湖泊水質(zhì)評(píng)價(jià)模型研究

韓露+任霞+朱祥振+方波+李瑞雪

摘 要 水資源是人類日常生活中必不可少的，人們的大部分淡水資源來源于湖泊，對(duì)湖泊水的合理評(píng)價(jià)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文主要基于、氨氮、、和五類指標(biāo)，結(jié)合單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤模型對(duì)湖泊水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。能夠?yàn)檎扇〈胧┨峁┖侠硪庖姟?/p>

關(guān)鍵詞 胡泊水質(zhì);模型;研究

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水資源之一，同時(shí)也是一種易為人們直接利用的自然資源。隨著湖泊流域和周邊地區(qū)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，導(dǎo)致進(jìn)入湖泊、、等污染物增加，致使水質(zhì)惡化。在改善湖泊的水質(zhì)之前，需對(duì)水質(zhì)進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，才能采取相應(yīng)的措施。單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤都是良好的評(píng)價(jià)模型，但各有利弊。本文對(duì)這4個(gè)模型進(jìn)行研究，以便綜合運(yùn)用，得到更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 單因子指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法是的一種常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，是將評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定各個(gè)評(píng)價(jià)因子的水質(zhì)類別，選取水質(zhì)最差類別作為水體的綜合水質(zhì)類別。即用水體各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果對(duì)照該項(xiàng)目的分類標(biāo)準(zhǔn)，確定其水質(zhì)級(jí)別，在所有項(xiàng)目的水質(zhì)級(jí)別中選取水質(zhì)最差類別作為水體的水質(zhì)類別。

單因子污染指數(shù)表示、氨氮、、、，5個(gè)污染物對(duì)水質(zhì)的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中為第類污染物的污染指數(shù)，為第類污染物的測(cè)定值，為第類污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)，表示水體未被第類污染物污染;，表示水體被污染，具體數(shù)值可表示其超標(biāo)程度。

計(jì)算出各污染物的污染指數(shù)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（）的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定各污染物的水質(zhì)級(jí)別，選取最低水質(zhì)級(jí)別作為綜合水質(zhì)級(jí)別。

2 層次分析對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

層次分析法用來考慮因素較多的決策問題，尤其當(dāng)各個(gè)因素的重要性、影響力、或者優(yōu)先程度難以量化的時(shí)候，層次分析法提供了一個(gè)科學(xué)的決策方法。下面利用層次分析法來確定湖泊水質(zhì)相應(yīng)的污染程度。步驟如下。

1）建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為5類。通過對(duì)不同湖泊的水質(zhì)選擇并結(jié)合已有的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取了以下5個(gè)主要因素、氨氮、、、。從而加利層次結(jié)構(gòu)如下：

2）構(gòu)造判斷矩陣。

根據(jù)5類水質(zhì)的污染程度，分別確定它們之間的相對(duì)關(guān)系，以及各因素之間的影響，建立6個(gè)的判斷矩陣。

3）特征值與特征向量。

利用得到各矩陣的特征值，從而確定各環(huán)境因子重要性的權(quán)重。

最后根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)權(quán)重原則來確定相應(yīng)污染程度。

4）一致性檢驗(yàn)。

對(duì)上述步驟中的計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

①計(jì)算一致性指標(biāo)，;

②查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，;

③計(jì)算一致性比例，。

當(dāng)時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度原則把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)[1]，即綜合隸屬度。依據(jù)公式，按隸屬度最大原則作出判斷。

1）建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。

根據(jù)上文所選取的影響因素以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。該矩陣反映評(píng)價(jià)因子對(duì)各級(jí)水隸屬度的一種轉(zhuǎn)化關(guān)系。采用降半梯形分布，得到一元線性隸屬度函數(shù)為：

其中，表示相鄰兩級(jí)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值，表示某因素的實(shí)際值。

根據(jù)上式得到各級(jí)評(píng)價(jià)因素的隸屬度向量，

然后將各單因子評(píng)價(jià)集的隸屬度行組成隸屬度綜合評(píng)價(jià)矩陣。

2）建立評(píng)價(jià)因子的權(quán)重矩陣。

由于權(quán)重是衡量各因素對(duì)水質(zhì)污染程度影響相對(duì)大小的量，權(quán)重越大，則該因素對(duì)水質(zhì)的影響也越大。因此根據(jù)不同指標(biāo)的要求，對(duì)每個(gè)因子賦予不同的權(quán)重。該權(quán)重的確立比較主觀。

