基于综合权重的灰色关联分析法在南木窝河及其支流中的应用

徐东 姚雄丽

【摘 要】以南木窝河及其支流为研究区域，采用综合平均污染指数法计算南木窝河及其支流的水质污染因子的综合权重，最后基于灰色关联分析法计算了每个监测断面的监测指标与水质标准间的关联度，进而分析评价了每个监测断面的水质，以期为南木窝河的水污染防治工作提供依据。

【关键词】水质评价;灰色理论;综合平均污染指数法;灰色关联分析法;南木窝河及其支流

1、引言

随着社会经济的高速发展及人口数目的不断增长，我国地表水污染不断加剧，对水资源安全构成了严重的威胁。缺水和水环境污染已经严重威胁到了国民经济的发展和人民正常生活，引起政府和学者的关注，确保水质的健康安全，做好水质评价工作至关重要。

目前，国内外采用的水质评价方法主要包括单因子评价法、综合污染指数法、主成分分析法、灰色评价法、神经网络法等[1-8]。朱媛媛等[9]分析评价了上述各种评价方法的优劣，认为在进行水质评级的时候应采用多种评价方法相结合的手段来开展水质评价工作，并以丹江口水源地为例，选用单因子指数评价方法、综合污染指数评价方法、模糊综合评判法、主成分分析法、水污染指数法对丹江口水源地7个河流断面进行水质评价并对比了评价效果。李国华等[10]利用主成分分析和水质标识指数法分析了黄河托克托段的水质类别，基于主成分因子分析和综合水质标识指数法的水质评价方法不仅可以准确客观地反映水质特征，同时可对不同断面水质进行比较。

通过查阅相关文献，国内开展水质评价研究的区域主要集中为平原河流和沿海城市[11-14]，本文則以云贵高原的南木窝河及其支流为研究区域，采用2018年1～12月南木窝河干流及其支流上的水质监测数据，选用相应评价因子，基于综合权重的灰色关联分析法对南木窝河干流及其支流的水质进行评价。

2、研究区域及评价数据介绍

2.1研究区域

南腊河发源于云南省西双版纳傣族自治州勐腊县勐伴镇东部，向南流经勐腊县城，转西折北再向西汇入澜沧江。河长186.8km，落差850m，中国境内流域面积为3911km2。

南木窝河为南腊河左岸支流，位于西双版纳傣族自治州勐腊县东南部，发源于磨憨镇南部，向北折西，汇入南腊河。河长57km，落差630m，流域面积660.7km2，多年平均径流量13.1m3/s，水力资源理论蕴藏量2.69万kw。

南木窝河流域地貌属侵蚀低山峡谷，地势呈东南向西北倾斜，东部与南部大多以分水岭与老挝交界。东南最高峰董宗堡高程1518.1m，河口高程约698.0m。河源段水系为扇状分布，纵向河谷以峡谷为主，间有宽谷。两岸为橡胶林带，尚勇坝子多植水稻与香蕉。出坝子向北折西，左岸支流上游地处西双版纳国家级自然保护区的尚勇片区。

2.2评价数据

2.2.1监测点布设

为详细分析南木窝河及其支流水质的空间变化特征，在干流及其支流上选择6个监测断面，根据每个监测断面2018年1～12月的监测结果计算均值，用于南木窝河干流及其支流的水质空间变化研究。每个监测点的具体点位信息见表1，采用的水质标准为GB3838-2002《地表水环境质量标准》，如表2所示。

3、评价方法

3.1综合权重计算

采用综合平均污染指数法计算南木窝河及其支流的水质污染因子的综合权重，同时确定南木窝河及其支流的主要污染因子，计算公式为：

式中：为i评价因子的综合指数;为j断面i项污染因子的污染指数;为j断面i项污染因子的实测值;为i项污染因子的评价标准值;n为监测断面的个数;为i项污染物的综合权重。

