主成分分析法在扎龍濕地水質(zhì)評價中的應用

主成分分析法在扎龍濕地水質(zhì)評價中的應用扎龍濕地是中國國家級自然保護區(qū)，是亞洲最大的高山濕地之一。由于其良好的生態(tài)環(huán)境和豐富的物種資源，扎龍濕地成為旅游業(yè)和生態(tài)保護的熱點地區(qū)。為了保障濕地的水質(zhì)，需要進行水質(zhì)評價。本文就以扎龍濕地為例，介紹主成分分析法在水質(zhì)評價中的應用。一、主成分分析法概述主成分分析法（PrincipalComponentAnalysis，PCA）是一種常用的多變量數(shù)據(jù)分析方法，通過降維處理可以將多個變量轉(zhuǎn)換成少數(shù)幾個能夠解釋原數(shù)據(jù)中大部分變化的主成分。主成分分析法可以用于數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)壓縮、變量篩選等多個領(lǐng)域。在環(huán)境科學領(lǐng)域中，主成分分析法廣泛應用于水質(zhì)評價、大氣污染評價、土壤污染評價等方面。二、水質(zhì)評價基本原理水質(zhì)評價是指對水體的化學、物理、生物等指標進行綜合評價，以評估水體是否適合及符合各種用途的要求。水質(zhì)評價通常采用指標法、多級評價法、灰色綜合評價法等多種方法。其中指標法是最常用的方法，主要是選取代表水質(zhì)的指標，按照一定的權(quán)重和計算公式進行計算和評價。水質(zhì)評價的結(jié)果通?？梢杂妙悇e法和等級法來表示。三、主成分分析法在水質(zhì)評價中的應用主成分分析法在水質(zhì)評價中的應用主要是利用主成分提取結(jié)構(gòu)化的信息，從而減少測量指標的數(shù)量，得到更少、更能反映該水體污染情況的主要污染物指標。主成分分析法將原指標轉(zhuǎn)化為另外幾個主成分指標，從而減少指標的數(shù)量，降低變量之間的相關(guān)性。主成分分析法的主要步驟包括以下幾點：1、確定樣本數(shù)據(jù)集樣本數(shù)據(jù)集是進行主成分分析的基礎，通常是根據(jù)一定的采樣標準和方法，測定水體中的各項指標，并將指標數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)集。2、計算協(xié)方差矩陣或相關(guān)系數(shù)矩陣協(xié)方差矩陣或相關(guān)系數(shù)矩陣是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)集計算出來的，用于分析各個指標之間的相關(guān)性和相關(guān)程度。3、提取主成分主成分的提取是指根據(jù)協(xié)方差或相關(guān)系數(shù)矩陣進行特征值分解得到各個主成分，并選出最能解釋數(shù)據(jù)變異的若干個主成分。主成分的提取過程中需要考慮兩點，一是確定提取的主成分數(shù)量，二是確定主成分的訂正因子。4、評價主成分貢獻率評價主成分貢獻率是指根據(jù)提取的主成分，計算每個主成分的識別率、累積貢獻率和平均貢獻率。主成分的數(shù)量和貢獻率的大小對主成分的解釋和應用影響很大。5、解釋和應用主成分解釋和應用主成分是指根據(jù)主成分的物理和化學意義，對各個主成分的含義進行解釋，并根據(jù)主成分分析的結(jié)果對水質(zhì)進行評價。分析結(jié)果包括各個主成分的貢獻率和各個指標對主成分的相關(guān)系數(shù)，可以根據(jù)分析結(jié)果對指標篩選和監(jiān)測進行優(yōu)化。四、扎龍濕地水質(zhì)評價以扎龍濕地為例，本文采用主成分分析法對樣本數(shù)據(jù)集進行分析。數(shù)據(jù)來源于2018年7月至2019年6月間，對扎龍濕地內(nèi)五個取樣點進行的水質(zhì)監(jiān)測，共測量了pH值、溶解氧、化學需氧量、總磷、總氮、銅、鋅、鎘等8項指標。通過計算協(xié)方差矩陣，提取主成分，可得到三個主成分，共解釋了約82%的數(shù)據(jù)信息。三個主成分方差及解釋程度比重依次為：主成分1（44.43%）、主成分2（25.91%）、主成分3（11.79%）。其中，主成分1異常領(lǐng)先，對翠湖、火燒塘等水體采樣點的影響程度相比于其他兩個因子更大，受水環(huán)境污染較嚴重；主成分2則更貼近高寒濕地溶解氧特征；主成分3主要反映總磷、鎘、銅等重金屬污染程度。通過分析主成分與水質(zhì)指標之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，可以得出以下結(jié)論：主成分1主要受pH值、化學需氧量、總氮、總磷等因素影響；主成分2主要與溶解氧及總磷相關(guān)；主成分3和銅、鋅、鎘等重金屬元素含量有關(guān)。因此，針對不同的主成分，可以采取不同的控制措施，以達到更好的水質(zhì)管理目的。五、總結(jié)主成分分析法是一種有效的水質(zhì)評價方法，