3）水質(zhì)評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式可得到綜合隸屬度，從而確定該水質(zhì)的類型，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 投影尋蹤對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

投影尋蹤是一種用以分析處理高維觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法，是將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，尋找能反映原高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征的投影，來研究高維數(shù)據(jù)。

1）樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

設(shè)水質(zhì)指標(biāo)值樣本集合為，其中表示第個(gè)樣本的第個(gè)指標(biāo)值，，分別為樣本個(gè)數(shù)和指標(biāo)個(gè)數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，各指標(biāo)值越大，污染越嚴(yán)重，采用正向指標(biāo)公式：

式中，為第個(gè)指標(biāo)值的最小值和最大值，為指標(biāo)特征值得歸一化序列。

2）構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。

設(shè)為投影方向向量，樣本在該方向上投影的特征值的表達(dá)式為

投影指標(biāo)函數(shù)可表達(dá)為：

為投影值標(biāo)準(zhǔn)差，為投影值局部密度。

要求投影值其散布特征為：局部投影點(diǎn)盡可能的密集，最好形成一個(gè)團(tuán)，在整體上的投影點(diǎn)團(tuán)之間應(yīng)盡可能散開[2-4]。

3）優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

4）進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

得到近似最佳投影方向后，計(jì)算待評(píng)價(jià)樣本的投影值，兩點(diǎn)投影值越接近越好?？蓪?duì)不同水質(zhì)樣本進(jìn)行優(yōu)劣排序。

5 總結(jié)

單因子評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)單直觀，能清晰反映出主要污染指標(biāo)，不能準(zhǔn)確反映水質(zhì)的整體狀況，只能用最差的單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)等級(jí)作為綜合水質(zhì)等級(jí)，缺少全面性和科學(xué)性。層次分析法雖能對(duì)水質(zhì)的整體狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，但權(quán)重的確定缺少客觀性。模糊綜合評(píng)價(jià)法綜合考慮了各指標(biāo)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，但計(jì)算較復(fù)雜。投影尋蹤法避免了權(quán)重確定的隨意性，能較好的從整體上對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。我們應(yīng)綜合運(yùn)用各種方法，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，得到更加準(zhǔn)確的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，以便采取合理保護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]陶濤，孫世群，姜棟棟，等.模糊綜合評(píng)價(jià)在巢湖水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010，35（12）：177-180.

[2]付強(qiáng).投影尋蹤模型及其在水文水資源系統(tǒng)分析中的應(yīng)用[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2008，35（4）：80-85.

[3]張磊.我國(guó)建筑可持續(xù)發(fā)展水平評(píng)價(jià)分析—基于投影尋蹤原理[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2011（11）：105-107.

[4]楊再強(qiáng)，張婷華，黃海靜，等.北方地區(qū)日光溫室氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（3）：342-349.

作者簡(jiǎn)介

韓露，江蘇連云港人，徐州工程學(xué)院學(xué)生，主要從事水污染研究。endprint

摘 要 水資源是人類日常生活中必不可少的，人們的大部分淡水資源來源于湖泊，對(duì)湖泊水的合理評(píng)價(jià)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文主要基于、氨氮、、和五類指標(biāo)，結(jié)合單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤模型對(duì)湖泊水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。能夠?yàn)檎扇〈胧┨峁┖侠硪庖姟?/p>

關(guān)鍵詞 胡泊水質(zhì);模型;研究

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水資源之一，同時(shí)也是一種易為人們直接利用的自然資源。隨著湖泊流域和周邊地區(qū)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，導(dǎo)致進(jìn)入湖泊、、等污染物增加，致使水質(zhì)惡化。在改善湖泊的水質(zhì)之前，需對(duì)水質(zhì)進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，才能采取相應(yīng)的措施。單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤都是良好的評(píng)價(jià)模型，但各有利弊。本文對(duì)這4個(gè)模型進(jìn)行研究，以便綜合運(yùn)用，得到更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 單因子指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法是的一種常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，是將評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定各個(gè)評(píng)價(jià)因子的水質(zhì)類別，選取水質(zhì)最差類別作為水體的綜合水質(zhì)類別。即用水體各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果對(duì)照該項(xiàng)目的分類標(biāo)準(zhǔn)，確定其水質(zhì)級(jí)別，在所有項(xiàng)目的水質(zhì)級(jí)別中選取水質(zhì)最差類別作為水體的水質(zhì)類別。

