基于灰色聚類法在南明河水質(zhì)分析中的應(yīng)用

摘要：南明河是貴陽市的“母親河”，在城市旅游發(fā)展和歷史文化中具有重要價值。本文通過灰色聚類法對南明河水質(zhì)進(jìn)行評價，結(jié)果表明，南明河上、中、下游水質(zhì)呈逐步惡化態(tài)勢，說明南明河水質(zhì)污染與城市化進(jìn)程發(fā)展有一定聯(lián)系，由此為南明河水環(huán)境保護(hù)政策與措施的制定提供參考。

關(guān)鍵詞：灰色聚類法;南明河;水質(zhì)分析

Abstract：Nanming river is the mother river of Guiyang.It has a great value in the tourism development and historical culture of the city.Through a evaluation of the water quality of Nanming river with grey system.The result shows：the water qualities from upstream，midstream and downstream deteriorate.It means Nanming river was contaminated by the urbanisation. This can provide a reference for the policy formulation of environmental protection of Nanming river.

Key word：Grey system;Nanming river;Water quality analyzing

南明河源自平壩縣與貴陽市花溪區(qū)交界處，流經(jīng)花溪區(qū)段稱花溪河，入市區(qū)后稱南明河，貴陽市境內(nèi)約100km，城區(qū)段（花溪水庫至新莊）長36.4km[1]，是貴陽市工業(yè)、生活用水和農(nóng)田灌溉的重要水源。隨著貴陽市工業(yè)化、城市化步伐的加快，南明河所面臨的水環(huán)境問題日益突出[2]。為降低其水環(huán)境負(fù)面影響，提出科學(xué)有效的保護(hù)措施，有必要采取科學(xué)的環(huán)境評價。由于現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)的局限性，采用灰色聚類法分析可為水環(huán)境質(zhì)量演化規(guī)律提供理論依據(jù)并具有參考意義。

1 灰色聚類法原理[3-5]

灰色聚類法是以灰數(shù)的白化函數(shù)生成為基礎(chǔ)， 將收集的聚類對象觀測值的分散信息， 按照灰類進(jìn)行歸納， 判斷聚類對象所屬灰類。首先確定評價指標(biāo)體系，并根據(jù)各評價指標(biāo)的特點和屬性，將其劃分為若干層次，建立遞階層次結(jié)構(gòu)。然后運用灰色聚類分析方法形成灰色聚類矩陣，進(jìn)行灰色綜合評估。

設(shè)i=1，2，…，n為聚類對象（采樣點）;j=1，2，…，m為聚類指標(biāo)（監(jiān)測指標(biāo)）;k=1，2，…，K為聚類灰數(shù)，sij為第i個聚類對象對于第j個聚類指標(biāo)的樣本值。S是以sij為元素的樣本矩陣， 即：

設(shè)?jk為第j個聚類指標(biāo)屬于k灰類的白化函數(shù)，?jk∈[0，1]，λjk為?jk的閾值。

設(shè)ηjk為灰色聚類權(quán)重值， 它表示第j種指標(biāo)屬于第k灰類的權(quán)重。當(dāng)聚類指標(biāo)的量綱相同時：

否則，須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

xij為第i個樣本第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，sij為第i個樣本第j個指標(biāo)實測值，sj為第j個指標(biāo)參考標(biāo)準(zhǔn)值，本文參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

cjk為第j種指標(biāo)的第k個灰類的灰數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)值），或取白化函數(shù)的閾值λjk;sj為第j種指標(biāo)的參照標(biāo)準(zhǔn)，由上，列出第j類指標(biāo)各灰類的白化函數(shù)?jk：

2 灰色聚類法實際應(yīng)用

2.1 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

利用貴陽市環(huán)保局2015年南明河水質(zhì)監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在南明河貴陽市區(qū)河段設(shè)置5個監(jiān)測斷面，每個斷面分枯水期、豐水期、平水期三期監(jiān)測，監(jiān)測布點見圖1，監(jiān)測指標(biāo)及各項監(jiān)測值見表1。

2.2 環(huán)境質(zhì)量等級

環(huán)境質(zhì)量等級確定采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），各項指標(biāo)見表2[6]。

3 結(jié)論分析建議

根據(jù)（11）、（12）可知，各監(jiān)測點位各監(jiān)測時期最大聚類系數(shù)對應(yīng)的灰類數(shù)值即是該樣本所屬水質(zhì)類別，見表7。

根據(jù)表6可知，花溪點位作為南明河的上游靠近源頭，由于無污染企業(yè)和居民聚集區(qū)影響，水質(zhì)較好。興隆橋至定扒橋點位河段處于城區(qū)及其下游，企業(yè)和居民區(qū)的逐漸增多，水質(zhì)亦呈現(xiàn)逐步惡化;可能與截污溝年久失修，部分河段污水直排有關(guān)。甲秀樓點位于城市中心區(qū)，除豐水期受上游支流阿哈水庫泄洪及雨水影響水質(zhì)略好，其于時期水質(zhì)均較差，該河段主要為居民聚集區(qū)和城市商業(yè)區(qū)，環(huán)境承載壓力較大。紅巖橋點位河段地勢較低，受降水影響該區(qū)域截污溝常出現(xiàn)溢流，導(dǎo)致豐水期水質(zhì)反而較差。定扒橋點位于城市下游，污水收集管網(wǎng)及處理設(shè)施匱乏，受上游城市污染面源、周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村污染面源、區(qū)域養(yǎng)殖和農(nóng)副產(chǎn)品企業(yè)排放等影響，水質(zhì)常年處于V類。說明隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，水體環(huán)境容量和自凈能力降低，加之污水收集和處理設(shè)施的不完備，河流生態(tài)管理建設(shè)還有待提高，對南明河的環(huán)境保護(hù)措施還有待完善。建議相關(guān)部門把甲秀樓、紅巖橋至定扒橋區(qū)域河段作為南明河污染治理重點區(qū)域，制定有效措施對該區(qū)域河段及周邊進(jìn)行綜合治理，以改善南明河水環(huán)境質(zhì)量，滿足其水環(huán)境功能區(qū)劃要求。

4 討論

環(huán)境體系具有一定復(fù)雜性和不確定性，若僅以監(jiān)測值來衡量往往忽略了環(huán)境質(zhì)量評價中的灰色信息?；疑垲惙ㄍㄟ^將這些灰色信息和白化程度與各項污染因子的聚類加權(quán)處理，能較為客觀的反映實際情況。對于在實際工作中開展環(huán)保政策制定、環(huán)境保護(hù)措施制定等具有一定的指導(dǎo)意義和參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]薛曉飛，李濤，邵雪峰，等.貴陽南明河水環(huán)境綜合整治項目治理思路與第一階段實施成效[A].湖泊濕地與綠色發(fā)展——第五屆中國湖泊論壇[C].2015.

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[4]賀北方，王效宇，賀曉菊，等.基于灰色聚類決策的水質(zhì)評價方法[J].鄭州大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2002，023（001）：10-13.

[5]邢立文，魏新平，董娟.基于灰色聚類法的彭州市西河水庫水環(huán)境質(zhì)量評價[J].水資源開發(fā)與管理，2020（01）：23-30+53.

[6]GB3838—2002地表水環(huán)境[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

收稿日期：2020-06-14

作者簡介：方達(dá)（1984-），男，本科，工程師，研究方向為環(huán)境影響評價評估。