灰色關(guān)聯(lián)度法在岷縣農(nóng)村水源地水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

王建紅　張江帆　李平平

摘要：農(nóng)村供水水源地水質(zhì)的好壞可以影響到地下水功能是否能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，對地下水水質(zhì)評價(jià)問題一直是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。本文在調(diào)研分析常用水質(zhì)評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，提出了用灰色系統(tǒng)理論中的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行地下水水質(zhì)評價(jià)，把水體環(huán)境作為一個(gè)灰色系統(tǒng)，以岷縣供水水源地為研究對象，對供水水源地的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)分析。通過與傳統(tǒng)的等權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法的評價(jià)結(jié)果對比表明，灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度法是一種切實(shí)可行的水環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)法，對于其他環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)也有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評價(jià)；灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度法；供水水源地；地下水

70年代以來水質(zhì)評價(jià)方法多采用水體綜合污染指數(shù)法，該方法簡單方便。由于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分級的硬性規(guī)定和綜合污染指數(shù)分級的硬性劃分，使在分級臨界值附近的實(shí)測濃度值或綜合污染指數(shù)的微小變化都可能導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果的明顯不同或級別歸屬的變化，這顯然不合理。事實(shí)上水質(zhì)的分級或水體是否污染并非是黑白明的概念，某種污染物濃度的微小變化決不會(huì)引起水體污染程度的明顯變化。因此“水質(zhì)級別”、“污染程度”等都是一些灰色概念，水體環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)本特征的灰色系統(tǒng)，具有不確定性[1]。灰色關(guān)聯(lián)分析法是基于水質(zhì)評價(jià)中的灰色及不確定性，等權(quán)灰關(guān)聯(lián)法的計(jì)算結(jié)果有時(shí)會(huì)存在誤判現(xiàn)象，本文就是在對灰色關(guān)聯(lián)分析法中改進(jìn)權(quán)重確定方法改進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

1、灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度模型及其水質(zhì)評價(jià)的步驟

1.1灰色關(guān)聯(lián)度模型

1.2本文提出的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度模型

在水環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)中，對于不同的指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)值不同有時(shí)其絕對值相差較大，不同污染物濃度對水環(huán)境質(zhì)量的影響不同。權(quán)重系數(shù)的確定是水環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)的核心問題。目前關(guān)于如何確定權(quán)數(shù)的方法大致可分為兩大類：研究者根據(jù)其主觀價(jià)值判斷對各指標(biāo)進(jìn)行比較而賦權(quán)的方法，稱主觀賦權(quán)法；直接根據(jù)各指標(biāo)的原始信息經(jīng)過一定數(shù)學(xué)處理后獲得權(quán)數(shù)的方法，稱客觀賦權(quán)法[2]。

本文對灰色關(guān)聯(lián)度分析法中等權(quán)求取關(guān)聯(lián)度的方法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算的合理改進(jìn)，提出根據(jù)污染物超標(biāo)情況（污染因子實(shí)測濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值之比）對各點(diǎn)（k=1，2，…，n）的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，依據(jù)數(shù)值監(jiān)測水源地所屬的功能區(qū)類別計(jì)算得到權(quán)重，然后計(jì)算關(guān)聯(lián)度，根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小，確定出樣本的質(zhì)量級別，以判斷水質(zhì)是否符合功能區(qū)的要求。

2、實(shí)例應(yīng)用

應(yīng)用上述方法對岷縣15個(gè)供水水源地的水質(zhì)情況進(jìn)行綜合評價(jià)。本次評價(jià)過程中選定總硬度、氯化物、氟化物、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、砷、鎘、揮發(fā)酚等10個(gè)單項(xiàng)污染指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)指數(shù)計(jì)算，具體實(shí)測水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

2.1參考數(shù)列與比較數(shù)列的確定

將待評價(jià)地下水水質(zhì)樣本的各個(gè)指標(biāo)實(shí)測值（表1）構(gòu)成的數(shù)列作為參考數(shù)列{Xi（k）}，此時(shí)k=1，2，…，10，i為水源地（i=1，2，…，15）。

