灰色聚類法在閩江沙溪段水環境評價中的應用*

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境評價中的應用*

游 武 鄭育毅 張江山

福建師范大學環境科學與工程學院

該文根據2007年6月閩江沙溪支流中11個典型斷面中5個污染因子的監測數據，應用灰色類聚法建立水質模型并進行綜合評價。評價結果表明，2007年6月閩江沙溪段河流水質狀況總體尚可。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、溪后村前斷面水質相對較好。

灰色聚類法 閩江 水質評價

0 前言

閩江是福建省第一大河流，其水質的優劣對流域周圍居民的日常生活和工農業的發展都有重大關系，運用科學方法對閩江水質進行評價，對于閩江流域的水資源保護具有重要的現實意義。目前，綜合污染指數評價法、模糊綜合評價法已被廣泛運用在環境質量綜合評價中，灰色系統理論中的灰色關聯度分析法、灰色聚類分析法、灰色局勢決策法等也屢次成功地運用于環境質量綜合評價[1]。根據水體污染狀況的實際，水質現狀除了具有一定的隨機性和模糊性的特點外，還具有系統的灰色性[2]。本文嘗試使用灰色系統理論中的灰色類聚法對2007年閩江在沙溪段的11個斷面水質數據進行分析，能夠客觀反映該區域水環境的污染現狀，為相關部門的科學決策提供科學的依據。

1 數據與分析方法

1.1 數據來源

根據福建省亞熱帶資源與環境重點實驗室2007年6月對閩江流域沙溪段流經南平市王臺鎮的支流設置11個水質斷面進行監測，得到監測數據，具體見表1[3]。

1.2 水質評價方法

運用灰色聚類法對閩江沙溪段水質現狀進行綜合評價。

1.3 主要評價步驟

表1 2007年6月閩江沙溪段支流水質監測數據（單位：mg/L）

2 評價結果與分析

2.1 評價樣本及標準

評價因子是按照流域內水環境危險較大、影響較密切的污染物作為評價因子，結合在閩江沙溪段水質現狀調查的監測指標，選取TN、TP、NH3-N、CODMn、DO作為評價指標[4]。評價標準采用《地面水環境質量標準》(GB 3838-2002)，根據水質標準中的Ⅰ~Ⅴ類相應的設置灰色類別。可知，聚類樣本數n=11(n=l，2，. . .，11)，即n個環境監測點位；聚類指標數m=5(m=1，2，. . .，5)，即m個環境監測指標；灰類別數p=5(k=1，2，. . .，5)，即P個環境質量等級。

2.2 白化函數的建立與推求

分別建立5項評價指標的白化函數關系式，并按照表1所給出的閩江沙溪段支流各監測點各指標的監測數據代入后求得白化函數值，具體得出的白化數值見表2。

表2 閩江沙溪段各點位、各指標白化函數值（單位：mg/L）

2.3 聚類權

表3 灰類無量綱化處理

表4 各指標各灰類權重

表5 聚類權

2.4 聚類系數

表6 灰色聚類系數

2.5 構造聚類向量

具體如下：

根據以上11個監測點的聚類系數最大值的結果可以得出，2007年6月閩江沙溪段河流水質總體較好。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較好。

3 結論

本文使用灰色聚類法來綜合評價閩江沙溪段2007年6月的水環境質量，通過選取數據、計算分析得出最終評價結果，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境質量狀況。該方法在實際應用中具有科學性與合理性，既兼顧到了水體污染程度系統的灰色性，同時也能兼顧系統的白化程度[6]。評價結果不僅為了解閩江流域水環境現狀評價提供了科學的依據，同時也為相關政府管理部門對閩江流域沙溪段水資源的合理規劃、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境質量評價中的應用[J] .北方環境，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評價中的應用[J] .安全與環境工程，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評價中的應用[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評價中的應用[J].環境科學與管理, 2010,35(9) :187-191.

[5] 葉巧文, 張新政. 基于灰色聚類的水質評價方法[J]. 五邑大學學報：自然科學版，2003，17(4) :4-7.

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

基金項目：教育部人文社會科學項目（08JA790019）

張江山，E-mail:jszhang@fjnu.edu.cn。