灰色聚类法在闽江沙溪段水环境评价中的应用*

游 武 郑育毅 张江山



灰色聚类法在闽江沙溪段水环境评价中的应用*

游 武 郑育毅 张江山

福建师范大学环境科学与工程学院

该文根据2007年6月闽江沙溪支流中11个典型断面中5个污染因子的监测数据，应用灰色类聚法建立水质模型并进行综合评价。评价结果表明，2007年6月闽江沙溪段河流水质状况总体尚可。相比之下，溪后村后、蒋家村、水浮莲地断面水质状况相对较差，起始断面安曹下、果园地、水稻田、溪后村前断面水质相对较好。

灰色聚类法 闽江 水质评价

0 前言

闽江是福建省第一大河流，其水质的优劣对流域周围居民的日常生活和工农业的发展都有重大关系，运用科学方法对闽江水质进行评价，对于闽江流域的水资源保护具有重要的现实意义。目前，综合污染指数评价法、模糊综合评价法已被广泛运用在环境质量综合评价中，灰色系统理论中的灰色关联度分析法、灰色聚类分析法、灰色局势决策法等也屡次成功地运用于环境质量综合评价[1]。根据水体污染状况的实际，水质现状除了具有一定的随机性和模糊性的特点外，还具有系统的灰色性[2]。本文尝试使用灰色系统理论中的灰色类聚法对2007年闽江在沙溪段的11个断面水质数据进行分析，能够客观反映该区域水环境的污染现状，为相关部门的科学决策提供科学的依据。

1 数据与分析方法

1.1 数据来源

根据福建省亚热带资源与环境重点实验室2007年6月对闽江流域沙溪段流经南平市王台镇的支流设置11个水质断面进行监测，得到监测数据，具体见表1[3]。

1.2 水质评价方法

运用灰色聚类法对闽江沙溪段水质现状进行综合评价。

1.3 主要评价步骤

表1 2007年6月闽江沙溪段支流水质监测数据（单位：mg/L）

2 评价结果与分析

2.1 评价样本及标准

评价因子是按照流域内水环境危险较大、影响较密切的污染物作为评价因子，结合在闽江沙溪段水质现状调查的监测指标，选取TN、TP、NH3-N、CODMn、DO作为评价指标[4]。评价标准采用《地面水环境质量标准》(GB 3838-2002)，根据水质标准中的Ⅰ~Ⅴ类相应的设置灰色类别。可知，聚类样本数n=11(n=l，2，. . .，11)，即n个环境监测点位；聚类指标数m=5(m=1，2，. . .，5)，即m个环境监测指标；灰类别数p=5(k=1，2，. . .，5)，即P个环境质量等级。

2.2 白化函数的建立与推求

分别建立5项评价指标的白化函数关系式，并按照表1所给出的闽江沙溪段支流各监测点各指标的监测数据代入后求得白化函数值，具体得出的白化数值见表2。

表2 闽江沙溪段各点位、各指标白化函数值（单位：mg/L）

2.3 聚类权

表3 灰类无量纲化处理

表4 各指标各灰类权重

表5 聚类权

2.4 聚类系数

表6 灰色聚类系数

2.5 构造聚类向量

具体如下：

根据以上11个监测点的聚类系数最大值的结果可以得出，2007年6月闽江沙溪段河流水质总体较好。相比之下，5#断面溪后村后、10#断面蒋家村、9#断面水浮莲地水质状况相对较差，而起始断面1#断面安曹下、2#断面果园地、3#断面水稻田、4#断面溪后村前相对水质较好。

3 结论

本文使用灰色聚类法来综合评价闽江沙溪段2007年6月的水环境质量，通过选取数据、计算分析得出最终评价结果，说明该评级方法能够较为客观地反映了闽江沙溪段河流水环境质量状况。该方法在实际应用中具有科学性与合理性，既兼顾到了水体污染程度系统的灰色性，同时也能兼顾系统的白化程度[6]。评价结果不仅为了解闽江流域水环境现状评价提供了科学的依据，同时也为相关政府管理部门对闽江流域沙溪段水资源的合理规划、综合管理提供重要参考。

[1] 赵光影，华德尊.灰色聚类法在地表水环境质量评价中的应用[J] .北方环境，2005，30(2)：84-86.

[2] 魏颖，陈庆华，张江山.灰色聚类法在闽江闽清段水质评价中的应用[J] .安全与环境工程，2011，18(5) :53-56.

[3] 汪伟,钱伟,袁一丁,等. 属性识别理论在闽江沙溪段水质评价中的应用[J] .水土保持通报，2008，28(3):152-155.

[4] 邓旋，陈庆华，张江山. 灰色聚类法在福建晋江水系水质评价中的应用[J].环境科学与管理, 2010,35(9) :187-191.

[5] 叶巧文, 张新政. 基于灰色聚类的水质评价方法[J]. 五邑大学学报：自然科学版，2003，17(4) :4-7.

[6] 邓聚龙. 灰色系统基本方法[M] .武汉：华中理工大学出版社，1992.

基金项目：教育部人文社会科学项目（08JA790019）

张江山，E-mail:jszhang@fjnu.edu.cn。