灰色聚類法在閩江沙溪段水環(huán)境評價中的應(yīng)用*

游 武 鄭育毅 張江山

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灰色聚類法在閩江沙溪段水環(huán)境評價中的應(yīng)用*

游 武 鄭育毅 張江山

福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

該文根據(jù)2007年6月閩江沙溪支流中11個典型斷面中5個污染因子的監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)用灰色類聚法建立水質(zhì)模型并進(jìn)行綜合評價。評價結(jié)果表明，2007年6月閩江沙溪段河流水質(zhì)狀況總體尚可。相比之下，溪后村后、蔣家村、水浮蓮地斷面水質(zhì)狀況相對較差，起始斷面安曹下、果園地、水稻田、溪后村前斷面水質(zhì)相對較好。

灰色聚類法 閩江 水質(zhì)評價

0 前言

閩江是福建省第一大河流，其水質(zhì)的優(yōu)劣對流域周圍居民的日常生活和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展都有重大關(guān)系，運(yùn)用科學(xué)方法對閩江水質(zhì)進(jìn)行評價，對于閩江流域的水資源保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，綜合污染指數(shù)評價法、模糊綜合評價法已被廣泛運(yùn)用在環(huán)境質(zhì)量綜合評價中，灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)度分析法、灰色聚類分析法、灰色局勢決策法等也屢次成功地運(yùn)用于環(huán)境質(zhì)量綜合評價[1]。根據(jù)水體污染狀況的實(shí)際，水質(zhì)現(xiàn)狀除了具有一定的隨機(jī)性和模糊性的特點(diǎn)外，還具有系統(tǒng)的灰色性[2]。本文嘗試使用灰色系統(tǒng)理論中的灰色類聚法對2007年閩江在沙溪段的11個斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠客觀反映該區(qū)域水環(huán)境的污染現(xiàn)狀，為相關(guān)部門的科學(xué)決策提供科學(xué)的依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)福建省亞熱帶資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2007年6月對閩江流域沙溪段流經(jīng)南平市王臺鎮(zhèn)的支流設(shè)置11個水質(zhì)斷面進(jìn)行監(jiān)測，得到監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體見表1[3]。

1.2 水質(zhì)評價方法

運(yùn)用灰色聚類法對閩江沙溪段水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評價。

1.3 主要評價步驟

表1 2007年6月閩江沙溪段支流水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（單位：mg/L）

2 評價結(jié)果與分析

2.1 評價樣本及標(biāo)準(zhǔn)

評價因子是按照流域內(nèi)水環(huán)境危險較大、影響較密切的污染物作為評價因子，結(jié)合在閩江沙溪段水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查的監(jiān)測指標(biāo)，選取TN、TP、NH3-N、CODMn、DO作為評價指標(biāo)[4]。評價標(biāo)準(zhǔn)采用《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)，根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅰ~Ⅴ類相應(yīng)的設(shè)置灰色類別?？芍?，聚類樣本數(shù)n=11(n=l，2，. . .，11)，即n個環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位；聚類指標(biāo)數(shù)m=5(m=1，2，. . .，5)，即m個環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)；灰類別數(shù)p=5(k=1，2，. . .，5)，即P個環(huán)境質(zhì)量等級。

2.2 白化函數(shù)的建立與推求

分別建立5項(xiàng)評價指標(biāo)的白化函數(shù)關(guān)系式，并按照表1所給出的閩江沙溪段支流各監(jiān)測點(diǎn)各指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)代入后求得白化函數(shù)值，具體得出的白化數(shù)值見表2。

表2 閩江沙溪段各點(diǎn)位、各指標(biāo)白化函數(shù)值（單位：mg/L）

2.3 聚類權(quán)

表3 灰類無量綱化處理

表4 各指標(biāo)各灰類權(quán)重

表5 聚類權(quán)

2.4 聚類系數(shù)

表6 灰色聚類系數(shù)

2.5 構(gòu)造聚類向量

具體如下：

根據(jù)以上11個監(jiān)測點(diǎn)的聚類系數(shù)最大值的結(jié)果可以得出，2007年6月閩江沙溪段河流水質(zhì)總體較好。相比之下，5#斷面溪后村后、10#斷面蔣家村、9#斷面水浮蓮地水質(zhì)狀況相對較差，而起始斷面1#斷面安曹下、2#斷面果園地、3#斷面水稻田、4#斷面溪后村前相對水質(zhì)較好。

3 結(jié)論

本文使用灰色聚類法來綜合評價閩江沙溪段2007年6月的水環(huán)境質(zhì)量，通過選取數(shù)據(jù)、計算分析得出最終評價結(jié)果，說明該評級方法能夠較為客觀地反映了閩江沙溪段河流水環(huán)境質(zhì)量狀況。該方法在實(shí)際應(yīng)用中具有科學(xué)性與合理性，既兼顧到了水體污染程度系統(tǒng)的灰色性，同時也能兼顧系統(tǒng)的白化程度[6]。評價結(jié)果不僅為了解閩江流域水環(huán)境現(xiàn)狀評價提供了科學(xué)的依據(jù)，同時也為相關(guān)政府管理部門對閩江流域沙溪段水資源的合理規(guī)劃、綜合管理提供重要參考。

[1] 趙光影，華德尊.灰色聚類法在地表水環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J] .北方環(huán)境，2005，30(2)：84-86.

[2] 魏穎，陳慶華，張江山.灰色聚類法在閩江閩清段水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J] .安全與環(huán)境工程，2011，18(5) :53-56.

[3] 汪偉,錢偉,袁一丁,等. 屬性識別理論在閩江沙溪段水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J] .水土保持通報，2008，28(3):152-155.

[4] 鄧旋，陳慶華，張江山. 灰色聚類法在福建晉江水系水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理, 2010,35(9) :187-191.

[5] 葉巧文, 張新政. 基于灰色聚類的水質(zhì)評價方法[J]. 五邑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，17(4) :4-7.

[6] 鄧聚龍. 灰色系統(tǒng)基本方法[M] .武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.

基金項(xiàng)目：教育部人文社會科學(xué)項(xiàng)目（08JA790019）

張江山，E-mail:jszhang@fjnu.edu.cn。