將地下水質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)中某一質(zhì)量級別的各指標(biāo)濃度限值構(gòu)成的數(shù)列{Xj（k）}作為比較數(shù)列，j為水質(zhì)級別（j=1，2，…，5），分別表示地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的Ⅰ～Ⅴ級。

2.2關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算

有表2可以看出，MX01水源地的氨氮占Ⅰ-Ⅴ級的權(quán)重依次為0.671、0.843、0.561、0.467、0.467，屬于Ⅱ類水體，但屬于Ⅰ、Ⅱ類水體的權(quán)重大于Ⅲ、Ⅳ類水體的權(quán)重，這顯然不合理。對于岷縣各個(gè)供水水源地水質(zhì)綜合評價(jià)所得結(jié)果與實(shí)際有一定偏差，因此，提出依據(jù)功能區(qū)劃中的類別確定關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重的方法，即MX01水源地在功能區(qū)劃中是Ⅲ類水體，對于每一級別的關(guān)聯(lián)系數(shù)所取權(quán)重值均為Ⅲ類級別水質(zhì)所對應(yīng)的權(quán)重值。這樣避免了權(quán)重值依屬于其他級別值較大時(shí)對評價(jià)結(jié)果的影響，也符合功能區(qū)劃的思想[4]。最后計(jì)算得到的權(quán)重值見表3。

由表4和5可以看出：兩種評價(jià)方法對各個(gè)水源地的評價(jià)結(jié)果有些差異，MX01、MX03、MX05、MX06、MX07、MX08、MX09、MX10、MX11、MX13、MX14和MX15水源地的評價(jià)結(jié)果相同，因?yàn)榈葯?quán)關(guān)聯(lián)度法對各評價(jià)指標(biāo)的影響等權(quán)對待，在各個(gè)指標(biāo)超標(biāo)情況不大時(shí)，其評價(jià)結(jié)果可信。在水質(zhì)評價(jià)過程中若僅用等權(quán)灰關(guān)聯(lián)的結(jié)果作為地下水水質(zhì)綜合評價(jià)依據(jù)，容易出現(xiàn)與實(shí)際水質(zhì)情況不符的誤判，而依據(jù)不同水源地的功能區(qū)類別來確定評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，強(qiáng)化了高濃度指標(biāo)的影響，又考慮到各個(gè)指標(biāo)對地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響的綜合效應(yīng)，從而提高了評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，也可以為地下水功能區(qū)劃提供依據(jù)。

由功能區(qū)評價(jià)結(jié)果可以看出，15個(gè)供水水源地的水質(zhì)情況好于功能區(qū)劃中的水質(zhì)類別。

3、結(jié)論

本文將灰色關(guān)聯(lián)度法應(yīng)用于岷縣農(nóng)村供水水源地地下水質(zhì)量評價(jià)的過程中，根據(jù)地下水質(zhì)量評價(jià)的特點(diǎn)和監(jiān)測水質(zhì)的實(shí)際情況，考慮了不同指標(biāo)對地下水質(zhì)量不同的影響程度，采用地下水功能區(qū)方法確定了各個(gè)指標(biāo)不同的權(quán)重值。并從加權(quán)和等權(quán)兩個(gè)角度對地下水質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)，從實(shí)例分析結(jié)果看出，灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度法避免了傳統(tǒng)水質(zhì)評價(jià)及等權(quán)關(guān)聯(lián)度法評價(jià)中對各個(gè)指標(biāo)影響程度“一刀切”的影響，評價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確，更符合實(shí)際情況，從而說明了它是一種切實(shí)有效的地下水質(zhì)量評價(jià)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]翟國靜.灰色關(guān)聯(lián)分析在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué).1996，14（3）：183-187.

[2]Meng Xianlin，Shao Xue， Qi Zhining， et al.Research on gray-weighted correlation method for evaluation of water environment functional[J].Journal of Harbin Institute of Technology.2012，44（4）：67-70.

[3]GB/T14848 -1993.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].國家環(huán)境保護(hù)總局.北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2003.

[4]Shao Xue，Meng Xianlin， Wang Peng.Gray weighted correlation water quality evaluation method used in Songhua river[J].Journal of Harbin University of Commerce（Natural Sciences Edition）.2011，27（6）：810-813.