灰色聚類法在窩水庫水質(zhì)評價中的應(yīng)用

灰色聚類法在窩水庫水質(zhì)評價中的應(yīng)用

1錯誤儲水池的基本情況1.1遼寧深港水庫流域1973年，原富源水庫建成。這是遼寧省的大型水庫之一。位于遼陽縣、燈塔縣和拱昌嶺區(qū)交界處，距市區(qū)40公里，庫區(qū)面積55334公頃。水庫下游是遼闊的渾太沖積平原,有大片肥沃的農(nóng)田和星羅棋布的村莊,是遼寧省主要產(chǎn)糧基地之一。水庫控制流域面積6175km2,占整個流域面積的44.5%,是流域內(nèi)主要的控制性工程。本次對葠窩水庫評價的目的主要是準(zhǔn)確的反映目前的水體質(zhì)量和污染狀況,弄清水體質(zhì)量變化發(fā)展的規(guī)律,找出流域的主要污染問題,為水污染治理、水功能區(qū)劃以及水環(huán)境管理提供依據(jù)。1.2窩水庫水質(zhì)聚類計算采用灰色聚類法對葠窩水庫進(jìn)行綜合評價?；疑垲惙?把各個監(jiān)測點(diǎn)作為聚類樣本,用n表示;把各個污染指標(biāo)作為聚類指標(biāo),用m表示;把水質(zhì)類別作為聚類灰數(shù),用k表示。按照灰色聚類計算的一般步驟,即:給出對象的樣本值、確定各灰色白化函數(shù)、計算聚類權(quán)、確定聚類系數(shù)、構(gòu)造聚類向量、最后判斷聚類,依次進(jìn)行選取、計算。葠窩水庫的監(jiān)測斷面選取的是1999年堤前監(jiān)測斷面、攔河監(jiān)測斷面、細(xì)河監(jiān)測斷面、庫中心監(jiān)測斷面、藍(lán)家崴子監(jiān)測斷面、胡巴什監(jiān)測斷面。水質(zhì)監(jiān)測成果表見表1。1.3主要污染物的變化趨勢分析由表1葠窩水庫各監(jiān)測斷面不同水期污染物變化可看出:1.3.1氨氮、硝酸鹽和cod的變化規(guī)律1)枯水期總氮量變化趨勢除2000年偏高外,其他年份平穩(wěn),勿過大增加或減少,其中庫中心斷面1996年比同期2000年還要高,胡巴什斷面1995年最高。2)氨氮變化趨勢為穩(wěn)定。4)硝酸氮變化1997年高于其他各年,但增幅不大。5)COD的變化趨勢很明顯,1999年明顯高于其他年,其余年份變化不大。6)BOD5的變化除1995年胡巴什斷面略高外,其余增幅不大。1.3.2污染情況對cod的影響1)豐水期總氮變化趨勢平穩(wěn),無過大增加或減少。2)氨氮,亞硝酸單核硝酸氮均變化平穩(wěn)。3)COD同枯水期一樣,仍然是1999年顯著高于其他年份,分析原音可能使出于監(jiān)測誤差,或是該年COD污染確實(shí)嚴(yán)重。4)BOD5濃度變化不大,當(dāng)然1995年是個列外,其值明顯高于其他年份,分析原因可能是出于監(jiān)測誤差,或是該年COD污染確實(shí)嚴(yán)重;這也許是出于監(jiān)測誤差。1.3.3亞硝酸和庫中心斷面1)平水期總氮各年變化不大,都在3.0mg/L左右浮動。2)氨氮變化同亞硝酸氨一樣,無明顯漲落。3)亞硝酸按變化趨勢也是比較平穩(wěn),除個別年份個別斷面略高外,其余呈平穩(wěn)變化趨勢,COD變化總體上是1998年高,但也有列外,如壩前斷面1996年最高,1998年反而最低。4)庫中心斷面也是同樣情況。5)BOD5總體上呈下降趨勢,這在眾多污染物紛紛逐年增高的趨勢中顯得難能可貴。2確定水質(zhì)質(zhì)量級別灰色聚類的目的是根據(jù)聚類系數(shù)的大小來判斷樣本所屬類別。聚類方法是將每個樣本對各個灰類的聚類系數(shù)組成聚類行向量,在行向量中聚類系數(shù)最大者所對應(yīng)的灰類即為該樣本所屬類別。然后將各個樣本同屬的灰類進(jìn)行歸納,便得灰色聚類的結(jié)果。視水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級別類(GB3838—2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)為h個灰類,將某水域或水質(zhì)測點(diǎn)各觀測水質(zhì)因子當(dāng)做樣本進(jìn)行灰色聚類分析,則某測點(diǎn)各水質(zhì)因子的綜合聚類系數(shù)最大者對應(yīng)的灰類即為該測點(diǎn)的水質(zhì)質(zhì)量級別。