灰色关联分析法在宫山咀水库水质评价中的应用

1、 灰色关联分析法在宫山咀水库水质评价中的应用初玲玲,刘志斌辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新(123000摘 要:本文叙述了灰色关联分析法的原理及其在水环境质量评价中的应用,它是通过断面水质的多个水质浓度因子与水质标准的距离分析,说明断面水质隶属于哪一级水。应用灰色 关联分析法对葫芦岛宫山咀水库各断面进行了水质评价,反映了水库的水环境质量,为水库的管理及合理利用提供了依据。关键词:灰色关联分析;水质评价;宫山咀 中图分类号:X8241. 引 言目前,对水质进行综合评价的方法分为指数法和模糊数学法等几大类。由于指数法评价过程中过早地将参数取整,导致了原始观测资料精度的损失,从而出现两样

2、本数据相差甚微,而评价结果相差一级的不合理现象。模糊数学方法虽然使用隶属函数刻划污染物对相邻两等级的隶属程度,较好地揭示了水质等级划分上的模糊性,但隶属函数的构造往往带有主观性而且运算也较复杂。事实上,水质的分级或水体是否污染并非黑白明显的概念,因此“水质分级”、“污染程度”等概念都具有不确定性,它们都是灰色概念,因此,水质评价中的很多问题十分适合采用灰色系统理论加以分析探讨1。灰色关联分析是通过断面水质的多个水质浓度因子与水质标准的距离分析,最终说明断面水质隶属于哪一级水。本文采用灰色关联分析方法,以宫山咀水库作为研究对象,进行实例分析计算。2.灰色关联分析的基本原理2.1 确定参考数列和比

3、较数列设00(1,2,X x k k n ="为参考数列(又称母序列,(1,2,i i X x k k n =" (1,2,i m ="为比较数列(又称子数列。对参考数列及比较数列均需做生成处理。 2.2 求关联系数序列比较数列的所有指标对应于参考数列所有指标的关联系数为2:(min min max max max max i i iki ki i i ikk k k k k +=+ (1式中:(i k (0i i k x k x k =,为第k 个时刻0X 与i X 的绝对差;分辨系数,在0-1之间变化,一般可取0.5,越小,分辨能力越强。由于评价标准并非一个数

4、值,而是一个区间。传统关联分析中采用的点到点的计算方法是不合适的。因此提出了一种基于点到区间距离的关联系数公式,定义绝对差为: (000000i i i i i i i a k x k x k a k k a k x k b k x k b k x k b k <=> (2式中:(i a k 与(i b k 指标k 第i 个级别之上限与下限。2.3 求比较数列对应于参考数列的关联度一般用平均值,即 (11ni i k k n = (32.4 关联度大小排序关联度越大,说明比较序列与参考序列的关系越密切。根据关联度最大原则,对结果做出综合评价3。3.实例分析3.1 监测结果和地表水环

5、境质量标准现利用灰色关联分析法对宫山咀水库的水质进行评价。宫山咀水库四个断面七项指标的年平均值见表14,地表水环境质量标准见表25。表1 2006年宫山咀水库各断面水质监测结果Tab 1 the section of the Gongshanju reservoir water quality monitoring results in 2006 Units:mg.L -1 断面 高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总氮总磷总铅氟化物龙头山 2.4 2.6 0.244 2.02 0.068 0.0014 0.18 白鸟鹭窝 2.3 2.3 0.259 2.01 0.068 0.0022 0.19 豪子沟

6、 2.3 2.1 0.267 1.93 0.056 0.0017 0.20 主坝前2.3 1.8 0.260 1.94 0.056 0.0018 0.18表2 地表水环境质量标准Tab 2 Surface water quality standard Units:mg.L -1 类别 高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总氮总磷总铅氟化物15 10 2.0 2.0 0.4(湖,库0.20.1 1.53.2 确定参考数列和比较数列以每个监测断面的监测数据组成参考数列,评价标准的5个类别组成比较数列。将参考序列逐个与比较序列组合,进行灰关联分析。首先,对地表水环境质量评价标准和龙头山断面水质监测资料组合,进

