浅谈改进灰色关联分析法在淠河水环境质量评价中的应用

Word第第页浅谈改进灰色关联分析法在淠河水环境质量评价中的应用1改良灰色关联分析法评价原理

1.1基本原理

灰色关联度分析方法是对系统中所包含的互相联系、互相影响、互相制约的因素(如指标)之间,在进展过程中,其同步(或同向)改变的程度进行比较的一种定量讨论方法,事实上是对时间序列曲线几何样子进行相像或相异程度的分析比较,即:几何样子越相像,则进展改变态势越全都,关联度也越大;反之,几何样子越相异,则进展改变态势越不全都,关联度也就越小。应用水质评价时,通过比较关联度大小,确定出最大关联度数列,其对应的参考数列即为所评价的水质所属等级。

1.2评价步骤

1.2.1比较数列与参考数列的`确定设实测值有h组,评价因子有m个,则可以得到实际监测数据组成的参考数列为X0(k)=Yj(k)={Yj(1),Yj(2),…,Yj(m)},其中j=1,2,3,…,h;k=1,2,…,m。

设水质分级标准共分n(n=5)级,每个点选取评价因子相同,共有m个,则可以得到各级水体分级标准组成的比较数列为Xi(k)={Xi(1),Xi(2),…,Xi(m)},其中i=1,2,3,…,n;k=1,2,…,m。

1.2.2对数列进行的无量纲化处理由于水质标准中各个指标的量级不同,必需在关联分析之前进行数据的无量纲化处理。为了将分析对象之间的差异表达得最大,依据文献,采纳“中心化”变换:X0′(k)=Yj(k)-Yj(k)ej(k)(1)Xi′(k)=Xi(k)-Xi(k)ei(k)(2)式中:Yj(k)、Xi(k)、ej(k)、ei(k)依次为{Yj(k)}、{Xi(k)}的样本均值与均方差。

1.2.3肯定差Δi(k)的计算由于评价标准并非一个数值,而是一个区间,传统关联分析中采纳的点到点的计算方法不合适。文献提出了一种基于点到区间距离的关联系数公式,定义肯定差为:Δi(k)=X′min(k)-X0′(k)X0′(k)X′MIN(K)0X′MIN(K)X0′(K)X′max(k)(3)式中:X′min(k),X′max(k)分别为Xi′(k)最小值与最大值;Δi(k)为参考数列即评价对象第k个指标值与比较数列第k个指标值的肯定差。

1.2.4求关联系数ai(k)在通过步骤(2)处理得到的数列中,{Xi′(k)}对{X0′(k)}在第k点的关联度系数定义为:ai(k)。然后按下式计算参考数列与比较数列的关联系数ai(k):ai(k)=minimink|X0′(k)-Xi′(k)|+|X0′(k)-Xi′(k)|+→←dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|=Δmin+dΔmax|X0′(k)-Xi′(k)|+dΔmax(4)式中:ai(k)为X0′(k)与Xi′(k)在第k项评价因子的关联系数;d为辨别系数,d∈[0,1],其取值不同,辨别力量不同,其值愈大,辨别力量愈强,一般取d=0.5;Δmin为最小肯定差,表示在各评价对象第k个指标值与比较数列第k个指标值的最小肯定差的基础上,再按i=1,2,…,n找出全部最小肯定差中的最小值;Δmax为最大肯定差。

1.2.5求关联度Vi综合各点的关联系数,可以得参考数列与比较数列的关联度Vi为:Vi=∑mk=1wj(k)ai(k)(5)式中:wj(k)为第j个年份中第k个评价因子的权重,一般各个评价因子作等权处理。

2应用实例

2.1评价因子确定

在水质评价中,一般选取对水体环境能够产生重要影响的几种因子为评价因子。依据淠河常规监测资料并结合所采纳评价方法的基本特点,确定选用:溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数4个评价因子。

2.2讨论区域与数据来源

由六安市环境监测站的常规监测资料统计获得淠河各断面监测值。

2.3改良灰色关联分析法的计算过程

2.3.1选定参考数列与比较数列以淠河4个监测断面的水质监测值为参考数列。

2.3.2对监测数据和评价标准进行无量纲化处理

根据公式(1),对水体污染物实测值组成的参考数列和评价标准组成的比较数列进行无量纲化处理。

2.3.3灰色关联分析法的评价结果与分析根据计算公式及步骤,可以确定淠河各监测断面的各级关联度。由表3可知,窑岗嘴大桥和大店岗断面的水质均为Ⅰ类,光华厂渡口和新安渡口断面的水质级别均为Ⅱ类,可见各断面水质较清洁。同理,根据上述计算公式与步骤,应用灰关联法对淠河的掌握断面即新安渡口监测断面进行了水质评价。

3结语

(1)度,窑岗嘴大桥和大店岗断面的水质均为Ⅰ类,光华厂渡口和新安渡口断面的水质级别均为Ⅱ类,各断面水质较清洁。

(2)度,淠河新安渡口断面在丰水期、平水期、枯水期的水质依次属于Ⅱ级、Ⅱ级、Ⅰ级,水质较清洁,水期对水质影响不大。