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关于改进的灰色关联分析法在渭河宝鸡段水质综合评价中的应用

作者:2016-12-14 15:47阅读:文章来源:未知
  0引言
  灰色关联分析法在水质评价结论的定量化中有着广泛应用。应用灰色关联分析,把水质状态看作灰色变量、水质级别作为1个灰类,考虑了水质分级界线的不确定性,可以避免分级临界值附近的实测浓度值或综合污染指数的微小变化可能导致的评价结果级别归属的改变,使得水质评价结果更为直观、准确。但是,传统灰色关联分析法存在不同层次的缺陷:当评价指标较多时,指标权重的归一化可能使某些指标分得的权重很小,从而忽略了这些指标在评价中的作用。沈珍瑶等提出了一种基于点到区间距离的关联系数公式,并把它用到水环境质量评价中,发现这种改进的灰关联分析方法具有更大的适应性;王文成等在灰色关联分析法中引入叠加综合指数模型,对嘉陵江水质进行评价,为嘉陵江南充段水资源保护、管理提供了科学依据;赵天燕、刘万茹等采用层次分析法,对评价指标进行分级,提高了灰色关联方法的准确性、适用性;朱利霞等通过考虑质量标准的区间形式、分辨系数ρ的取值、各指标的权重,将改进的灰色关联度分析法应用于饮用地下水水质评价中,得到了良好的评价效果;张蕾等采用“中心化”方法无量纲化方法对灰色关联分析法进行改进,将改进后的方法用于广州市部分监测断面水质评价,使得计算结果比经典方法更具有区分性。
  1材料与方法
  1.1试验时间、地点
  根据监测断面要控制各主要排污口的原则,在渭河宝鸡段设林家村、胜利桥、卧龙寺桥、虢镇桥、蔡家坡桥、常兴桥6个监测断面,其中林家村为对照断面。根据宝鸡市环境监测站2009年河流断面主要污染指标年均值,选取渭河宝鸡段主干道的水质数据中5日生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数、NH3-N、TP、TN6个指标作为本次评价的目标,各指标的分析方法,监测结果年均值。
  1.2项目区概况
  渭河宝鸡段西起林家村宝鸡峡大坝,东至虢镇渭河大桥下游溪河入渭口,全长34km。渭河作为宝鸡市内主要河流,区内渭河南北两岸共有180条支流汇入,多年平均径流量34.35亿m3,既是农灌水源,也是川道地下水补充水源,同时,担负着泄洪、排污、保持生态平衡的重任。宝鸡市作为老牌工业城市,工业污水在渭河水污染中占很大比例,另外城市污水排放和非点源污染也不容忽视。近年来,随着宝鸡市政府环保治理力度的加大,渭河宝鸡段水质逐年改善。
  2应用实例分析
  2.1监测结果及质量标准的处理
  由监测结果可以看出,渭河宝鸡段各断面水质指标值沿河从上游至下游,沿林家村逐渐增加至蔡家坡桥达最大后开始下降,这个趋势正好与工业、企业分布十分接近,说明工业、企业的废水排放量和排放达标情况对渭河水质的好坏起着至关重要的作用,但仅靠定性判别并不能说明渭河宝鸡段污染实际状况和趋势。通过对表2中监测数据进行整理,由所有差值绝对值的均值Δv得=0.3214,由于Δmax>3Δv,按公式(2)求得分辩系数,从而得到各指标的关联系数。采用“均值化”归一法对各指标监测数据和地表水环境质量标准(GB3838—2002)进行无量纲化处理,所得结果见表3~4。
  2.2确定比较数列和参考数列
  2.3求绝对差
  由1.3.3中的计算方法,可依次求出各断面的绝对差。
  3结论
  (1)按照关联度最大原则,可以看出渭河宝鸡段6个监测断面中,林家村水质为Ⅱ级,尚属清洁。从2007年、2008—2009年实测数据可以看出,胜利桥、卧龙寺桥、虢镇桥和蔡家坡桥断面的高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮值逐年下降,常兴桥断面在2008年略有波动,但总体呈下降趋势。可见,通过近几年渭河的综合治理,渭河宝鸡段水质逐步好转。
  (2)由表9的灰色关联度指数可以看出,2009年度渭河宝鸡段各监测断面水质情况为林家村断面Ⅱ类水质,胜利桥、卧龙寺桥和常兴桥断面为Ⅲ类水质,虢镇桥、蔡家坡桥仍处于Ⅳ类水质。
  (3)按照“均值化”归一法对数据进行无量纲化处理,考虑了水质分级界线的不确定性,能够体现其中的非线性相关关系,可以避免分级临界值附近的实测浓度值或综合污染指数的微小变化可能导致的评价结果级别归属的改变,结果也更接近于实际水质状况。
  4讨论
  (1)宝鸡市各河流属于典型的北方河流,枯水期河流的水环境容量较小。因此,污染比较严重,丰水期河水泥沙量较大,致使暴雨径流污染比较突出。另外,城市附近河段由于受生活污水、农业非点源污染及厂矿企业生产废水影响,污染较大。
  (2)通过对渭河宝鸡段水质6个监测断面监测结果的分析评价,渭河宝鸡段主要污染物为氨氮、CODCr、BOD5、高锰酸盐指数、总磷、总氮等。2005年宝鸡市渭河废污水排放量约为10225.8t,其中排入渭河干流污染物8039.4t/年,含有主要污染物CODCr、氨氮分别为11999.15、1491.8t/a。由此可见,有机型污染仍是渭河宝鸡段水环境质量的限制性因子。
  (3)本研究的灰色关联法改进之处在于:在水质指标的无量纲化中采用“均值化”归一法,在水质指标权重系数的确定中采用层次分析法,使得评价结果关联度更加合理。但是,实际水环境具有很大的模糊性、不定的信息较多,一些不确定性方法,例如模糊数学法、灰色系统法、物元分析法在水质评价中也可根据实际情况灵活加以应用。
 

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