灰色聚类法在闽江沙溪段水环境评价中的应用

[摘要] 该文根据2007年6月闽江沙溪支流中11个典型断面中5个污染因子的监测数据，应用灰色类聚法建立水质模型并进行综合评价。评价结果表明，2007年6月闽江沙溪段河流水质状况总体尚可。相比之下，溪后村后、蒋家村、水浮莲地断面水质状况相对较差，起始断面安曹下、果园地、水稻田、溪后村前断面水质相对较好。

[关键词] 灰色聚类法 闽江 水质评价

0 前言

闽江是福建省第一大河流，其水质的优劣对流域周围居民的日常生活和工农业的发展都有重大关系，运用科学方法对闽江水质进行评价，对于闽江流域的水资源保护具有重要的现实意义。目前，综合污染指数评价法、模糊综合评价法已被广泛运用在环境质量综合评价中，灰色系统理论中的灰色关联度分析法、灰色聚类分析法、灰色局势决策法等也屡次成功地运用于环境质量综合评价[1]。根据水体污染状况的实际，水质现状除了具有一定的随机性和模糊性的特点外，还具有系统的灰色性[2]。本文尝试使用灰色系统理论中的灰色类聚法对2007年闽江在沙溪段的11个断面水质数据进行分析，能够客观反映该区域水环境的污染现状，为相关部门的科学决策提供科学的依据。

1 数据与分析方法

1.1 数据来源

根据福建省亚热带资源与环境重点实验室2007年6月对闽江流域沙溪段流经南平市王台镇的支流设置11个水质断面进行监测，得到监测数据，具体见表1[3]。

1.2 水质评价方法

运用灰色聚类法对闽江沙溪段水质现状进行综合评价。

1.3 主要评价步骤

把各个监测点作为聚类样本，用n表示；把各个污染指标作为聚类指标，用m表示；把水质类别作为聚类灰数（灰类），用k表示。按照灰色聚类计算的一般步骤[ 2，5 ]，即：给出对象的样本值 、确定各灰类白化函数 、计算聚类权 、确定聚类系数 、构造聚类向量、最后判断聚类，依次进行选取、计算。

表1 2007年6月闽江沙溪段支流水质监测数据（单位：mg/L）

地点 TN TP NH3—N CODMn DO

1#安曹下 0.87 0.12 0.19 3.09 5.8

2#果园地 1.13 0.14 0.87 1.61 6

3#水稻田 1.27 0.16 0.54 2.34 6

4#溪后村前 1.1 0.13 0.24 2.11 5.9

5#溪后村后 1.62 0.21 0.96 4.66 3.9

6#水头桥 1.17 0.12 0.23 3.43 5.2

7#井窠水库 1.27 0.15 0.49 2.25 4.8

8#王台桥 1.29 0.14 0.17 1.95 4.7

9#水浮莲地 1.47 0.2 0.19 2.12 3.6

10#蒋家村 1.64 0.24 0.96 2.47 4.2

11#沙溪大坝 1.32 0.14 0.34 2.36 5.1

2 评价结果与分析

2.1 评价样本及标准

评价因子是按照流域内水环境危险较大、影响较密切的污染物作为评价因子，结合在闽江沙溪段水质现状调查的监测指标，选取TN、TP、NH3—N、CODMn、DO作为评价指标[4]。评价标准采用《地面水环境质量标准》（GB 3838—2002），根据水质标准中的Ⅰ～Ⅴ类相应的设置灰色类别。可知，聚类样本数n=11（n=l，2，. . .，11），即n个环境监测点位；聚类指标数m=5（m=1，2，. . .，5） ，即m个环境监测指标；灰类别数p=5（k=1，2，. . .，5） ，即P个环境质量等级。

2.2 白化函数的建立与推求

分别建立5项评价指标的白化函数关系式，并按照表1所给出的闽江沙溪段支流各监测点各指标的监测数据代入后求得白化函数值，具体得出的白化数值见表2。

* 基金项目：教育部人文社会科学项目（08JA790019），通讯作者：张江山，E—mail：。

表2 闽江沙溪段各点位、各指标白化函数值 （单位：mg/L）

监测点位 TN TP NH3—N CODMn DO

1#安曹下 Ⅰ类 0 0 0.89 0.455 0

Ⅱ类 0.26 0.8 0.11 0.545 0.8

Ⅲ类 0.74 0.2 0 0 0.2

Ⅳ类 0 0 0 0 0

Ⅴ类 0 0 0 0 0

2#果园地 Ⅰ类 0 0 0 1 0

Ⅱ类 0 0.6 0.26 0 1

Ⅲ类 0.74 0.4 0.74 0 0

Ⅳ类 0.26 0 0 0 0

Ⅴ类 0 0 0 0 0

3#水稻田 Ⅰ类 0 0 0 0.83 0

Ⅱ类 0 0.4 0.92 0.17 1

Ⅲ类 0.46 0.6 0.08 0 0

Ⅳ类 0.54 0 0 0 0

Ⅴ类 0 0 0 0 0

4#溪后村前 Ⅰ类 0 0 0.74 0.945 0

Ⅱ类 0 0.7 0.26 0.055 0.9

Ⅲ类 0.8 0.3 0 0 0.1

Ⅳ类 0.2 0 0 0 0

Ⅴ类 0 0 0 0 0

5#溪后村后 Ⅰ类 0 0 0 0 0

Ⅱ类 0 0 0.08 0.67 0

Ⅲ类 0 0.9 0.92 0.33 0.55

Ⅳ类 0.76 0.1 0 0 0.45

Ⅴ类 0.24 0 0 0 0

6#水头桥 Ⅰ类 0 0 0.77 0.285 0

Ⅱ类 0 0.8 0.23 0.715 0.2

Ⅲ类 0.66 0.2 0 0 0.8

Ⅳ类 0.34 0 0 0 0