基于綜合權重的灰色關聯分析法在南木窩河及其支流中的應用

徐東 姚雄麗

【摘 要】以南木窩河及其支流為研究區域，采用綜合平均污染指數法計算南木窩河及其支流的水質污染因子的綜合權重，最后基于灰色關聯分析法計算了每個監測斷面的監測指標與水質標準間的關聯度，進而分析評價了每個監測斷面的水質，以期為南木窩河的水污染防治工作提供依據。

【關鍵詞】水質評價;灰色理論;綜合平均污染指數法;灰色關聯分析法;南木窩河及其支流

1、引言

隨著社會經濟的高速發展及人口數目的不斷增長，我國地表水污染不斷加劇，對水資源安全構成了嚴重的威脅。缺水和水環境污染已經嚴重威脅到了國民經濟的發展和人民正常生活，引起政府和學者的關注，確保水質的健康安全，做好水質評價工作至關重要。

目前，國內外采用的水質評價方法主要包括單因子評價法、綜合污染指數法、主成分分析法、灰色評價法、神經網絡法等[1-8]。朱媛媛等[9]分析評價了上述各種評價方法的優劣，認為在進行水質評級的時候應采用多種評價方法相結合的手段來開展水質評價工作，并以丹江口水源地為例，選用單因子指數評價方法、綜合污染指數評價方法、模糊綜合評判法、主成分分析法、水污染指數法對丹江口水源地7個河流斷面進行水質評價并對比了評價效果。李國華等[10]利用主成分分析和水質標識指數法分析了黃河托克托段的水質類別，基于主成分因子分析和綜合水質標識指數法的水質評價方法不僅可以準確客觀地反映水質特征，同時可對不同斷面水質進行比較。

通過查閱相關文獻，國內開展水質評價研究的區域主要集中為平原河流和沿海城市[11-14]，本文則以云貴高原的南木窩河及其支流為研究區域，采用2018年1～12月南木窩河干流及其支流上的水質監測數據，選用相應評價因子，基于綜合權重的灰色關聯分析法對南木窩河干流及其支流的水質進行評價。

2、研究區域及評價數據介紹

2.1研究區域

南臘河發源于云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣勐伴鎮東部，向南流經勐臘縣城，轉西折北再向西匯入瀾滄江。河長186.8km，落差850m，中國境內流域面積為3911km2。

南木窩河為南臘河左岸支流，位于西雙版納傣族自治州勐臘縣東南部，發源于磨憨鎮南部，向北折西，匯入南臘河。河長57km，落差630m，流域面積660.7km2，多年平均徑流量13.1m3/s，水力資源理論蘊藏量2.69萬kw。

南木窩河流域地貌屬侵蝕低山峽谷，地勢呈東南向西北傾斜，東部與南部大多以分水嶺與老撾交界。東南最高峰董宗堡高程1518.1m，河口高程約698.0m。河源段水系為扇狀分布，縱向河谷以峽谷為主，間有寬谷。兩岸為橡膠林帶，尚勇壩子多植水稻與香蕉。出壩子向北折西，左岸支流上游地處西雙版納國家級自然保護區的尚勇片區。

2.2評價數據

2.2.1監測點布設

為詳細分析南木窩河及其支流水質的空間變化特征，在干流及其支流上選擇6個監測斷面，根據每個監測斷面2018年1～12月的監測結果計算均值，用于南木窩河干流及其支流的水質空間變化研究。每個監測點的具體點位信息見表1，采用的水質標準為GB3838-2002《地表水環境質量標準》，如表2所示。

3、評價方法

3.1綜合權重計算

采用綜合平均污染指數法計算南木窩河及其支流的水質污染因子的綜合權重，同時確定南木窩河及其支流的主要污染因子，計算公式為：

式中：為i評價因子的綜合指數;為j斷面i項污染因子的污染指數;為j斷面i項污染因子的實測值;為i項污染因子的評價標準值;n為監測斷面的個數;為i項污染物的綜合權重。

越大，表示i項污染因子的綜合權重越大，即該污染因子對河流水質污染的貢獻率越大。

3.2灰色關聯分析法

3.2.1采用灰色關聯分析法進行水質評價的原理

灰色關聯分析是通過確定參考數列和若干比較數列的集合形狀相似程度來判斷二者的聯系是否緊密[15-17]，它反映了曲線間的關聯程度。與參考數列關聯度越大的比較數列，其構成的幾何曲線與參考數列構成的曲線越接近，兩者的聯系就越緊密。如在對水庫水質進行評價時，以監測斷面各因子的實測值作為參考數列，以GB3838—2002《地表水環境質量標準》中的各級標準值作為比較數列，求取實測值與各級標準值之間的關聯度，與實測值關聯度最大的標準值所對應的級數即為該監測斷面的水質等級。

3.2.2灰色關聯分析步驟

a、確定參考數列和比較數列。參考數列：比較數列：。

b、數列的歸一化處理。由于各因素間的量綱不同，數量級相差較大，在對它們進行比較分析時，為消除量綱的影響采用初始化方法將數據歸一到[0，1]區間上。在對數列、進行歸一化處理時，會存在兩種相關關系，即正相關和負相關相關關系，對此應采用不同的變換公式[4]。

當、為正相關關系時，對數列中各因素采用如下公式進行變換：

d、評價結果。的最大值表示參考數列i與比較數列的第j級數列關聯性最好。

4、結果與討論

4.1評價結果

在5個評價指標中，溶解氧屬于“效益型”指標，其余指標屬“成本型”指標。利用公式（1）～（8）分別計算南木窩河——匯口，曼邁、南木窩河——磨憨鎮下游等其它監測斷面各污染因子的實測值與GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中相應污染因子的各級標準間的關聯度，計算結果如表4-1所示。

分析表4-1可知，南木窩河及其支流的6個監測段面中，曼崗村、磨憨鎮下游吊橋和景崗村的水質類別為III類，而回繞村、曼納村和曼旦村下游的水質為II類，結合圖1.1-1可知，南窩河支流水質明顯好于干流的水質。

4.2討論

（1）根據每個監測斷面的水質監測指標數值，采用綜合平均污染指數法計算不同斷面污染因子的權重，可以避免人為確定權重的主觀性，直觀反映出不同監測斷面污染因子的貢獻率。

（2）利用灰色關聯分析法計算每個監測斷面污染因子的實測值與水質標準中相應污染因子的各級標準間的關聯度，可以較全面的反映河流的水質情況。

（3）南木窩河及其支流的水質符合II～III類標準，總體上來說，南窩河支流水質明顯好于干流的水質。

參考文獻：

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[9]張亞麗、周揚、程真等.不同水質評價方法在丹江口流域水質評價中應用比較[J].中國環境監測，2015，31（3）：58-61.

[10]王維、紀枚、蘇亞楠;水質評價研究進展及水質評價方法綜述[J].科技情報開發與經濟，2012，22（13）：129-131.

[11]劉琰、鄭丙輝、付青等.水污染指數法在河流水質評價中的應用研究[J].中國環境監測，2013，29（3）：49-55.

作者簡介：

徐東（1992-），男，云南玉溪人，碩士生，研究方向為：水資源系統分析與可持續利用。

（作者單位：1.云南華禹水利水電勘察設計有限公司;2.昆明市水務局）