單因子污染指數(shù)表示、氨氮、、、，5個(gè)污染物對(duì)水質(zhì)的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中為第類污染物的污染指數(shù)，為第類污染物的測(cè)定值，為第類污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)，表示水體未被第類污染物污染;，表示水體被污染，具體數(shù)值可表示其超標(biāo)程度。

計(jì)算出各污染物的污染指數(shù)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（）的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定各污染物的水質(zhì)級(jí)別，選取最低水質(zhì)級(jí)別作為綜合水質(zhì)級(jí)別。

2 層次分析對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

層次分析法用來考慮因素較多的決策問題，尤其當(dāng)各個(gè)因素的重要性、影響力、或者優(yōu)先程度難以量化的時(shí)候，層次分析法提供了一個(gè)科學(xué)的決策方法。下面利用層次分析法來確定湖泊水質(zhì)相應(yīng)的污染程度。步驟如下。

1）建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為5類。通過對(duì)不同湖泊的水質(zhì)選擇并結(jié)合已有的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取了以下5個(gè)主要因素、氨氮、、、。從而加利層次結(jié)構(gòu)如下：

2）構(gòu)造判斷矩陣。

根據(jù)5類水質(zhì)的污染程度，分別確定它們之間的相對(duì)關(guān)系，以及各因素之間的影響，建立6個(gè)的判斷矩陣。

3）特征值與特征向量。

利用得到各矩陣的特征值，從而確定各環(huán)境因子重要性的權(quán)重。

最后根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)權(quán)重原則來確定相應(yīng)污染程度。

4）一致性檢驗(yàn)。

對(duì)上述步驟中的計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

①計(jì)算一致性指標(biāo)，;

②查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，;

③計(jì)算一致性比例，。

當(dāng)時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度原則把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)[1]，即綜合隸屬度。依據(jù)公式，按隸屬度最大原則作出判斷。

1）建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。

根據(jù)上文所選取的影響因素以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。該矩陣反映評(píng)價(jià)因子對(duì)各級(jí)水隸屬度的一種轉(zhuǎn)化關(guān)系。采用降半梯形分布，得到一元線性隸屬度函數(shù)為：

其中，表示相鄰兩級(jí)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值，表示某因素的實(shí)際值。

根據(jù)上式得到各級(jí)評(píng)價(jià)因素的隸屬度向量，

然后將各單因子評(píng)價(jià)集的隸屬度行組成隸屬度綜合評(píng)價(jià)矩陣。

2）建立評(píng)價(jià)因子的權(quán)重矩陣。

由于權(quán)重是衡量各因素對(duì)水質(zhì)污染程度影響相對(duì)大小的量，權(quán)重越大，則該因素對(duì)水質(zhì)的影響也越大。因此根據(jù)不同指標(biāo)的要求，對(duì)每個(gè)因子賦予不同的權(quán)重。該權(quán)重的確立比較主觀。

3）水質(zhì)評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式可得到綜合隸屬度，從而確定該水質(zhì)的類型，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 投影尋蹤對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

投影尋蹤是一種用以分析處理高維觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法，是將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，尋找能反映原高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征的投影，來研究高維數(shù)據(jù)。

1）樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

設(shè)水質(zhì)指標(biāo)值樣本集合為，其中表示第個(gè)樣本的第個(gè)指標(biāo)值，，分別為樣本個(gè)數(shù)和指標(biāo)個(gè)數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，各指標(biāo)值越大，污染越嚴(yán)重，采用正向指標(biāo)公式：

式中，為第個(gè)指標(biāo)值的最小值和最大值，為指標(biāo)特征值得歸一化序列。

2）構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。

設(shè)為投影方向向量，樣本在該方向上投影的特征值的表達(dá)式為

投影指標(biāo)函數(shù)可表達(dá)為：

為投影值標(biāo)準(zhǔn)差，為投影值局部密度。

要求投影值其散布特征為：局部投影點(diǎn)盡可能的密集，最好形成一個(gè)團(tuán)，在整體上的投影點(diǎn)團(tuán)之間應(yīng)盡可能散開[2-4]。

