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基于改进灰色关联分析法的汾河水质评价

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  摘要:汾河为山西省居民饮用水的主要来源,也是山西水环境的重点保护对象。以汾河9个监测断面的水质数据为研究对象,利用改进的灰色关联分析法,对汾河水质进行评价,并将改进的灰色关联法与传统灰色关联法进行对比分析。结果表明,改进的灰色关联分析法赋予了评价指标关联度权重,不仅客观准确,且计算简单、易于掌握,可为汾河的水环境保护及管理提供可靠依据。
  关键词:水质评价;灰色关联分析法;水环境保护;汾河
  中图法分类号:X824文献标志码:A DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.007
  汾河是黄河第二大支流,亦是山西境内最大的河流。汾河流经山西省的忻州市、太原市、吕梁市、晋中市、临汾市、运城市6市的29县(区),因此该河在山西省饮用水水源供应、农业灌溉等方面具有举足轻重的作用。目前,国内外水质评价方法主要有单因子评价法、综合指数评价法、模糊数学评价法、物元分析法、人工神经网络法和灰色关联分析法等。景胜元等采用单因子评价法对汾河水质进行了评价。该方法适用于受单一或多种污染物影响明显的河流,且在所有评价指标中,只要有一项指标相对污染程度较大,则无需考虑剩余因子的污染评价等级,最终评价结果均显示水质等级较低。虽然该方法计算过程简单,但结论较为消极,应用于水质评价时不能很好地反映出水体的整体水质。盛夏等基于BP神经网络分析法对汾河水质进行了评价。该方法结合多个水质指标进行综合评价,克服了单因子评价法的不足,但计算过程繁复,不易掌握。
  本文以9个监测断面的水质数据为研究对象,采用改进的灰色关联分析法对汾河水质进行评价。该方法克服了其他方法存在的单一或繁复性等问题,能够相对客观、简便地判别水质类别,为确定汾河水的用途提供了合理、可靠的依据。
  1改进的灰色关联分析法
  1.1确定参考序列和比较序列
  1.2评价指标归一化处理
  归一化是将有量纲的表达式,经过变换化为无量纲的表达式,成为标量。改进的灰色关联分析法采用各级指标及其各级标准除以相应最大值的方法,将各级指标实测数据和各级标准归一化到[0,1]。
  2应用实例分析
  水质评价选取汾河的9个监测断面,以化学需氧量、石油类、氨氮、挥发酚、氰化物、氟化物、铅、镉8个指标作为水质评价目标,检测年均值见表1。本次汾河水质以GB3838-2002《地表水环境质量标准》作为水质评价的标准,各指标标准见表2。
  2.1监测成果归一化处理
  用各级指标及其各级标准除以相应最大值,将各级指标实测数据和各级标准进行归一化。归一化结果见表3~4。
  (3)权重计算。依据式(3)~(5),计算得出各指标在不同监测断面所对应的权重。以监测断面1为例,各指标对应Ii(K)值见表7,各指标对应权重值Wi(K)见表8。
  (4)关联系数。依据式(2),以监测断面l为例,各指标对应关联系数值见表9。
  (5)关联度。依据式(6),得出各监测断面的关联度,见表10。
  由表10可知,监测断面l,4,8的水质级类为II类,监测断面2,5,6,9的水质类别为III类,监测断面3,7的水质类别为v类。
  3与传统灰色关联分析法对比分析
  改进灰色关联分析法与传统灰色关联分析法水质评价结果不同,对比结果见表12。从表12可知,采用传統灰色关联分析法计算,监测断面2的水质类别为II类,其余各监测断面的水质类别为I类。传统的灰色关联分析法未根据地下水的特点对关联度赋予权重,某些水质成分检测值很小时,权重几乎为零,导致水质评价不够客观全面。改进的灰色关联分析法赋予了评价指标关联度权重,克服了传统灰色关联分析法的缺陷,结论更为精确。
  4结语
  依据关联度最大原则,采用改进的灰色关联分析法计算得出:监测断面1,4,8的水质类别为II类;监测断面2,5,6,9的水质类别为III类;监测断面3,7的水质类别为v类。采用传统灰色关联分析法计算得出:监测断面2的水质类别为II类,其余监测断面的水质类别均为I类。相较传统灰色关联分析法,改进灰色关联分析法赋予了关联度权重,体现了“污染大、权重大”的原则,水质评价更为合理。
  本文采用改进的灰色关联分析法对汾河水质各个指标进行了评价,对各级指标实测数据和各级标准进行了归一化,避免了人为主观因素的影响;并且克服了单因子评价法和人工神经网络法单一性、繁复等不足,安全可靠,简单易行。
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