基于多準則統計學方法的珠三角區域地表水水質監測及評價

李婉君，許惠燕，梁建霞，陳文杰

(1.中山市生態環境監控中心，廣東 中山 528400；2.廣州伊創環保科技有限公司，廣東 廣州 510000；3.中山市中能檢測中心有限公司，廣東 中山 528400；4.中山市綠鵬環境科技有限公司，廣東 中山 528400)

目前，多變量統計方法被廣泛應用于水質評價中。多元統計方法可以將所有的水質信息同時包含在計算中，可以從數據集中提取顯著性的推論。結合聚類分析(CA)方法對河流、湖泊和地下水水質進行評價。CA方法基于水質在空間和時間上的相似性，因此可以評估采樣位置和采樣頻率[4]。此外，還使用熵權來衡量CA分析中每個聚類中關鍵參數隨時間變化的重要性，找出導致聚類間差異的關鍵參數。

珠三角是一個充滿活力的經濟區，經濟增長率高，工業、商業和服務活動大，包括許多工業園區和手工業生產設施，廣泛分散在不同規模的地區類型。工業園區和集群的發展與環境上的技術基礎設施條件不同步。許多工業園區和集群尚未投資建立集中廢水處理系統。隨著社會經濟的發展，地表水因接收生活、工業廢水和農業徑流而水質日益下降。生活和工業廢水可能含有生產過程中的有害物質:農藥和化肥的殘留可能存在于徑流和流入地表水中[5]。因此，有必要監測受社會經濟發展活動影響地區的水質。本研究利用珠三角區域58個監測點的數據，應用多元統計分析方法分析水質波動。研究結果可為環境管理部門對有效地表水水質監測系統的審查和重新評價提供有用的信息。

1 材料與方法

1.1 水樣取樣及分析

1.2 數據分析

以58個地點8個采樣周期的每個標準的平均值進行水質特征評價，并以箱線圖形式描述水質參數隨時間的變化。使用SPSS軟件在5%顯著性水平下使用Kolmogorov-Smirnov檢驗正態分布。CA結果以樹狀結構呈現，根據聯動距離將水質相似的采樣地點或采樣時間歸為同一組。連桿距離表示連桿距離與最大距離之商。當連桿距離/最大距離×100 = 60時，認為簇間的鏈接距離具有聚類意義。在聚類分析中，根據采樣頻率對各聚類的水質特征進行加權，采用熵信息法對其重要性進行排序。信息系數越大，熵權越低，對水質的影響越小。因此，熵權可以衡量簇內參數的有序度。水質參數的權重越高，影響越大。反之，參數的加權值越小，影響越不顯著。

2 結果與分析

2.1 珠三角區域地表水水質評價

4—12月的溫度在25.3～35.3 ℃，而不同地點的溫度在28.6～31.4 ℃ 之間波動，58個地點8個月的平均溫度為 30.1 ℃。pH值隨時間和空間變化在5.2～9.0和5.9～7.9之間，58個位點的八個月的中位數為7.1(圖1a)。部分部位pH偏堿性，超過8.5的允許限值，但仍在允許限值9以內。EC和TDS波動較大(圖1c和d)。采樣周期和地點的EC波動范圍分別為15～59200 mS/cm和38～47400 mS/cm，達到58個地點8個月的平均值5390 mS/cm。此外，TDS隨時間和空間的波動分別為8～34300 mg/L和17～26070 mg/L，58個地點8個月的平均TDS為 2820 mg/L。

DO質量濃度隨月份和采樣點波動較大，分別為0.2～10.8 mg/L 和0.6～7.8 mg/L，平均值為 4.6 mg/L，研究區域DO≥6 mg/L 的允許限度。DO在4月和7月波動較大(圖1e)。此外，58個調查點的BOD變化范圍為1.6～48.8 mg/L，采樣月間BOD變化范圍為0～79 mg/L 。雨季月份(5—9月)的生化需氧量比旱季月份波動更大(圖1f)。大多數位置的BOD超過了 4 mg/L 的允許限度。同樣，月間和采樣點間的COD介于8～91 mg/L 和3～139 mg/L 之間，平均值為 17.5 mg/L(圖1g)。TSS具有季節性變化，雨季通常高于旱季，大多數位置的TSS超過允許限度(20 mg/L)。

各位置Fe質量濃度最高為 4.4 mg/L，平均為 1.8 mg/L，所有含鐵樣品均超過 0.5 mg/L 的允許限值。Fe含量在雨季高于旱季(圖1o)。高濃度Cl-集中在廣州市區域，質量濃度超過允許限值 250 mg/L。其余的位置都有Cl-，但濃度在允許的限度內。Cl-的波動趨勢與EC和TDS相似，高Cl-導致高EC和TDS(圖1c和圖1d)。研究區域Pb均在允許限值 0.02 mg/L 范圍內，在整個采樣過程中，所有位置的Cd和As分別在0.005和 0.01 mg/L 的允許限度內(圖1l和圖1n)。

2.2 評價地表面水水質監測的采樣點和采樣頻率

表1 特定聚類中的水質情況

表2 在已識別的聚類中的水質參數的權重

3 結論