3）優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

4）進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

得到近似最佳投影方向后，計(jì)算待評(píng)價(jià)樣本的投影值，兩點(diǎn)投影值越接近越好?？蓪?duì)不同水質(zhì)樣本進(jìn)行優(yōu)劣排序。

5 總結(jié)

單因子評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)單直觀，能清晰反映出主要污染指標(biāo)，不能準(zhǔn)確反映水質(zhì)的整體狀況，只能用最差的單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)等級(jí)作為綜合水質(zhì)等級(jí)，缺少全面性和科學(xué)性。層次分析法雖能對(duì)水質(zhì)的整體狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，但權(quán)重的確定缺少客觀性。模糊綜合評(píng)價(jià)法綜合考慮了各指標(biāo)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，但計(jì)算較復(fù)雜。投影尋蹤法避免了權(quán)重確定的隨意性，能較好的從整體上對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。我們應(yīng)綜合運(yùn)用各種方法，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，得到更加準(zhǔn)確的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，以便采取合理保護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]陶濤，孫世群，姜棟棟，等.模糊綜合評(píng)價(jià)在巢湖水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010，35（12）：177-180.

[2]付強(qiáng).投影尋蹤模型及其在水文水資源系統(tǒng)分析中的應(yīng)用[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2008，35（4）：80-85.

[3]張磊.我國(guó)建筑可持續(xù)發(fā)展水平評(píng)價(jià)分析—基于投影尋蹤原理[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2011（11）：105-107.

[4]楊再強(qiáng)，張婷華，黃海靜，等.北方地區(qū)日光溫室氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（3）：342-349.

作者簡(jiǎn)介

韓露，江蘇連云港人，徐州工程學(xué)院學(xué)生，主要從事水污染研究。endprint

摘 要 水資源是人類日常生活中必不可少的，人們的大部分淡水資源來源于湖泊，對(duì)湖泊水的合理評(píng)價(jià)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本文主要基于、氨氮、、和五類指標(biāo)，結(jié)合單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤模型對(duì)湖泊水質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。能夠?yàn)檎扇〈胧┨峁┖侠硪庖姟?/p>

關(guān)鍵詞 胡泊水質(zhì);模型;研究

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水資源之一，同時(shí)也是一種易為人們直接利用的自然資源。隨著湖泊流域和周邊地區(qū)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，導(dǎo)致進(jìn)入湖泊、、等污染物增加，致使水質(zhì)惡化。在改善湖泊的水質(zhì)之前，需對(duì)水質(zhì)進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，才能采取相應(yīng)的措施。單因子指標(biāo)、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)以及投影尋蹤都是良好的評(píng)價(jià)模型，但各有利弊。本文對(duì)這4個(gè)模型進(jìn)行研究，以便綜合運(yùn)用，得到更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 單因子指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

單因子污染指數(shù)法是的一種常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，是將評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定各個(gè)評(píng)價(jià)因子的水質(zhì)類別，選取水質(zhì)最差類別作為水體的綜合水質(zhì)類別。即用水體各檢測(cè)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果對(duì)照該項(xiàng)目的分類標(biāo)準(zhǔn)，確定其水質(zhì)級(jí)別，在所有項(xiàng)目的水質(zhì)級(jí)別中選取水質(zhì)最差類別作為水體的水質(zhì)類別。

單因子污染指數(shù)表示、氨氮、、、，5個(gè)污染物對(duì)水質(zhì)的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中為第類污染物的污染指數(shù)，為第類污染物的測(cè)定值，為第類污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)，表示水體未被第類污染物污染;，表示水體被污染，具體數(shù)值可表示其超標(biāo)程度。

計(jì)算出各污染物的污染指數(shù)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（）的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定各污染物的水質(zhì)級(jí)別，選取最低水質(zhì)級(jí)別作為綜合水質(zhì)級(jí)別。

2 層次分析對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

層次分析法用來考慮因素較多的決策問題，尤其當(dāng)各個(gè)因素的重要性、影響力、或者優(yōu)先程度難以量化的時(shí)候，層次分析法提供了一個(gè)科學(xué)的決策方法。下面利用層次分析法來確定湖泊水質(zhì)相應(yīng)的污染程度。步驟如下。

