趙連玲 ，劉華雪，饒義勇，廖秀麗，戴 明，黃洪輝

1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300

2. 西安電子科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710071

海洋環(huán)境污染會(huì)危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，影響海洋食物產(chǎn)出，并對(duì)人類(lèi)健康造成影響。海洋環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是開(kāi)展海洋環(huán)境管理的依據(jù)，而海洋環(huán)境評(píng)價(jià)的精度取決于海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水平。世界各國(guó)學(xué)者開(kāi)展了海洋環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)研究，其中海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法、海洋沉積物評(píng)價(jià)方法和海洋環(huán)境綜合評(píng)價(jià)方法是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。在有限的投入下精準(zhǔn)評(píng)價(jià)海洋環(huán)境質(zhì)量，一直是我國(guó)學(xué)者努力追求的目標(biāo)。

自1998 年開(kāi)始實(shí)施的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB 2097—1997)，根據(jù)海域的不同使用功能和保護(hù)目標(biāo)，將我國(guó)海水水質(zhì)分為4 類(lèi)，并將各類(lèi)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定量劃分，同時(shí)界定了各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的海水水質(zhì)分析方法[1]。Paul 等[2]對(duì)沿海水質(zhì)的時(shí)空分布分析方法進(jìn)行了總結(jié)，包括聚類(lèi)分析、判別分析、因素分析和主成分分析、變差函數(shù)等方法。聚類(lèi)分析被用于研究海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相似性。因素分析和主成分分析主要用于沿岸和海水水質(zhì)數(shù)據(jù)集的研究，通過(guò)減少冗余因子，獲取主要的海水環(huán)境影響要素。

為了進(jìn)一步改進(jìn)評(píng)價(jià)方法，國(guó)內(nèi)學(xué)者就指標(biāo)體系構(gòu)建和模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量嘗試，如林小蘋(píng)等[3]利用主成分分析，根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)的主成分得分進(jìn)行站點(diǎn)聚類(lèi)，成功將8 個(gè)站點(diǎn)分為4 類(lèi)。馬麗[4]運(yùn)用可變模糊評(píng)價(jià)模型，得到了5 個(gè)海灣的評(píng)價(jià)級(jí)別特征值和健康水平，并利用模糊綜合評(píng)估模型進(jìn)行了方法一致性比較。林琳等[5]從水體污染、初級(jí)生產(chǎn)力、生物資源等方面對(duì)大亞灣海域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并模擬和分析了環(huán)境質(zhì)量的空間分布趨勢(shì)。杜飛雁等[6]、方良等[7]、廖秀麗等[8]研究了大亞灣浮游動(dòng)物的生物量、優(yōu)勢(shì)種等生態(tài)特征。黨耀國(guó)等[9]通過(guò)構(gòu)建面板數(shù)據(jù)的灰色關(guān)聯(lián)度模型，發(fā)現(xiàn)基于面板數(shù)據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度模型的聚類(lèi)方法能夠在數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出良好的效果。張燕軍等[10]提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)度的人機(jī)系統(tǒng)功能聚類(lèi)方法，詳細(xì)闡述了人機(jī)系統(tǒng)的分層聚類(lèi)方法，并通過(guò)案例驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。岑詠霆[11]根據(jù)旅行社顧客滿(mǎn)意度，確定旅行社樣本及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度，最后以離差平方和最小為聚類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行聚類(lèi)分析。郭三黨等[12]定義了不同類(lèi)別之間的關(guān)聯(lián)度，構(gòu)造了一種基于最大灰色關(guān)聯(lián)度的聚類(lèi)方法，結(jié)果表明新的聚類(lèi)方法改進(jìn)了已有的灰色關(guān)聯(lián)聚類(lèi)中聚類(lèi)原則存在的缺陷。

