基于改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法的汾河水質(zhì)評價

秦聰

摘要：汾河為山西省居民飲用水的主要來源，也是山西水環(huán)境的重點保護(hù)對象。以汾河9個監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)為研究對象，利用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法，對汾河水質(zhì)進(jìn)行評價，并將改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)法與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度權(quán)重，不僅客觀準(zhǔn)確，且計算簡單、易于掌握，可為汾河的水環(huán)境保護(hù)及管理提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評價;灰色關(guān)聯(lián)分析法;水環(huán)境保護(hù);汾河

中圖法分類號：X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.007

汾河是黃河第二大支流，亦是山西境內(nèi)最大的河流。汾河流經(jīng)山西省的忻州市、太原市、呂梁市、晉中市、臨汾市、運(yùn)城市6市的29縣（區(qū)），因此該河在山西省飲用水水源供應(yīng)、農(nóng)業(yè)灌溉等方面具有舉足輕重的作用。目前，國內(nèi)外水質(zhì)評價方法主要有單因子評價法、綜合指數(shù)評價法、模糊數(shù)學(xué)評價法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法等。景勝元等采用單因子評價法對汾河水質(zhì)進(jìn)行了評價。該方法適用于受單一或多種污染物影響明顯的河流，且在所有評價指標(biāo)中，只要有一項指標(biāo)相對污染程度較大，則無需考慮剩余因子的污染評價等級，最終評價結(jié)果均顯示水質(zhì)等級較低。雖然該方法計算過程簡單，但結(jié)論較為消極，應(yīng)用于水質(zhì)評價時不能很好地反映出水體的整體水質(zhì)。盛夏等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法對汾河水質(zhì)進(jìn)行了評價。該方法結(jié)合多個水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，克服了單因子評價法的不足，但計算過程繁復(fù)，不易掌握。

本文以9個監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)為研究對象，采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法對汾河水質(zhì)進(jìn)行評價。該方法克服了其他方法存在的單一或繁復(fù)性等問題，能夠相對客觀、簡便地判別水質(zhì)類別，為確定汾河水的用途提供了合理、可靠的依據(jù)。

1改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法

1.1確定參考序列和比較序列

1.2評價指標(biāo)歸一化處理

歸一化是將有量綱的表達(dá)式，經(jīng)過變換化為無量綱的表達(dá)式，成為標(biāo)量。改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法采用各級指標(biāo)及其各級標(biāo)準(zhǔn)除以相應(yīng)最大值的方法，將各級指標(biāo)實測數(shù)據(jù)和各級標(biāo)準(zhǔn)歸一化到[0，1]。

2應(yīng)用實例分析

水質(zhì)評價選取汾河的9個監(jiān)測斷面，以化學(xué)需氧量、石油類、氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、鉛、鎘8個指標(biāo)作為水質(zhì)評價目標(biāo)，檢測年均值見表1。本次汾河水質(zhì)以GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》作為水質(zhì)評價的標(biāo)準(zhǔn)，各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

2.1監(jiān)測成果歸一化處理

用各級指標(biāo)及其各級標(biāo)準(zhǔn)除以相應(yīng)最大值，將各級指標(biāo)實測數(shù)據(jù)和各級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化。歸一化結(jié)果見表3～4。

（3）權(quán)重計算。依據(jù)式（3）～（5），計算得出各指標(biāo)在不同監(jiān)測斷面所對應(yīng)的權(quán)重。以監(jiān)測斷面1為例，各指標(biāo)對應(yīng)Ii（K）值見表7，各指標(biāo)對應(yīng)權(quán)重值Wi（K）見表8。

（4）關(guān)聯(lián)系數(shù)。依據(jù)式（2），以監(jiān)測斷面l為例，各指標(biāo)對應(yīng)關(guān)聯(lián)系數(shù)值見表9。

（5）關(guān)聯(lián)度。依據(jù)式（6），得出各監(jiān)測斷面的關(guān)聯(lián)度，見表10。

由表10可知，監(jiān)測斷面l，4，8的水質(zhì)級類為II類，監(jiān)測斷面2，5，6，9的水質(zhì)類別為III類，監(jiān)測斷面3，7的水質(zhì)類別為v類。

3與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法對比分析

改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法與傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法水質(zhì)評價結(jié)果不同，對比結(jié)果見表12。從表12可知，采用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算，監(jiān)測斷面2的水質(zhì)類別為II類，其余各監(jiān)測斷面的水質(zhì)類別為I類。傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)分析法未根據(jù)地下水的特點對關(guān)聯(lián)度賦予權(quán)重，某些水質(zhì)成分檢測值很小時，權(quán)重幾乎為零，導(dǎo)致水質(zhì)評價不夠客觀全面。改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度權(quán)重，克服了傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法的缺陷，結(jié)論更為精確。

4結(jié)語

依據(jù)關(guān)聯(lián)度最大原則，采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法計算得出：監(jiān)測斷面1，4，8的水質(zhì)類別為II類;監(jiān)測斷面2，5，6，9的水質(zhì)類別為III類;監(jiān)測斷面3，7的水質(zhì)類別為v類。采用傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算得出：監(jiān)測斷面2的水質(zhì)類別為II類，其余監(jiān)測斷面的水質(zhì)類別均為I類。相較傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)分析法，改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法賦予了關(guān)聯(lián)度權(quán)重，體現(xiàn)了“污染大、權(quán)重大”的原則，水質(zhì)評價更為合理。

本文采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法對汾河水質(zhì)各個指標(biāo)進(jìn)行了評價，對各級指標(biāo)實測數(shù)據(jù)和各級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸一化，避免了人為主觀因素的影響;并且克服了單因子評價法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法單一性、繁復(fù)等不足，安全可靠，簡單易行。