大凌河水環(huán)境質量評價

大凌河水環(huán)境質量評價

水是地球萬物的生命之源。它是生物圈的血液，是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡的基礎。然而,隨著人類活動對天然水環(huán)境的破壞,水質惡化問題已經成為嚴峻的世界性問題,由此引起的不良環(huán)境效應已經危及到生態(tài)平衡、社會經濟發(fā)展和人類健康。水質評價對于水資源開發(fā)和管理都是極其重要的前期工作。我國河流水質評價始于20世紀80年代,水質評價方法有單因子評價法、污染指數法、模糊數學評價法、灰色系統(tǒng)評價法、層次分析法、物元分析法、人工神經網絡評價法、水質標識指數法等。由于水質監(jiān)測數據都是在有限的時間和空間范圍內得到的,具有不完全性和不確定性,符合灰色系統(tǒng)的特征,因此適合采用灰色聚類法進行綜合評價。筆者以水資源短缺和污染并重的遼寧省大凌河流域為研究對象,應用灰色原理探討了水質評價理論、方法和技術。1確定聚類及聚類系數設有n個聚類對象、m個聚類指標、s個不同灰類,根據第i個對象關于j指標的樣本值xij將第i個對象歸入第k(k∈{1,2,…,s})個灰類中,稱為灰色聚類?；疑垲愂歉鶕疑P聯矩陣或白化權函數將一些觀測指標或觀測對象劃分成若干個可定義類別的方法,一個聚類可以看做是屬于同一類的觀測對象的集合。灰色白化權函數聚類主要用于檢查觀測對象是否屬于事先設定的不同類別,以便區(qū)別對待?；疑谆瘷嗪瘮稻垲惙ㄔ诰唧w應用過程中較灰色關聯分析法復雜。(1)確定樣本白化值矩陣X。設xij為元素的樣本矩陣,即:X=[x11?x1m??xn1?xnm〗(1)(2)確定灰類白化權函數。記函數fkj為第j個指標屬于第k個灰類的白化權函數,fkj∈,λkj為白化權函數的閾值。第j個指標對第1個評價等級的白化權函數見式(2),第j個指標對第k個評價等級的白化權函數見式(3),第j個指標對最后一個評價等級的白化權函數見式(4)。f1j={1x∈[0,λ1j]λ2j-xλ2j-λ1jx∈(λ1j,λ2j]0x∈(λ2j,∞)(2)fkj={x-λk-1jλkj-λk-1jx∈(λk-1j,λkj]λk+1j-xλk+1j-λkjx∈(λkj,λk+1j)0x∈[0,λk-1j]∪[λk+1j,∞)(3)fsj={0x∈[0,λs-1j]x-λs-1jλsj-λs-1jx∈(λs-1j,λsj]1x∈(λs-1j,+∞](4)(3)確定聚類權ηkj。ηkj表示第j個指標屬于第k類的權重。當聚類指標量綱不同,且樣本值在數量上相差很大時,需進行量綱一化處理,當聚類指標的量綱相同時,計算聚類權。因為污染指標閾值λkj越大,污染越輕,其對應權重就越小,所以采用倒數法計算聚類權,即:ηkj=λkjm∑j=1λkj(5)(4)確定聚類系數σki。σki反映第i個聚類對象隸屬于第k灰類的程度,其計算式為σki=m∑j=1fkj(xij)ηkj(6)(5)構造聚類向量σi。聚類向量為σi=(σ1i,σ2i,?,σki)(7)(6)確定各聚類對象所屬灰類。假設對象i屬于灰類k*,則滿足:σk*i=max1≤k≤s[σki](8)2林草覆蓋率分析大凌河是遼西最大河流,全長398km,流域面積為23263km2。大凌河流域位于東經19°04′～121°47′、北緯40°28′～42°21′之間,屬于半干旱半濕潤大陸性季風氣候區(qū),春季干旱少雨,夏季炎熱、降水集中,冬季寒冷干燥。大凌河流域林草覆蓋率較低,平均為25.4%。大凌河為遼西地區(qū)供給水資源,水質好壞直接影響遼西地區(qū)的生態(tài)與經濟發(fā)展。2.1地表水質等級大凌河水質評價通過上窩堡站、朝陽站、義縣站、凌海站將河道分為4個區(qū)域,分別對其進行評價。采用2007年監(jiān)測結果作為基礎數據,監(jiān)測項目有COD、BOD5、氨氮、銅、鋅、硒、鉛、汞、揮發(fā)酚、六價鉻、砷等20多項,根據地表水環(huán)境質量標準,將水質分為5個等級,見表1。大凌河污染物排放調查顯示,其主要污染指標為COD、BOD5、氨氮、汞、揮發(fā)酚、六價鉻、砷,因此將上述指標作為參評因子。2.2標準值和測量值的比例量綱一化的方法采用平均標準值法,將各項目的監(jiān)測結果和分級標準分別除以對應的平均標準值,計算結果見表2、表3。2.3灰色聚類權根據式(5)與污染指標閾值越大其污染越輕的原理,采用倒數法計算各灰類聚類權。各評價指標的聚類權計算結果見表4。2.4聚類矩陣計算各灰類白化權函數,利用式(6)計算聚類系數,再根據式(8)得出評價結果,見表5。2.5水質等級及污染程度上窩堡的水質等級為Ⅲ級,水質污染程度為中度,主要適用于集中式生活用水、漁業(yè)及游泳。朝陽與義縣的水質等級為Ⅳ級,水質污染程度為重度,主要適用于一般工業(yè)及人體非直接接觸的娛樂用水。凌海的水質等級為Ⅴ級,水質污染程度為嚴重,主要適用于農業(yè)及一般景觀用水。分析大凌河水質實際數據的超標情況,與上述評價結果相吻合,表明灰色聚類法評價結果合理、可信度高。3色聚類在水質評價中的作用水質評價是水資源合理利用的重要前期工作,而一套性能優(yōu)越的評價體系應該具有準確性、可比性、實用性的特點?；疑垲愒诖罅韬铀|評價中,考慮了級別、標準等具有灰色的性質,承認當濃度介于兩類標準之間的灰色性