越大，表示i项污染因子的综合权重越大，即该污染因子对河流水质污染的贡献率越大。

3.2灰色关联分析法

3.2.1采用灰色关联分析法进行水质评价的原理

灰色关联分析是通过确定参考数列和若干比较数列的集合形状相似程度来判断二者的联系是否紧密[15-17]，它反映了曲线间的关联程度。与参考数列关联度越大的比较数列，其构成的几何曲线与参考数列构成的曲线越接近，两者的联系就越紧密。如在对水库水质进行评价时，以监测断面各因子的实测值作为参考数列，以GB3838—2002《地表水环境质量标准》中的各级标准值作为比较数列，求取实测值与各级标准值之间的关联度，与实测值关联度最大的标准值所对应的级数即为该监测断面的水质等级。

3.2.2灰色关联分析步骤

a、确定参考数列和比较数列。参考数列：比较数列：。

b、数列的归一化处理。由于各因素间的量纲不同，数量级相差较大，在对它们进行比较分析时，为消除量纲的影响采用初始化方法将数据归一到[0，1]区间上。在对数列、进行归一化处理时，会存在两种相关关系，即正相关和负相关相关关系，对此应采用不同的变换公式[4]。

当、为正相关关系时，对数列中各因素采用如下公式进行变换：

d、评价结果。的最大值表示参考数列i与比较数列的第j级数列关联性最好。

4、结果与讨论

4.1评价结果

在5个评价指标中，溶解氧属于“效益型”指标，其余指标属“成本型”指标。利用公式（1）～（8）分别计算南木窝河——汇口，曼迈、南木窝河——磨憨镇下游等其它监测断面各污染因子的实测值与GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中相应污染因子的各级标准间的关联度，计算结果如表4-1所示。

分析表4-1可知，南木窝河及其支流的6个监测段面中，曼岗村、磨憨镇下游吊桥和景岗村的水质类别为III类，而回绕村、曼纳村和曼旦村下游的水质为II类，结合图1.1-1可知，南窝河支流水质明显好于干流的水质。

4.2讨论

（1）根据每个监测断面的水质监测指标数值，采用综合平均污染指数法计算不同断面污染因子的权重，可以避免人为确定权重的主观性，直观反映出不同监测断面污染因子的贡献率。

（2）利用灰色关联分析法计算每个监测断面污染因子的实测值与水质标准中相应污染因子的各级标准间的关联度，可以较全面的反映河流的水质情况。

（3）南木窝河及其支流的水质符合II～III类标准，总体上来说，南窝河支流水质明显好于干流的水质。

参考文献：

[1]代志会，杨默.滨海城市饮用水水源水质评价方法筛选[J].建筑与预算，2020，（3）：54-59.

[2]张亚丽、周扬、程真等.不同水质评价方法在丹江口流域水质评价中应用比较[J].中国环境监测，2015，31（3）：58-61.

[3]龐振凌，常红军，李玉英，等.层次分析法对南水北调中线水源区的水质评价[J].生态学报，2008，28（4）：1810-1819.

[4]黄海东，张克峰.小城镇水源、水质评价方法选择方案探讨[J].水利科技与经济，2010，16（7）：736-738.

[5]周燕，王里奥.模糊神经网络在重庆市饮用水原水水质评价中的应用[J].三峡环境与生态，2010，3（1）：33-35.

[6]朱利霞，贺玉晓，宋小红.改进的灰色关联度分析法在饮用地下水水质评价中的应用[J].黑龙江水专学报，2009，36（2）：79-81.

[7]朱媛媛，田进军，李红亮等.丹江口水库水质评价及水污染特征[J].农业环境科学学报，2016，35（1）：139-147.

[8]李国华、李畅游、史小红等.基于主成分分析及水质标识指数法的黄河托克托段水质评价[J].水土保持通报，2018，38（6）：310-324.

[9]张亚丽、周扬、程真等.不同水质评价方法在丹江口流域水质评价中应用比较[J].中国环境监测，2015，31（3）：58-61.

[10]王维、纪枚、苏亚楠;水质评价研究进展及水质评价方法综述[J].科技情报开发与经济，2012，22（13）：129-131.

[11]刘琰、郑丙辉、付青等.水污染指数法在河流水质评价中的应用研究[J].中国环境监测，2013，29（3）：49-55.

作者简介：

徐东（1992-），男，云南玉溪人，硕士生，研究方向为：水资源系统分析与可持续利用。

（作者单位：1.云南华禹水利水电勘察设计有限公司;2.昆明市水务局）