)實測平均值為實測數(shù)列，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類為比較數(shù)列。實測數(shù)列松塔水庫汛期或非汛期水質(zhì)實測平均值為實測指標(biāo)個數(shù)，比較數(shù)列地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類為5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類級別。

2.2.2 無量綱化處理[1]

由于系統(tǒng)中各因素之間量級不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的量綱也不一定相同，不便于比較，或在比較時難以得到正確的結(jié)論。因此在進行灰色關(guān)聯(lián)分析時，先進行無量綱化的數(shù)據(jù)處理。

2.2.3 求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

對于實測數(shù)列 X0有若干個比較數(shù)列 X1，X2，X3，…，Xm各比較數(shù)列與實測數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)ζ可由公式（1）算出。

2.2.4 求關(guān)聯(lián)度

因為關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與實測數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度值，所以它的數(shù)不止一個，信息過于分散，不便于整體比較，求關(guān)聯(lián)系數(shù)平均值，即關(guān)聯(lián)度，計算如公式（2）。

式中:Ri——比較數(shù)列對實測數(shù)列的灰關(guān)聯(lián)度。

2.2.5 關(guān)聯(lián)度排序

通過比較各關(guān)聯(lián)度的大小，找出最大的關(guān)聯(lián)度值，所對應(yīng)的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類級別就是松塔水庫水體的環(huán)境質(zhì)量等級。

3 松塔水庫水體水質(zhì)評價

3.1 松塔水庫水質(zhì)現(xiàn)狀

為了解松塔水庫水質(zhì)現(xiàn)狀，開展了一年的水質(zhì)監(jiān)測，調(diào)查的主要污染物有:NH3-N、TN、TP、COD，結(jié)果如表1。

表1 松塔水庫主要污染物月度水質(zhì)監(jiān)測值表 單位：mg/L

3.2 評價因子和評價標(biāo)準(zhǔn)

以 NH3-N、TN、TP、COD 為評價因子，按汛期、非汛期計算其平均值見表2，以此數(shù)據(jù)為實測數(shù)列，以地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類級別為比較數(shù)列，見表3。

表2 松塔水庫主要污染物汛期、非汛期水質(zhì)監(jiān)測平均值表單位：mg/L

表3 各評價因子影響水庫水環(huán)境質(zhì)量比較 單位：mg/L

將松塔水庫汛期、非汛期的實測數(shù)列無量綱化處理。

首先計算NH3-N汛期、非汛期的平均值:（0.11+0.15）÷2=0.13

再計算NH3-N汛期的無量綱化結(jié)果:0.13÷0.11=1.182

NH3-N非汛期的無量綱化結(jié)果:0.13÷0.15=0.867。

同理，計算出TN、TP、和COD實測數(shù)列的無量綱化結(jié)果見表4。

同樣將比較數(shù)列進行無量綱化處理。

首先計算NH3-N的5類水質(zhì)級別的平均值:

（0.15+0.50+1.00+1.50+2.00）÷5=1.03

再計算NH3-N的Ⅰ類水無量綱化結(jié)果:1.03÷0.15=6.867

NH3-N的Ⅱ類水無量綱化結(jié)果:1.03÷0.50=2.060

NH3-N的Ⅲ類水無量綱化結(jié)果:1.03÷1.00=1.030

NH3-N的Ⅳ類水無量綱化結(jié)果:1.03÷1.50=0.687

NH3-N的Ⅴ類水無量綱化結(jié)果:1.03÷2.00=0.515

同理，計算出TN、TP、和COD比較數(shù)列的無量綱化結(jié)果見表5。

表4 松塔水庫實測數(shù)據(jù)無量綱化結(jié)果

表5 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分類級別數(shù)值無量綱化結(jié)果

3.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

3.3.1 汛期關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

計算絕對值差，以汛期4個評價因子對應(yīng)的值為實測數(shù)列，與地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的5個水質(zhì)級別比較數(shù)列分別組合計算，以Ⅰ類水為例計算如下:

NH3-N:|1.182-6.867|=5.685

TN:|1.125-5.200|=4.075

TP:|0.702-7.700|=6.998

COD:|1.289-1.600|=0.311

同理，計算Ⅱ類水、Ⅲ類水、Ⅳ類水和Ⅴ類水，結(jié)果如下:

將數(shù)據(jù)代入公式（1）計算，其中，分辨系數(shù)ζ取0.5，結(jié)果見表6。

表6 松塔水庫汛期水質(zhì)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)

3.3.2 非汛期關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

同理，計算松塔水庫非汛期水質(zhì)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表7。

表7 松塔水庫非汛期水質(zhì)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)

3.4 關(guān)聯(lián)度計算

將表6中的數(shù)據(jù)代入公式2，得出松塔水庫汛期水質(zhì)對應(yīng)各個評價等級的關(guān)聯(lián)度。

用同樣的方法，計算松塔水庫非汛期水質(zhì)對應(yīng)各個評價等級的關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表8。

從表8中選取出松塔水庫汛期、非汛期對應(yīng)的最大關(guān)聯(lián)度，即得出松塔水庫汛期、非汛期水質(zhì)對應(yīng)的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5類水域功能和標(biāo)準(zhǔn)分類級別的等級。

表8 松塔水庫汛期、非汛期關(guān)聯(lián)度結(jié)果

松塔水庫汛期、非汛期對應(yīng)的最大關(guān)聯(lián)度均為R3，即松塔水庫水質(zhì)汛期、非汛期均為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水級別。

4 結(jié)語

通過灰色關(guān)聯(lián)法對松塔水庫汛期、非汛期水質(zhì)進行分析評價，結(jié)果表明:松塔水庫水質(zhì)為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。為改善水環(huán)境，確保松塔水庫作為地表水資源可持續(xù)利用，提出以下保護措施:

1）保護區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)生活區(qū)建設(shè)完善的污水收集與處理系統(tǒng)，進行旱廁防滲處理和垃圾回收與處理；2）保護區(qū)耕地實施退耕還林還草及涵養(yǎng)水源工程或采取有效的措施，減少田間化肥和農(nóng)藥使用量；3）合理規(guī)劃養(yǎng)殖區(qū)域，畜禽養(yǎng)殖場通過設(shè)置沉淀池等方法防止畜禽糞便污水對周圍環(huán)境造成污染；4）做好飲用水水源地環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管能力建設(shè)，積極進行水源地環(huán)境保護宣傳教育。這樣，使晉中市的母親河——瀟河為區(qū)域的城市生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持久提供符合要求的水資源。