1）建立層次分析結(jié)構(gòu)模型。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的要求，將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為5類。通過對(duì)不同湖泊的水質(zhì)選擇并結(jié)合已有的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取了以下5個(gè)主要因素、氨氮、、、。從而加利層次結(jié)構(gòu)如下：

2）構(gòu)造判斷矩陣。

根據(jù)5類水質(zhì)的污染程度，分別確定它們之間的相對(duì)關(guān)系，以及各因素之間的影響，建立6個(gè)的判斷矩陣。

3）特征值與特征向量。

利用得到各矩陣的特征值，從而確定各環(huán)境因子重要性的權(quán)重。

最后根據(jù)綜合權(quán)重按最大權(quán)權(quán)重原則來確定相應(yīng)污染程度。

4）一致性檢驗(yàn)。

對(duì)上述步驟中的計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

①計(jì)算一致性指標(biāo)，;

②查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，;

③計(jì)算一致性比例，。

當(dāng)時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度原則把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)[1]，即綜合隸屬度。依據(jù)公式，按隸屬度最大原則作出判斷。

1）建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。

根據(jù)上文所選取的影響因素以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。該矩陣反映評(píng)價(jià)因子對(duì)各級(jí)水隸屬度的一種轉(zhuǎn)化關(guān)系。采用降半梯形分布，得到一元線性隸屬度函數(shù)為：

其中，表示相鄰兩級(jí)水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值，表示某因素的實(shí)際值。

根據(jù)上式得到各級(jí)評(píng)價(jià)因素的隸屬度向量，

然后將各單因子評(píng)價(jià)集的隸屬度行組成隸屬度綜合評(píng)價(jià)矩陣。

2）建立評(píng)價(jià)因子的權(quán)重矩陣。

由于權(quán)重是衡量各因素對(duì)水質(zhì)污染程度影響相對(duì)大小的量，權(quán)重越大，則該因素對(duì)水質(zhì)的影響也越大。因此根據(jù)不同指標(biāo)的要求，對(duì)每個(gè)因子賦予不同的權(quán)重。該權(quán)重的確立比較主觀。

3）水質(zhì)評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式可得到綜合隸屬度，從而確定該水質(zhì)的類型，進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 投影尋蹤對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)

投影尋蹤是一種用以分析處理高維觀測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法，是將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間，尋找能反映原高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征的投影，來研究高維數(shù)據(jù)。

1）樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

設(shè)水質(zhì)指標(biāo)值樣本集合為，其中表示第個(gè)樣本的第個(gè)指標(biāo)值，，分別為樣本個(gè)數(shù)和指標(biāo)個(gè)數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，各指標(biāo)值越大，污染越嚴(yán)重，采用正向指標(biāo)公式：

式中，為第個(gè)指標(biāo)值的最小值和最大值，為指標(biāo)特征值得歸一化序列。

2）構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。

設(shè)為投影方向向量，樣本在該方向上投影的特征值的表達(dá)式為

投影指標(biāo)函數(shù)可表達(dá)為：

為投影值標(biāo)準(zhǔn)差，為投影值局部密度。

要求投影值其散布特征為：局部投影點(diǎn)盡可能的密集，最好形成一個(gè)團(tuán)，在整體上的投影點(diǎn)團(tuán)之間應(yīng)盡可能散開[2-4]。

3）優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)。

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

4）進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

得到近似最佳投影方向后，計(jì)算待評(píng)價(jià)樣本的投影值，兩點(diǎn)投影值越接近越好?？蓪?duì)不同水質(zhì)樣本進(jìn)行優(yōu)劣排序。

5 總結(jié)

單因子評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)單直觀，能清晰反映出主要污染指標(biāo)，不能準(zhǔn)確反映水質(zhì)的整體狀況，只能用最差的單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)等級(jí)作為綜合水質(zhì)等級(jí)，缺少全面性和科學(xué)性。層次分析法雖能對(duì)水質(zhì)的整體狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，但權(quán)重的確定缺少客觀性。模糊綜合評(píng)價(jià)法綜合考慮了各指標(biāo)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，但計(jì)算較復(fù)雜。投影尋蹤法避免了權(quán)重確定的隨意性，能較好的從整體上對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。我們應(yīng)綜合運(yùn)用各種方法，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，得到更加準(zhǔn)確的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，以便采取合理保護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

韓露，江蘇連云港人，徐州工程學(xué)院學(xué)生，主要從事水污染研究。endprint