大亞灣是我國(guó)亞熱帶海域重要的海洋生物種質(zhì)資源庫(kù)[13]，受周邊地區(qū)工業(yè)和人為影響，大亞灣海域生態(tài)環(huán)境遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)也在快速退化[14-15]。越來(lái)越多研究者開(kāi)始關(guān)注陸源性污染物的輸入以及近海人工養(yǎng)殖造成的海灣環(huán)境污染問(wèn)題[16-18]。海水養(yǎng)殖是大亞灣的重要產(chǎn)業(yè)之一，促進(jìn)了該海域水體中營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)物的富集，局部海域已出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)[14]。由于大亞灣附近沒(méi)有江河湖泊等較大的陸源徑流輸入，灣內(nèi)海水交換條件一般，主要通過(guò)灣口與外海水進(jìn)行交換[19-24]，水體交換能力總體為南部?jī)?yōu)于北部、東部?jī)?yōu)于西部，全灣水體更新時(shí)間為26 d[25]。大亞灣核電基地是我國(guó)目前在運(yùn)行核電裝機(jī)容量最大的核電基地，擁有6 臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組[26]，大亞灣核電站和嶺澳核電站的溫排水也成為了影響研究海域生態(tài)環(huán)境的重要因素之一[27]。

本文通過(guò)改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)，結(jié)合層次聚類(lèi)，構(gòu)建涵蓋水環(huán)境和海洋生態(tài)的指標(biāo)體系，在大亞灣西部海域 (核電附近海域) 開(kāi)展海水質(zhì)量評(píng)價(jià)探索研究，將統(tǒng)計(jì)學(xué)方法引入海域質(zhì)量評(píng)價(jià)，旨在建立科學(xué)有效的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，準(zhǔn)確分析目前大亞灣西部的海水質(zhì)量狀況，進(jìn)而為行業(yè)主管部門(mén)提供對(duì)策和建議。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所有數(shù)據(jù)均來(lái)自2020 年對(duì)大亞灣西南海域的科考調(diào)查結(jié)果，調(diào)查范圍為114°30'E—114°55'E、22°25'N—22°50'N，包含2020 年四季24 個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù) (圖1)，主要包括海水水質(zhì)環(huán)境、海洋生態(tài)(浮游植物、浮游動(dòng)物) 調(diào)查。

圖1 大亞灣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)Fig. 1 Monitoring stations in Daya Bay

海水水質(zhì)環(huán)境測(cè)量用容積為5 L 的有機(jī)玻璃采水器采集表層水樣 (水面下50 cm)，各調(diào)查項(xiàng)目按規(guī)范要求現(xiàn)場(chǎng)分裝保存，部分指標(biāo)于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試。水深用船載漁探儀或FISH4200 型便攜式漁探儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，透明度用薩氏盤(pán)法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，海水水溫、鹽度、pH 和溶解氧 (DO) 用YSI Pro Plus型多功能水質(zhì)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，化學(xué)需氧量 (CODMn)、石油類(lèi)、活性磷酸鹽、無(wú)機(jī)氮、懸浮物和葉綠素a參考海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第4 部分：海水分析 (GB 17378.4—2007) 進(jìn)行測(cè)定。浮游植物用淺水III 型浮游生物網(wǎng)距海底約2 m 至表層垂直拖網(wǎng)進(jìn)行采集，網(wǎng)口系流量計(jì)，每站垂直拖曳1 網(wǎng)，所采樣品用5% (φ)的甲醛溶液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)濃縮后，用數(shù)字流式細(xì)胞攝像系統(tǒng) (FlowCam 8400) 進(jìn)行鏡檢分類(lèi)鑒定與計(jì)數(shù)，分析浮游植物數(shù)量分布和多樣性。浮游動(dòng)物用淺水I 型浮游生物網(wǎng)距海底約2 m 至表層垂直拖網(wǎng)進(jìn)行采集，網(wǎng)口系流量計(jì)，每站垂直拖曳1 網(wǎng)，所采樣品用5% (φ)的甲醛溶液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室挑去雜物后，以濕質(zhì)量法稱(chēng)取浮游動(dòng)物生物量，再用解剖鏡進(jìn)行鏡檢分類(lèi)鑒定和計(jì)數(shù)，分析浮游動(dòng)物數(shù)量分布和多樣性。浮游植物密度單位為105個(gè)·m?3，Shannon-Weaver多樣性指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Pi=ni/N；ni為單位空間內(nèi)第i種的個(gè)體數(shù)量 (個(gè)·m?3)；N為某站總生物數(shù)量 (個(gè)·m?3)；S為出現(xiàn)生物總種數(shù)。

