基于綜合權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析法在南木窩河及其支流中的應(yīng)用

1、    基于綜合權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析法在南木窩河及其支流中的應(yīng)用    徐東 姚雄麗【摘 要】以南木窩河及其支流為研究區(qū)域，采用綜合平均污染指數(shù)法計(jì)算南木窩河及其支流的水質(zhì)污染因子的綜合權(quán)重，最后基于灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算了每個監(jiān)測斷面的監(jiān)測指標(biāo)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而分析評價(jià)了每個監(jiān)測斷面的水質(zhì)，以期為南木窩河的水污染防治工作提供依據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】水質(zhì)評價(jià);灰色理論;綜合平均污染指數(shù)法;灰色關(guān)聯(lián)分析法;南木窩河及其支流1、引言隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人口數(shù)目的不斷增長，我國地表水污染不斷加劇，對水資源安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。缺水和水環(huán)境污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了國民

2、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民正常生活，引起政府和學(xué)者的關(guān)注，確保水質(zhì)的健康安全，做好水質(zhì)評價(jià)工作至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外采用的水質(zhì)評價(jià)方法主要包括單因子評價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、主成分分析法、灰色評價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等1-8。朱媛媛等9分析評價(jià)了上述各種評價(jià)方法的優(yōu)劣，認(rèn)為在進(jìn)行水質(zhì)評級的時候應(yīng)采用多種評價(jià)方法相結(jié)合的手段來開展水質(zhì)評價(jià)工作，并以丹江口水源地為例，選用單因子指數(shù)評價(jià)方法、綜合污染指數(shù)評價(jià)方法、模糊綜合評判法、主成分分析法、水污染指數(shù)法對丹江口水源地7個河流斷面進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)并對比了評價(jià)效果。李國華等10利用主成分分析和水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法分析了黃河托克托段的水質(zhì)類別，基于主成分因子分析和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

3、法的水質(zhì)評價(jià)方法不僅可以準(zhǔn)確客觀地反映水質(zhì)特征，同時可對不同斷面水質(zhì)進(jìn)行比較。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，國內(nèi)開展水質(zhì)評價(jià)研究的區(qū)域主要集中為平原河流和沿海城市11-14，本文則以云貴高原的南木窩河及其支流為研究區(qū)域，采用2018年112月南木窩河干流及其支流上的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，選用相應(yīng)評價(jià)因子，基于綜合權(quán)重的灰色關(guān)聯(lián)分析法對南木窩河干流及其支流的水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。2、研究區(qū)域及評價(jià)數(shù)據(jù)介紹2.1研究區(qū)域南臘河發(fā)源于云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣勐伴鎮(zhèn)東部，向南流經(jīng)勐臘縣城，轉(zhuǎn)西折北再向西匯入瀾滄江。河長186.8km，落差850m，中國境內(nèi)流域面積為3911km2。南木窩河為南臘河左岸支流，位于西雙版納傣族

4、自治州勐臘縣東南部，發(fā)源于磨憨鎮(zhèn)南部，向北折西，匯入南臘河。河長57km，落差630m，流域面積660.7km2，多年平均徑流量13.1m3/s，水力資源理論蘊(yùn)藏量2.69萬kw。南木窩河流域地貌屬侵蝕低山峽谷，地勢呈東南向西北傾斜，東部與南部大多以分水嶺與老撾交界。東南最高峰董宗堡高程1518.1m，河口高程約698.0m。河源段水系為扇狀分布，縱向河谷以峽谷為主，間有寬谷。兩岸為橡膠林帶，尚勇壩子多植水稻與香蕉。出壩子向北折西，左岸支流上游地處西雙版納國家級自然保護(hù)區(qū)的尚勇片區(qū)。2.2評價(jià)數(shù)據(jù)2.2.1監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)為詳細(xì)分析南木窩河及其支流水質(zhì)的空間變化特征，在干流及其支流上選擇6個監(jiān)測斷面

5、，根據(jù)每個監(jiān)測斷面2018年112月的監(jiān)測結(jié)果計(jì)算均值，用于南木窩河干流及其支流的水質(zhì)空間變化研究。每個監(jiān)測點(diǎn)的具體點(diǎn)位信息見表1，采用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為gb3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。3、評價(jià)方法3.1綜合權(quán)重計(jì)算采用綜合平均污染指數(shù)法計(jì)算南木窩河及其支流的水質(zhì)污染因子的綜合權(quán)重，同時確定南木窩河及其支流的主要污染因子，計(jì)算公式為：式中：為i評價(jià)因子的綜合指數(shù);為j斷面i項(xiàng)污染因子的污染指數(shù);為j斷面i項(xiàng)污染因子的實(shí)測值;為i項(xiàng)污染因子的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值;n為監(jiān)測斷面的個數(shù);為i項(xiàng)污染物的綜合權(quán)重。越大，表示i項(xiàng)污染因子的綜合權(quán)重越大，即該污染因子對河流水質(zhì)污染的貢獻(xiàn)率越大。3.2

