基于改進灰色關聯分析法的汾河水質評價

秦聰

摘要：汾河為山西省居民飲用水的主要來源，也是山西水環境的重點保護對象。以汾河9個監測斷面的水質數據為研究對象，利用改進的灰色關聯分析法，對汾河水質進行評價，并將改進的灰色關聯法與傳統灰色關聯法進行對比分析。結果表明，改進的灰色關聯分析法賦予了評價指標關聯度權重，不僅客觀準確，且計算簡單、易于掌握，可為汾河的水環境保護及管理提供可靠依據。

關鍵詞：水質評價;灰色關聯分析法;水環境保護;汾河

中圖法分類號：X824文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.007

汾河是黃河第二大支流，亦是山西境內最大的河流。汾河流經山西省的忻州市、太原市、呂梁市、晉中市、臨汾市、運城市6市的29縣（區），因此該河在山西省飲用水水源供應、農業灌溉等方面具有舉足輕重的作用。目前，國內外水質評價方法主要有單因子評價法、綜合指數評價法、模糊數學評價法、物元分析法、人工神經網絡法和灰色關聯分析法等。景勝元等采用單因子評價法對汾河水質進行了評價。該方法適用于受單一或多種污染物影響明顯的河流，且在所有評價指標中，只要有一項指標相對污染程度較大，則無需考慮剩余因子的污染評價等級，最終評價結果均顯示水質等級較低。雖然該方法計算過程簡單，但結論較為消極，應用于水質評價時不能很好地反映出水體的整體水質。盛夏等基于BP神經網絡分析法對汾河水質進行了評價。該方法結合多個水質指標進行綜合評價，克服了單因子評價法的不足，但計算過程繁復，不易掌握。

本文以9個監測斷面的水質數據為研究對象，采用改進的灰色關聯分析法對汾河水質進行評價。該方法克服了其他方法存在的單一或繁復性等問題，能夠相對客觀、簡便地判別水質類別，為確定汾河水的用途提供了合理、可靠的依據。

1改進的灰色關聯分析法

1.1確定參考序列和比較序列

1.2評價指標歸一化處理

歸一化是將有量綱的表達式，經過變換化為無量綱的表達式，成為標量。改進的灰色關聯分析法采用各級指標及其各級標準除以相應最大值的方法，將各級指標實測數據和各級標準歸一化到[0，1]。

2應用實例分析

水質評價選取汾河的9個監測斷面，以化學需氧量、石油類、氨氮、揮發酚、氰化物、氟化物、鉛、鎘8個指標作為水質評價目標，檢測年均值見表1。本次汾河水質以GB3838-2002《地表水環境質量標準》作為水質評價的標準，各指標標準見表2。

2.1監測成果歸一化處理

用各級指標及其各級標準除以相應最大值，將各級指標實測數據和各級標準進行歸一化。歸一化結果見表3～4。

（3）權重計算。依據式（3）～（5），計算得出各指標在不同監測斷面所對應的權重。以監測斷面1為例，各指標對應Ii（K）值見表7，各指標對應權重值Wi（K）見表8。

（4）關聯系數。依據式（2），以監測斷面l為例，各指標對應關聯系數值見表9。

（5）關聯度。依據式（6），得出各監測斷面的關聯度，見表10。

由表10可知，監測斷面l，4，8的水質級類為II類，監測斷面2，5，6，9的水質類別為III類，監測斷面3，7的水質類別為v類。

3與傳統灰色關聯分析法對比分析

改進灰色關聯分析法與傳統灰色關聯分析法水質評價結果不同，對比結果見表12。從表12可知，采用傳統灰色關聯分析法計算，監測斷面2的水質類別為II類，其余各監測斷面的水質類別為I類。傳統的灰色關聯分析法未根據地下水的特點對關聯度賦予權重，某些水質成分檢測值很小時，權重幾乎為零，導致水質評價不夠客觀全面。改進的灰色關聯分析法賦予了評價指標關聯度權重，克服了傳統灰色關聯分析法的缺陷，結論更為精確。

4結語

依據關聯度最大原則，采用改進的灰色關聯分析法計算得出：監測斷面1，4，8的水質類別為II類;監測斷面2，5，6，9的水質類別為III類;監測斷面3，7的水質類別為v類。采用傳統灰色關聯分析法計算得出：監測斷面2的水質類別為II類，其余監測斷面的水質類別均為I類。相較傳統灰色關聯分析法，改進灰色關聯分析法賦予了關聯度權重，體現了“污染大、權重大”的原則，水質評價更為合理。

本文采用改進的灰色關聯分析法對汾河水質各個指標進行了評價，對各級指標實測數據和各級標準進行了歸一化，避免了人為主觀因素的影響;并且克服了單因子評價法和人工神經網絡法單一性、繁復等不足，安全可靠，簡單易行。