1.2 技術(shù)路線

首先，收集24 個(gè)站點(diǎn)的指標(biāo)數(shù)據(jù)形成指標(biāo)體系；其次，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行主成分分析，驗(yàn)證指標(biāo)體系的合理性；再次，運(yùn)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)，根據(jù)指標(biāo)體系對(duì)24 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)，繪制聚類(lèi)圖；最后，根據(jù)站點(diǎn)聚類(lèi)結(jié)果，得出結(jié)論，分析原因。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 主成分分析

主成分分析是采用數(shù)學(xué)上的降維思想，用少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)指標(biāo)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法。轉(zhuǎn)化生成的綜合指標(biāo)被稱(chēng)為主成分，其中每個(gè)主成分都由原始變量的線性組合生成，能夠盡可能多地反映原來(lái)指標(biāo)的信息，且各個(gè)主成分之間互不相關(guān)。

假定有n個(gè)樣本，每個(gè)樣本共有p個(gè)指標(biāo) (變量) 描述，這樣就構(gòu)成了一個(gè)n×p階的數(shù)據(jù)資料矩陣：

其中：

作X1,X2,···,Xp的線性組合即綜合指標(biāo)，也就是主成分，記新變量指標(biāo)為Z1,Z2,···,Zp。則：

在上述方程組中要求：a21i+a22i+···+a2pi=1,i=1,2,···,p，且系數(shù)aij由下列原則來(lái)決定：

1)Zi與Zj(i/=j,i,j=1,2,···,p) 不相關(guān)；

2)Z1是X1,X2,···,Xp的一切線性組合中方差最大者；Z2是與Z1不相關(guān)的X1,X2,···,Xp的所有線性組合中方差最大者；Zp是與Z1,Z2,···,Zp?1都不相關(guān)的X1,X2,···,Xp的所有線性組合中方差最大者。

這樣決定的新變量指標(biāo)Z1,Z2,···,Zp分別稱(chēng)為原變量指標(biāo)X1,X2,···,Xp的第一、第二、… 、第p主成分。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)

以灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果R為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度的聚類(lèi)方法，從而達(dá)到對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)的目的。該方法的實(shí)質(zhì)就是生成如下二維空間到一維空間的映射f:R2→Rg，其中R為關(guān)聯(lián)度集，Rg為評(píng)價(jià)對(duì)象的相似關(guān)系集。

1) 確定聚類(lèi)論域的原始評(píng)估矩陣。設(shè)待評(píng)估海域有m個(gè)站點(diǎn)，記為聚類(lèi)論域S=(S1,S2,···,Sm)；評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康的指標(biāo)集，記為C=(C1,C2,···,Cn)，得到原始評(píng)估矩陣：

式中：序列Yi=(yi1,yi2,···,yin) 代表海域內(nèi)第i個(gè)站點(diǎn)的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)集。

2) 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于站點(diǎn)各生態(tài)指標(biāo)的量綱和界限值不同，保證指標(biāo)間相同因素的可比性，消除不同指標(biāo)間的不可公度性影響，需要對(duì)原始評(píng)估矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，采用正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化，按下式作同一化處理：

式中：i為指標(biāo)代號(hào)；j為生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)代號(hào)；為第j個(gè)指標(biāo)的均值；Sj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)同一化處理后，得到評(píng)估矩陣X：

式中：序列Xi=(xi1,xi2,···,xin) 代表海域內(nèi)第i個(gè)站點(diǎn)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)集。

3) 聚類(lèi)基礎(chǔ)的構(gòu)成。根據(jù)分析問(wèn)題的實(shí)際情況，需要設(shè)定基準(zhǔn)序列X0=(x01,x02,···,x0n)，為減小誤差，對(duì)于極大型指標(biāo)：x0j取該指標(biāo)列的90%分位點(diǎn)處數(shù)據(jù)，對(duì)于極小型指標(biāo)，x0j取該指標(biāo)列的10%分位點(diǎn)處數(shù)據(jù)，對(duì)于區(qū)間型指標(biāo)，x0j取該指標(biāo)列的50%分位點(diǎn)處數(shù)據(jù)或均值。