按照國家地表水環(huán)境監(jiān)測布點(diǎn)的有關(guān)規(guī)定,葠窩水庫按照監(jiān)測要求設(shè)置斷面,庫區(qū)目前共設(shè)6個監(jiān)測斷面,包括壩前、蘭河、細(xì)河、庫中心、藍(lán)家崴子、胡巴什等斷面。根據(jù)實(shí)測資料及評價標(biāo)準(zhǔn),選用評價參數(shù)為:總氮、總磷、溶解氧、COD.、BOD5、氨氮等、氰化物、揮發(fā)氛、六價鉻、鎘、鉛、銅等12項(xiàng)。2.1聚類結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化在灰色聚類中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理就是對水質(zhì)聚類樣本各個指標(biāo)的白化值Cki和灰類進(jìn)行無量綱化處理,以便對各樣本指標(biāo)進(jìn)行綜合分析使聚類結(jié)果具有可比性。樣本指標(biāo)白化值的標(biāo)準(zhǔn)化的處理,這樣既可以達(dá)到無量綱化的目的,又可以反映污染物的相對污染狀況,計算公式為:式中:dki為第k個樣本第i個指標(biāo)的實(shí)測值;C0i為第i個指標(biāo)的參考標(biāo)準(zhǔn)。其值一般視聚類對象所在水域的環(huán)境目標(biāo)而定。利用該式將1999年葠窩水庫各水期的各個污染指標(biāo)以II級水質(zhì)作為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無量綱化處理,結(jié)果見表2。2.2灰類供給側(cè)c0i的灰類分析灰類的標(biāo)準(zhǔn)化處理是建立白化函數(shù)的必要條件。為便于原始白化數(shù)與灰類之間的比較分析,仍用C0i進(jìn)行灰類的無量綱化,公式為:式中:rij為第i個指標(biāo)第j個灰類值Sij的標(biāo)準(zhǔn)化處理值;Sij為灰類值。以II級水質(zhì)為參考標(biāo)準(zhǔn),利用該式對5個灰類進(jìn)行無量綱化處理,結(jié)果見表3。2.3聚類分析與水質(zhì)分析2.3.1灰色聚類親疏關(guān)系白化函數(shù)是灰色聚類的基礎(chǔ),是計算聚類系數(shù)的基本依據(jù),它可反映聚類指標(biāo)對灰色聚類的親疏關(guān)系。通過計算,以算出壩前、壩中心斷面的白化值為例,計算結(jié)果見表4。2.3.2污染物對灰類權(quán)重的計算聚類權(quán)是各指標(biāo)對某一灰類的權(quán)重,第i個指標(biāo)j個灰類的權(quán)重值wij,wij=rij/∑rijiue786(1,2………,n),計算各污染物分別對5個水質(zhì)級別灰類的權(quán)重,見表8。2.3.3壩前胡巴什和藍(lán)家污水字聚類系數(shù)聚類系數(shù)用于反映聚類樣本對灰類的親疏程度,可用灰數(shù)白化函數(shù)的生成而得到。第k個樣本關(guān)于第j個灰類的聚類系數(shù),計算公式為:從表9可以看出枯水期斷面壩前,胡巴什的五個聚類系數(shù)中,分別對灰類Ⅴ的聚類系數(shù)最大,即壩前,胡巴什的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅴ級。蘭河,庫中心的聚類系數(shù)對灰類Ⅲ的聚類系數(shù)大,蘭河,胡巴什的水量質(zhì)量為Ⅲ級。細(xì)河,藍(lán)家崴字的聚類系數(shù)對灰類Ⅱ的聚類系數(shù)大,細(xì)河,藍(lán)家崴子的水量質(zhì)量為Ⅱ級。同理,豐水期壩前,蘭河,細(xì)河,庫中心,藍(lán)家崴子的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅲ級,胡巴什的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅴ級。3提高水質(zhì)、水質(zhì)質(zhì)量綜上,壩前,蘭河,細(xì)河,庫中心,藍(lán)家崴子,胡巴什6個斷面的水質(zhì)質(zhì)量級別見表10。各斷面水質(zhì)一般,以細(xì)河,藍(lán)家崴子的水質(zhì)質(zhì)量為各斷面中的最好,但其水質(zhì)質(zhì)量仍然沒有達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn),胡巴什斷面水質(zhì)質(zhì)量最差。用灰