灰色关联分析在水库水质评价中的应用

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1、灰色关联分析在水库水质评价中的应用摘要：灰色系统理论已经成功的运用于环境质量评价中。本文根据参窝水库水质监测资料，采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法，对该水库水质进行了评价。结果表明，参窝水库总体水质状况良好。　　关键词：灰色关联分析水库水质评价　　水环境质量评价，是通过一定的数理方法与手段，对某一水环境区域进行环境要素分析，对其做出定量描述。通过水环境质量评价，对摸清区域水环境质量发展趋势及其变化规律，为区域环境系统的污染控制规划及区域环境系统工程方案的制定提供依据。　　1研究区域　　参窝水库坝址位于辽阳市

2、弓长岭区南沙村东，地处太子河干流中部，本溪、辽阳两市之间，距辽阳市39km，是一座以防洪、灌溉、工业供水为主，结合工农业供水进行发电的综合利用的大（Ⅱ）型水库水利枢纽工程，总库容7.91亿m3，坝址以上流域面积6,175km2，占太子河流域面积的44.5%。　　2评价原理及步骤　　2.1评价原理　　灰色关联分析法是根据离散数列之间几何相似程度来判断关联度大小进行排序的。在进行水质分级评价时，选择评价对象的评价因子实测值为参考序列，水质指标分级标准为比较序列，根据求出的多个关联度，选出最大关联度所对应水质标准比较

3、序列对应的级别，即为待评价水质的级别。　　2.2评价步骤　　2.2.1比较序列与参考序列的确定　　设某水域有m个待分级评价的断面，每个断面又有n项水质指标，水样实测值组成的序列为Xi（k），其中Xi（k）=﹛Xi（1）Xi（2）…Xi（n）﹜（i=1,2，…，m）。通常设水体分为P级，评价因子有k个，则水质标准参考序列为Sp（k）=﹛Sp（1）Sp（2）…Sp（n）﹜（p=1,2，…，p）。　　本次评价根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）进行分级。　　2.2.2数列归一化处理　　对各个断面水质评

4、价而言，各个水质指标的量级有可能不同，单位也不尽一样，通过归一化后，可以一是将元素转为无量纲，二是使元素值转变为［０，１］内的数。对于样品序列及水质标准序列，本文采用如下归一化处理：　　　　　　2.2.3关联离散函数及关联度的计算　　取第j个断面的水质样本向量aj=[aj（1）aj（2）aj（n）]，（j=1，2，，m）为母序列。对固定的j（如先令j=1），令i=1，2，，p的B矩阵行向量为子序列即bi=bi（1）bi（2）bi（n），（i=1，2，，p）,分别计算对应每个k指标的绝对差ji（k）和关联离散函数

5、。由于被评价的要素取值均在[0，1]区间，因此，可用参数更少并且为同标度的关联离散函数，如：，式中：=。关联度，式中：—第个序列中指标的权重值。　　2.2.4水质评级　　在P个关联度中，找出关联度最大值所对应的水质级别，即可判断出所分析断面的水质级别。　　2.3评价因子及样品分析结果　　选取Ph、TN、DO、COD、BOD5为主要参考因子，水质监测结果见表1。　　表1各采样断面水质监测结果（mg/L）　　采样断面PhTNDOCODBOD5　　坝前8.034.197.52.51.9　　兰河8.521.6611.2

6、1.50.8　　细河8.584.466.71.71.7　　库中心8.093.276.23.41.1　　胡巴什8.043.475.13.51.3　　2.4计算过程及结果　　根据五个样本断面各实测值与地面水环境质量标准比较后，确定P=5级。以坝前断面水质分析数据为例，依据评价步骤，演示计算过程，进行水质评价。　　a.分级标准构成的矩阵　　　　b.归一化处理构成的矩阵　　　　c.令坝前断面实测水质序列，即矩阵B55中的第一行向量为母序列。先取归一化水质标准矩阵B55中的一级水为子序列b1，可求a1-b1的绝对差11（

7、k），有：11=[11000]　　对应的-关联离散函数为：　　=[00111]　　为了便于与其他方法计算结果比较，统一取等权（wj=1/n=1/5）计算关联度：　　　　它表明a1-b1关联性为60%。与几何形态存在差距的主要原因是与都等于0不属于b1。但由于其他三项的值都为1，所以整个断面综合评价的关联测度为0.6。　　同理，通过灰色系统的关联分析得到了坝前断面实测水质a1分别与5个水质级别标准序列b1，b2，b3，b4，b5的关联关系：r11=0.6>r21=0.53>r31=0.38>r41=0.31>r5

8、1=0.2，由此可评价坝前断面水质应属Ⅰ级。　　其他断面水质评级依照上述计算方法，结果如表2。　　表2各监测断面水质关联度计算结果　　　　　　　　2.5评价结果分析　　按照上述计算公式及步骤，可以确定该水库各断面的各级水质关联度。由表2可看出各断面水质级别。　　3结语　　本文采用灰色关联分析法对参窝水库进行水质级别评价，结果表明总体水质还是比较好的，受污染的程度很小。为保护水库水环境质