對(duì)于比較序列X1,X2,···,Xm，令Rij=|x0j?xij|，則有：

式中：xij與x0j的相對(duì)差值ξ0ij定義為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ是分辨系數(shù)，在 (0,1) 之間取值，可以人為給定，ρ越小分辨力越大，通常取ρ=0.5。關(guān)聯(lián)系數(shù)很多，信息較為分散，它的每一個(gè)值表示了比較序列Xi對(duì)基準(zhǔn)序列X0的關(guān)聯(lián)程度強(qiáng)弱。為更加直觀地表現(xiàn)2 個(gè)數(shù)列的關(guān)聯(lián)度，對(duì)所有關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值：

式中：ri代表了序列Xi對(duì)基準(zhǔn)序列X0的關(guān)聯(lián)度，稱(chēng)為絕對(duì)關(guān)聯(lián)度，ri值越大，說(shuō)明序列Xi與基準(zhǔn)序列X0的相似性越高，即對(duì)應(yīng)站點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)越健康。因此可以得到聚類(lèi)論域S的關(guān)聯(lián)度集R：R=(r1,r2,···,rm)，關(guān)聯(lián)度集R是聚類(lèi)分析的基礎(chǔ)。

4) 建立灰色相似關(guān)系矩陣。根據(jù)關(guān)聯(lián)度集R，構(gòu)建聚類(lèi)論域S中各元素之間的關(guān)聯(lián)度差異矩陣ES：

式中：eij(i,j=1,2,···,m) 為Xi相對(duì)于Xj的差異系數(shù)：

由關(guān)聯(lián)度差異矩陣ES得差異距離矩陣DS：

式中：dij為差異距離，dij=eij+eji。

由于矩陣ES的主對(duì)角線為零，所以矩陣DS是主對(duì)角線為零的對(duì)稱(chēng)矩陣。

根據(jù)差異距離矩陣DS計(jì)算可得灰色關(guān)聯(lián)度矩陣Rg：

且有：

式中：max(DS) 表示取矩陣DS中的最大值元素。對(duì)矩陣Rg，顯然滿(mǎn)足：自反性gii=1，對(duì)稱(chēng)性gij=gji。因此Rg是灰色相似關(guān)系矩陣。經(jīng)過(guò)上述步驟，便完成了映射f:R2→Rg。

5) 聚類(lèi)分析?；疑嗨脐P(guān)系矩陣Rg反映了分析論域S中各元素相互間的關(guān)系親疏程度，可以按照矩陣Rg利用最大樹(shù)方法對(duì)論域S進(jìn)行聚類(lèi)。首先以所有分類(lèi)的對(duì)象為頂點(diǎn)，從大到小依次連接灰色相似關(guān)系矩陣Rg中的元素gij，在不產(chǎn)生回路的基礎(chǔ)上將所有頂點(diǎn)連通，生成最大樹(shù)并繪制譜系圖。

6) 改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)。基于灰色相似關(guān)系矩陣Rg的灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)形式單一，缺點(diǎn)明顯，類(lèi)似于單鏈接的層次聚類(lèi)，為了改進(jìn)這一缺點(diǎn)，將灰色相似關(guān)系矩陣Rg轉(zhuǎn)化為距離矩陣W：

式中：

然后利用層次聚類(lèi)的最小平方差算法，計(jì)算每個(gè)簇中每個(gè)點(diǎn)到合并后的簇中心的距離差的平方和，得到最終的聚類(lèi)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析結(jié)果

將表層海水水質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)和浮游生物數(shù)據(jù)、表層葉綠素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析 (表1)，其中KMO 值為0.727＞0.5，說(shuō)明所用數(shù)據(jù)適合做主成分分析。Bartlett 球形度檢驗(yàn)，近似卡方=812.282(P＜0.01)，說(shuō)明因子變量之間高度相關(guān)，能夠?yàn)橹鞒煞址治鎏峁┖侠淼幕A(chǔ)。按照特征值大于1 的標(biāo)準(zhǔn)，確定主成分?jǐn)?shù)，前6 個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為66.78%。由主成分分析結(jié)果，按照因子載荷絕對(duì)值＞0.4 可以提取4 個(gè)主成分 (表2)，第一個(gè)主成分PC1 為海洋水文和生物生態(tài)相關(guān)指標(biāo)，第二主成分PC2 為石油類(lèi)、葉綠素a、無(wú)機(jī)氮指標(biāo)，第三主成分PC3 為透明度和活性磷酸鹽指標(biāo)，第四主成分PC4 為浮游動(dòng)物生物量和CODMn指標(biāo)。

