灰色关联法在岷江流域地表水水质评价中的应用

冯雅

摘 要：灰色关联法是基于灰色系统理论建立起来的可用于河流水质评价的一种简单易行的方法。本文介绍了岷江流域地表水的水质状况和灰色关联法的原理及优点，对岷江流域地表水的十四个监测断面进行了评价。

关键词：灰色关联法;岷江流域;水质评价

1  选题问题及研究方法

水质评价可以为水资源的开发利用提供决策依据，是水环境保护和治理的一项基础性工作。水质评价主要通过选取相应的水质评价因子、水质评价标准以及按照一定的计算方法和评价目标，对水体的污染程度和处理方式作出评定。水质评价是合理保护和开发利用水资源的一项基础工作。环境质量评价结果的可靠程度，一方面，根据检测数据的准确性，另一方面依赖于科学的评价方法，目前有很多水质评价方法，灰色系统评价和人工神经网络方法在水质评价中更加科学、合理。灰色系统评价方法被广泛使用在许多地区，因为它对计算和定性、定量分析的要求低。

在本文中，灰色系统的灰色关联度评价方法用于计算的重量，简单的算术平均法、AHP法和均方误差法用于确定，有强烈的主观性。然而，灰色关联分析方法基于水质评价的灰色和不确定性，多少样品和规则是无限期的，不会出现量化结果与定性分析结果不匹配情况[1]。

2  基于熵权的灰色关联模型

2.1  灰色关联分析

2.1.1  确定分析序列

2.1.2  决策矩阵的构建[2]

，为了消除指标量纲的不同所带来的不可公度性，需要进行无量纲化处理。。所谓效益型指标是指属性值愈大愈好的指标。，、。，是指属性值愈小愈好的指标，。设相对最佳方案的指标为A0j，且满足以下条件，当因素指标为Vj效益型指标时，

2.1.3  求绝对差序列及两极最小差、最大差

2.1.4  计算关联系数

2.2  熵值法确定权重系数

熵值法是在客观条件下，由评价指标值构成的判断矩阵来确定指标权重的一种方法，它尽量消除各因素权重的主观性，使评价结果更符合实际。其计算步骤如下[3、4]：

式中：xmax、xmin分别为同指标下不同方案中最满意者或最不满意者（越小越满意或越大越满意）。

（3）根据熵的定义，m个评价方案n个评价指标，可以确定评价指标的熵为：

2.3  计算关联度

关联度Ei是指被评价方案与标准方案两者互相接近的程度，其值越大表示兩者越接近，从而，可以根据关联度的大小对各方案进行优劣排序，也可以根据标准值的关联度进行分类。Ei可以表示为：

3  实例分析

以岷江流域的李码头、大安街、黄龙溪、永安大街、鱼嘴、河口渡口、凉姜沟、罗波渡、眉山糖厂、岷江大桥、映秀、月波、岳店子、悦来渡口，14个监测点的水质资料为例，把每个监测点的溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODmn）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、石油类（Oils）5项评价指标，依据地表水环境质量标准（GB3838-2002） [5]中水质所受污染的情况，将其分为五类。每个监测断面的水质实测数据和地表水环境质量标准限值见表1、2。

3.1  构建决策矩阵

将表1和表2中数据进行无量纲化处理，根据本例水质评价指标的具体特征，可知第一个评价指标为“效益型”指标，其余4个指标均为成本型指标，选取不同的采用公式（1）进行处理，并与相对最佳方案一起构成增广型判断矩阵X：

3.2  构建关联系数矩阵

根据式（3）建立各方案绝对差序列，并求得每一方案的两级最小差值和最大差值，然后按式（4）计算关联系数，构建关联系数判断矩阵：

3.3  用熵值法计算权重系数

根据式（5）构造归一化判断矩阵B：

由式（6）、（7）、（8）计算可得熵Hj= （3.662，3.825，3.831，3.711，3.911），j=（1，2，…，5）和=（0.191，0.203，0.203，0.194，0.209），j=（1，2，…，5）。

3.4  方案关联度计算

由式（9）可以得到各方案的关联度Ei：

3.5  判断监测断面等级

由计算得到的岷江流域14个监测断面的水质污染关联度值与各污染标准关联度值比较可知：李码头、河口渡口、罗波渡、眉山糖厂、悦来渡口属于Ⅲ级，大安街、永安大街、鱼嘴、凉姜沟、岳店子属于Ⅳ级，黄龙溪、岷江大桥、映秀、月波属于Ⅴ级。由此得出14个监测断面的水质由好到差的排序为：李码头、眉山糖厂、悦来渡口、河口渡口、罗波渡、鱼嘴、岳店子、永安大街、大安街、凉姜沟、月波、映秀、黄龙溪、岷江大桥。

4结果及建议

4.1结果

应用灰色关联法对岷江流域地表水十四个监测断面处的水质数据进行等级评价，结果表明全部监测断面的水质都在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，污染较为严重。因此，污染严重的区间河流，应该着重进行水质的治理，并采取相关措施进行水环境的保护。

4.2建议

4.2.1 树立可持续利用的观念

在水资源开发和利用上，工程水利要向资源水利转变，传统水利要向现代水利和可持续发展水利转变，以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。

4.2.2  防治水污染，建立水资源保护区

要采取综合措施，做好污染治理和生态保护工作。一方面加强水污染防治，遵循“谁造成污染，谁承担责任”的原则，加强水污染防治和执法监督管理，依法按照污水排放标准严格控制，减少污染源;另一方面，建立水资源保护区有效地保护水资源，保护水资源量与水的质量。建立流域统一管理机制。设立崛江上游保护基金，用于发展林业、保持水土、治理污染和山地灾害以及干旱河谷地带综合治理。

4.2.3  清洁生产与污染全过程控制

为了从根本上消除生产中的污染以及用合理的措施来减少甚至消除污染物，不仅需要关注污染物产生后的末端治理，而且应该更加关注污染物的生产控制，即从工业生产的前端和末端进行污染的全方位控制，这就是所谓的清洁生产和污染控制的整个过程。它的基本思想是用生态学的基本法律，从工业生产入手，选择无废工艺或少废工艺，实现最大限度的合理开发和利用资源、能源，使整个生产过程排放污染量最小化，并利用末端处理技术实现废物回收，再生和循环利用。

参考文献

[1] 齐学斌.非稳定流抽水试验参数的迭代算法及计算机模拟[J].水利学报，1995，（5）：67-71，66.

[2] Li Jingsheng ， Derek Elsworth. A modified Gauss Newton meth-od for aquifer parameter identification[J]. Ground Water， 1995，33（4）：662-668.

[3] Sushil，K.Singh.Confined aquifer parameters from temporal de-rivative of drawdowns [J]. Journal of Hydraulic Engineering，2001，127（6）：466-470.

[4] Sushil，K.Singh.Simple method for confined parameter estima-tion[J].Journal of Irrigation and Drainage Engineering， 2000，126（6）：404-407.

[5] 张娟娟，郭建青，韩淑敏，等.基于改进模拟退火算法反演水文地质参数[J].中国农村水利水电，2005，（9）：8-11.