6、灰色關(guān)聯(lián)分析法3.2.1采用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)的原理灰色關(guān)聯(lián)分析是通過確定參考數(shù)列和若干比較數(shù)列的集合形狀相似程度來判斷二者的聯(lián)系是否緊密15-17，它反映了曲線間的關(guān)聯(lián)程度。與參考數(shù)列關(guān)聯(lián)度越大的比較數(shù)列，其構(gòu)成的幾何曲線與參考數(shù)列構(gòu)成的曲線越接近，兩者的聯(lián)系就越緊密。如在對水庫水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)時，以監(jiān)測斷面各因子的實(shí)測值作為參考數(shù)列，以gb38382002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的各級標(biāo)準(zhǔn)值作為比較數(shù)列，求取實(shí)測值與各級標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)聯(lián)度，與實(shí)測值關(guān)聯(lián)度最大的標(biāo)準(zhǔn)值所對應(yīng)的級數(shù)即為該監(jiān)測斷面的水質(zhì)等級。3.2.2灰色關(guān)聯(lián)分析步驟a、確定參考數(shù)列和比較數(shù)列。參考數(shù)列：比較數(shù)列：。b、數(shù)列的歸

7、一化處理。由于各因素間的量綱不同，數(shù)量級相差較大，在對它們進(jìn)行比較分析時，為消除量綱的影響采用初始化方法將數(shù)據(jù)歸一到0，1區(qū)間上。在對數(shù)列、進(jìn)行歸一化處理時，會存在兩種相關(guān)關(guān)系，即正相關(guān)和負(fù)相關(guān)相關(guān)關(guān)系，對此應(yīng)采用不同的變換公式4。當(dāng)、為正相關(guān)關(guān)系時，對數(shù)列中各因素采用如下公式進(jìn)行變換：d、評價(jià)結(jié)果。的最大值表示參考數(shù)列i與比較數(shù)列的第j級數(shù)列關(guān)聯(lián)性最好。4、結(jié)果與討論4.1評價(jià)結(jié)果在5個評價(jià)指標(biāo)中，溶解氧屬于“效益型”指標(biāo)，其余指標(biāo)屬“成本型”指標(biāo)。利用公式（1）（8）分別計(jì)算南木窩河匯口，曼邁、南木窩河磨憨鎮(zhèn)下游等其它監(jiān)測斷面各污染因子的實(shí)測值與gb 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中

8、相應(yīng)污染因子的各級標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表4-1所示。分析表4-1可知，南木窩河及其支流的6個監(jiān)測段面中，曼崗村、磨憨鎮(zhèn)下游吊橋和景崗村的水質(zhì)類別為iii類，而回繞村、曼納村和曼旦村下游的水質(zhì)為ii類，結(jié)合圖1.1-1可知，南窩河支流水質(zhì)明顯好于干流的水質(zhì)。4.2討論（1）根據(jù)每個監(jiān)測斷面的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)數(shù)值，采用綜合平均污染指數(shù)法計(jì)算不同斷面污染因子的權(quán)重，可以避免人為確定權(quán)重的主觀性，直觀反映出不同監(jiān)測斷面污染因子的貢獻(xiàn)率。（2）利用灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算每個監(jiān)測斷面污染因子的實(shí)測值與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)污染因子的各級標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)聯(lián)度，可以較全面的反映河流的水質(zhì)情況。（3）南木窩河及其支流的水質(zhì)符合

9、iiiii類標(biāo)準(zhǔn)，總體上來說，南窩河支流水質(zhì)明顯好于干流的水質(zhì)。參考文獻(xiàn)：1代志會，楊默.濱海城市飲用水水源水質(zhì)評價(jià)方法篩選j.建筑與預(yù)算，2020，（3）：54-59.2張亞麗、周揚(yáng)、程真等.不同水質(zhì)評價(jià)方法在丹江口流域水質(zhì)評價(jià)中應(yīng)用比較j.中國環(huán)境監(jiān)測，2015，31（3）：58-61.3龐振凌，常紅軍，李玉英，等.層次分析法對南水北調(diào)中線水源區(qū)的水質(zhì)評價(jià)j.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：1810-1819.4黃海東，張克峰.小城鎮(zhèn)水源、水質(zhì)評價(jià)方法選擇方案探討j.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2010，16（7）：736-738.5周燕，王里奧.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在重慶市飲用水原水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用j.三峽環(huán)境與生態(tài)，2010，3（1）：33-35.6朱利霞，賀玉曉，宋小紅.改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度分析法在飲用地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用j.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2009，36（2）：79-81.7朱媛媛，田進(jìn)軍，李紅亮等.丹江口水庫水質(zhì)評價(jià)及水污染特征j.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：139-147.8李國華、李暢游、史小紅等.基于主成分分析及水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的黃河托克托段水質(zhì)評價(jià)j.水土保持通報(bào)，2018，38（6）：310-324.9張亞麗、周揚(yáng)、程真等.不同水質(zhì)評價(jià)方法在丹江口流域水質(zhì)評價(jià)中應(yīng)用比較j.