Word第第頁淺談改進灰色關聯分析法在淠河水環境質量評價中的應用1改良灰色關聯分析法評價原理

1.1基本原理

灰色關聯度分析方法是對系統中所包含的互相聯系、互相影響、互相制約的因素(如指標)之間,在進展過程中,其同步(或同向)改變的程度進行比較的一種定量討論方法,事實上是對時間序列曲線幾何樣子進行相像或相異程度的分析比較,即:幾何樣子越相像,則進展改變態勢越全都,關聯度也越大;反之,幾何樣子越相異,則進展改變態勢越不全都,關聯度也就越小。應用水質評價時,通過比較關聯度大小,確定出最大關聯度數列,其對應的參考數列即為所評價的水質所屬等級。

1.2評價步驟

1.2.1比較數列與參考數列的`確定設實測值有h組,評價因子有m個,則可以得到實際監測數據組成的參考數列為X0(k)=Yj(k)={Yj(1),Yj(2),…,Yj(m)},其中j=1,2,3,…,h;k=1,2,…,m。

設水質分級標準共分n(n=5)級,每個點選取評價因子相同,共有m個,則可以得到各級水體分級標準組成的比較數列為Xi(k)={Xi(1),Xi(2),…,Xi(m)},其中i=1,2,3,…,n;k=1,2,…,m。

1.2.2對數列進行的無量綱化處理由于水質標準中各個指標的量級不同,必需在關聯分析之前進行數據的無量綱化處理。為了將分析對象之間的差異表達得最大,依據文獻,采納“中心化”變換:X0′(k)=Yj(k)-Yj(k)ej(k)(1)Xi′(k)=Xi(k)-Xi(k)ei(k)(2)式中:Yj(k)、Xi(k)、ej(k)、ei(k)依次為{Yj(k)}、{Xi(k)}的樣本均值與均方差。

1.2.3肯定差Δi(k)的計算由于評價標準并非一個數值,而是一個區間,傳統關聯分析中采納的點到點的計算方法不合適。文獻提出了一種基于點到區間距離的關聯系數公式,定義肯定差為:Δi(k)=X′min(k)-X0′(k)X0′(k)X′MIN(K)0X′MIN(K)X0′(K)X′max(k)(3)式中:X′min(k),X′max(k)分別為Xi′(k)最小值與最大值;Δi(k)為參考數列即評價對象第k個指標值與比較數列第k個指標值的肯定差。

1.2.4求關聯系數ai(k)在通過步驟(2)處理得到的數列中,{Xi′(k)}對{X0′(k)}在第k點的關聯度系數定義為:ai(k)。然后按下式計算參考數列與比較數列的關聯系數ai(k):ai(k)=minimink|X0′(k)-Xi′(k)|+|X0′(k)-Xi′(k)|+→←dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|dmaximaxk|X0′(k)-Xi′(k)|=Δmin+dΔmax|X0′(k)-Xi′(k)|+dΔmax(4)式中:ai(k)為X0′(k)與Xi′(k)在第k項評價因子的關聯系數;d為辨別系數,d∈[0,1],其取值不同,辨別力量不同,其值愈大,辨別力量愈強,一般取d=0.5;Δmin為最小肯定差,表示在各評價對象第k個指標值與比較數列第k個指標值的最小肯定差的基礎上,再按i=1,2,…,n找出全部最小肯定差中的最小值;Δmax為最大肯定差。

1.2.5求關聯度Vi綜合各點的關聯系數,可以得參考數列與比較數列的關聯度Vi為:Vi=∑mk=1wj(k)ai(k)(5)式中:wj(k)為第j個年份中第k個評價因子的權重,一般各個評價因子作等權處理。

2應用實例

2.1評價因子確定

在水質評價中,一般選取對水體環境能夠產生重要影響的幾種因子為評價因子。依據淠河常規監測資料并結合所采納評價方法的基本特點,確定選用:溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數4個評價因子。

2.2討論區域與數據來源

由六安市環境監測站的常規監測資料統計獲得淠河各斷面監測值。

2.3改良灰色關聯分析法的計算過程

2.3.1選定參考數列與比較數列以淠河4個監測斷面的水質監測值為參考數列。

2.3.2對監測數據和評價標準進行無量綱化處理

根據公式(1),對水體污染物實測值組成的參考數列和評價標準組成的比較數列進行無量綱化處理。

2.3.3灰色關聯分析法的評價結果與分析根據計算公式及步驟,可以確定淠河各監測斷面的各級關聯度。由表3可知,窯崗嘴大橋和大店崗斷面的水質均為Ⅰ類,光華廠渡口和新安渡口斷面的水質級別均為Ⅱ類,可見各斷面水質較清潔。同理,根據上述計算公式與步驟,應用灰關聯法對淠河的掌握斷面即新安渡口監測斷面進行了水質評價。

3結語

(1)度,窯崗嘴大橋和大店崗斷面的水質均為Ⅰ類,光華廠渡口和新安渡口斷面的水質級別均為Ⅱ類,各斷面水質較清潔。

(2)度,淠河新安渡口斷面在豐水期、平水期、枯水期的水質依次屬于Ⅱ級、Ⅱ級、Ⅰ級,水質較清潔,水期對水質影響不大。