表1 KMO 和Bartlett 的檢驗(yàn)Table 1 KMO and Bartlett tests

表2 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)的因子載荷矩陣Table 2 Factor load matrix for seawater quality assessment

2.2 聚類(lèi)分析結(jié)果

聚類(lèi)選取的指標(biāo)體系與主成分分析保持一致。首先需要確定每個(gè)指標(biāo)的類(lèi)型，指標(biāo)數(shù)值越大則水質(zhì)越好的確定為極大型指標(biāo)；指標(biāo)數(shù)值越小則水質(zhì)越好的確定為極小型指標(biāo)；指標(biāo)數(shù)值波動(dòng)于某個(gè)區(qū)間的確定為區(qū)間型指標(biāo)。pH、DO、CODMn、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、懸浮物、石油類(lèi)、水溫參考海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB 3097—1997)，浮游植物多樣性、浮游動(dòng)物多樣性、浮游植物密度、浮游動(dòng)物生物量參考近岸海域海洋生物多樣性評(píng)價(jià)技術(shù)指南 (HY/T 215—2017)，鹽度參考近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南(HY/T 087—2005)，葉綠素a、透明度參考廖秀麗等[28]。此外，根據(jù)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB 3097—1997)，一類(lèi)、二類(lèi)水質(zhì)是人為造成的海水溫升夏季不超過(guò)當(dāng)?shù)? ℃，其他季節(jié)不超過(guò)2 ℃，所以，溫度相對(duì)越低越好，故溫度取極小型指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)類(lèi)型總結(jié)如表3 所示。

表3 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)類(lèi)型Table 3 Seawater quality assessment index and index type

根據(jù)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出4 個(gè)季節(jié)及年度水環(huán)境評(píng)價(jià)的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度 (表4)，其中絕對(duì)關(guān)聯(lián)度越大，綜合評(píng)價(jià)越優(yōu)。

表4 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)的絕對(duì)關(guān)聯(lián)度Table 4 Absolute correlation degree of seawater quality assessment

海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (GB 3097—1997) 中，將水質(zhì)分為4 個(gè)等級(jí)；近岸海域海洋生物多樣性評(píng)價(jià)技術(shù)指南 (HY/T 215—2017) 中，將海洋生物劃分為5 個(gè)等級(jí)；近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南 (H Y/T 087—2005) 中，將生態(tài)健康劃分為3 個(gè)等級(jí)；廖秀麗等[28]將海灣養(yǎng)殖環(huán)境劃分為3 個(gè)等級(jí)。本文將海水質(zhì)量狀況劃分為3 個(gè)等級(jí) (良好、中等、較差)。根據(jù)距離矩陣W，進(jìn)行最小平方差算法的層次聚類(lèi)，4 個(gè)季節(jié)及年度的聚類(lèi)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)聚類(lèi)圖及站點(diǎn)分區(qū)Fig. 2 Cluster map and site partition of seawater quality assessment

根據(jù)春夏秋冬四季和年度水環(huán)境評(píng)價(jià)的聚類(lèi)圖，可將站點(diǎn)劃分為3 類(lèi) (表5) ，一類(lèi) (良好) 站點(diǎn)占比20.83%，二類(lèi) (中等) 站點(diǎn)占比66.67%，三類(lèi) (較差) 站點(diǎn)占比12.5%，總體結(jié)果表現(xiàn)中等。4 個(gè)季節(jié)相比，平均絕對(duì)關(guān)聯(lián)度為夏季 (0.747 9)＞冬季 (0.734 5) ＞春季 (0.729 0) ＞秋季 (0.709 7)，夏季海水質(zhì)量狀況相對(duì)較好，秋季表現(xiàn)相對(duì)最差。

表5 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)的分類(lèi)Table 5 Classification of seawater quality assessment