7、行归一化处理。归一化的方法为:以该指标所有值中最大值为1,余者均除以该最大值6。得到表3所示的归一化结果,表中已经考虑了级别区间的因素。 表3 归一化处理结果 Tab 3 Normalization of the results高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总氮总磷总铅氟化物龙头山0.16 0.26 0.122 1 0.34 0.014 0.12类 0.0-0.13 0.0-0.3 0.0-0.075 0.0-0.1 0.0-0.05 0.0-0.1 0.0-0.67 类 0.13-0.270.30.075-0.25 0.1-0.25 0.05-0.1250.1 0.67类 0.27-0.4 0.

8、3-0.4 0.25-0.5 0.25-0.5 0.125-0.25 0.1-0.5 0.67 类 0.4-0.67 0.4-0.6 0.5-0.75 0.5-0.74 0.25-0.5 0.50.67-1 类 0.67-1 0.6-1 0.75-1 0.74-0.990.5-1 0.5-11由公式2可求出龙头山断面各指标与比较系列各指标的绝对差(i k 值以及(min i kk 和(max i kk 值,见表4。表4 龙头山断面绝对差计算结果Tab 4 Longtoushan section absolute difference calculation results高锰酸盐指数生化需氧量

9、氨氮总氮总磷总铅氟化物(min i kk (max i kk 1 0.03 0.0 0.047 0.9 0.29 0.0 0.0 0.0 0.9 2 0.0 0.04 0.0 0.75 0.2150.0860.51 0.34 0.628 0.01 0.16 0.4860.880.010.88取=0.5,则依据关联系数公式(1,分别有: 同理可计算出其他断面的关联度,见表5。表5各断面的关联度计算结果Tab 5 Section of the Association of calculation results1 2 3 4 5龙头山 0.83 0.75 0.73 0.64 0.57 白鸟鹭窝 0

10、.83 0.75 0.72 0.64 0.57 豪子沟 0.83 0.75 0.73 0.638 0.55 主坝前0.84 0.74 0.72 0.63 0.55 由表5可看出,宫山咀水库各断面水质均属类水。该评价结果与综合污染指数法,模糊综合评价等方法基本一致。4.结论通过实例分析,我们可以得出如下结论:用灰色关联分析评价水体质量具有可信度高,计算简便等优点。其评价结论具有系统、整体把握、充分反映了诸水质参数的综合效应。而且无论水质参数数目的多少,都能分析,不存在技术上的问题,易于推广使用。能够协助分析水环境质量的时空分布状况、主要污染因子等水环境问题,能为水环境规划与污染防治决策提供较为科

11、学地参考依据。参考文献1 邓聚龙.灰色系统论基本方法M.武汉:华中理工大学出版社,1987,20-123.2 刘思峰.灰色系统理论及其应用M.北京:科学出版社,1999,64-70.3 徐晓民.灰色关联分析在湖泊水环境评价中的应用研究J.内蒙古农业大学学报,2006,27(4:118-127.4 葫芦岛市环境保护局. 葫芦岛市环境质量报告书,2007,2.5 国家环境保护局.GB3838-2002地面水环境质量标准M.北京:中国环境科学出版社,1988.6 周宾.灰色关联分析法在淮河流域水环境质量综合评价中的应用J.广州环境科学,2007,9,22(3:39-42.Application of

12、 gray correlation analysis method toGongshanju reservoir quality evaluationChu Lingling, Liu ZhibinDepartment of Environment Engineering, Liaoning Technical University, FuXin (123000AbstractThis paper describes the grey correlation analysis method and the applications of the Water quality Evaluation

13、, it is through the section over the quality of water quality concentration factor and the distance between the water quality standards of the section under which water quality. Application of grey correlation analysis method to a section of the Gongshanju reservoir in Huludao water quality assessment, reflecting th