2.3 整體評(píng)價(jià)結(jié)果

大亞灣海洋環(huán)境質(zhì)量受近岸人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)和南海外海水入侵共同影響，其中大亞灣海域潮流基本呈往復(fù)流流態(tài)。大亞灣灣口的大辣甲和黃毛山將大亞灣灣口分隔成3 條通道與外海相連。漲潮時(shí)，灣外潮流沿3 條通道進(jìn)入大亞灣內(nèi)，然后朝北往大亞灣頂上溯。大辣甲西側(cè)上溯的水流在大坑附近海域輻散，分成兩支潮流分別向西進(jìn)入大鵬澳和向東北隨主流向北進(jìn)入澳頭灣。落潮時(shí)，大亞灣內(nèi)的水體基本上沿漲潮流相反方向流出灣口。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合大亞灣水流方向及人類(lèi)活動(dòng)影響方式的不同，可將大亞灣24 個(gè)站點(diǎn)分成3 個(gè)區(qū)域 (A 區(qū)4 站：S9、S10、S19、S20，B 區(qū)12 站：S4、S6、S7、S11—S13、S15—S17、S21—S23，C 區(qū)8 站：S1—S3、S5、S8、S14、S18、S24，圖2)，而這3 個(gè)區(qū)域的劃分與大亞灣周邊實(shí)際生產(chǎn)生活狀況和筆者的實(shí)地踏勘情況相符。本文評(píng)價(jià)指標(biāo)并未包含重金屬、有機(jī)污染物和漁業(yè)資源等成本較高的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，說(shuō)明本方法在基于有限指標(biāo)的情況下，展現(xiàn)出了一定的操作性。

A 區(qū)臨近大亞灣北部近岸海域，北部沿岸城鎮(zhèn)密集、人口眾多，并建有大亞灣石油化工基地，該基地是我國(guó)為數(shù)不多的世界級(jí)石化基地，工業(yè)產(chǎn)能較大，對(duì)近岸海域環(huán)境有較大影響，因此A 區(qū)可定義為大亞灣北部工業(yè)和城鎮(zhèn)影響區(qū)。大亞灣核電基地附近海域呈現(xiàn)出明顯的輻散、輻合流特征，所以B 區(qū)可定義為輻散、輻合流及溫排水影響區(qū)。C 區(qū)S2 站點(diǎn)附近是大亞灣重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，主要為網(wǎng)箱養(yǎng)殖與貝類(lèi)養(yǎng)殖，所以S2 站點(diǎn)主要受到養(yǎng)殖場(chǎng)的影響。其他站點(diǎn)均離岸較近，且S8、S14 站點(diǎn)位于旅游景點(diǎn)楊梅坑附近，在旅游旺季陸源輸入的影響較大。S24 站點(diǎn)位于大亞灣灣口的西側(cè)海域，代表了外海水進(jìn)入大亞灣的區(qū)域，受外海水影響較大，所以C 區(qū)可定義為人類(lèi)活動(dòng)影響區(qū)。

總結(jié)四季各站點(diǎn)質(zhì)量評(píng)價(jià)的分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表5。

3 結(jié)論

根據(jù)構(gòu)建的指標(biāo)體系，通過(guò)改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)，結(jié)合層次聚類(lèi)，對(duì)大亞灣海域24 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)評(píng)價(jià)，成功將海域分成3 個(gè)區(qū)域，而這3 個(gè)區(qū)域的劃分與大亞灣周邊實(shí)際生產(chǎn)生活狀況以及筆者的實(shí)地踏勘相符，實(shí)現(xiàn)了在有限指標(biāo)情況下的評(píng)價(jià)可操作性。

在聚類(lèi)結(jié)果的展示圖方面，層次聚類(lèi)只能展示出同類(lèi)站點(diǎn)，不能展示出站點(diǎn)的相對(duì)優(yōu)劣順序，而灰色關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)可以展現(xiàn)站點(diǎn)的相對(duì)優(yōu)劣順序，所以在將灰色關(guān)聯(lián)度與層次聚類(lèi)結(jié)合時(shí)，可考慮在改進(jìn)算法中增加站點(diǎn)相對(duì)優(yōu)劣順序，增強(qiáng)聚類(lèi)結(jié)果的展示性。