【《基于灰色关联评价法的水质综合评价分析计算过程案例》3500字】

基于灰色关联评价法的水质综合评价分析计算过程案例1水质评价方法——灰色关联评价法由于水环境质量数据监测的时间以及空间都存在一定的局限性，信监测信息不够准确，因此可将水环境系统视为一个灰色系统，就是部分信息已知，部分信息未知的系统[39]，由于单因子评价只是根据某一水质指标进行水质评级，缺乏综合评价，而灰色关联评价法是根据待评价样本的水质与水环境质量评价标准在整体上的关联度从而判定水质类型，因此能减少一些不确定因素，较好地为区域水环境指标进行综合评价分级，据此对水环境进行综合评价，具体步骤如下：（1）确定分析序列。分析数列分为参考数列和比较数列，本文选择水体实测值作为参考数列X0k（k=1,2,3，……n），水体质量的分级标准为比较数列Xik（k=1,2,3，……n）。（2）数据预处理。将样本数据进行无量纲处理，在水质评价中使用的无量纲化方法主要有、均值化变换、初值化变换，本文采用标准化变换。（3）求关联系数。计算公式如下：（3.4（3.4）计算关联度。计算公式如下：（3.5）（3.5）根据关联度的大小进行排序。Ri的值越大，表示参考序列与比较序列的关联度越高，关联度最大则可判定该水体水质类别[40]。2灰色关联评价法计算过程1、确定分析序列本文根据广东省生态环境厅发布的2019年和2020年广东省入海河流27个断面监测数据年平均值为参考数列X0k（k=1,2,3，……n），根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），确定5级水质分级标准为标较数列Xik（k=1,2,3，……n）。表3-42019年广东省入海河流监测数据年均值单位：mg/L序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷1凤江桥7.042.982.970.360.122沙田泗盛3.731.283.040.760.123莲花山4.281.182.090.440.144洪奇沥7.051.800.720.120.085蕉门6.892.540.730.120.106虎爪断桥5.125.183.685.820.397苍山渡口6.322.501.070.080.078寨头河出海口4.256.965.853.381.199莲阳桥闸8.292.021.240.070.0510外砂8.361.631.230.040.0511升平6.432.331.640.520.1012地都5.003.382.880.320.0813海门湾桥闸7.445.736.833.040.2214东溪水闸7.645.681.120.480.0915海丰西闸8.164.291.130.790.1316陆丰半湾水闸8.002.111.530.150.0517乌坎6.383.341.230.230.07序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷18深圳河口3.565.122.421.570.2319埠场5.992.631.930.640.2020尖山6.393.032.640.830.1821那格5.672.302.030.650.1722黄坡6.754.412.150.170.1223大山江6.354.382.730.410.1624营仔5.425.291.110.260.1125中山港码头7.201.771.180.310.0826鸡啼门大桥7.461.930.900.050.0627珠海大桥7.301.890.620.050.07表3-52020年广东省入海河流监测数据年均值单位：mg/L序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷1凤江桥7.053.052.390.320.102沙田泗盛4.793.671.680.350.093莲花山5.661.181.130.110.094洪奇沥7.631.750.630.100.065蕉门7.372.450.820.100.066虎爪断桥5.734.712.411.170.197苍山渡口6.751.880.850.080.108寨头河出海口5.955.532.991.380.249莲阳桥闸8.031.741.120.050.0210外砂7.631.731.100.050.0311升平6.662.791.680.610.1212地都4.913.691.980.140.0713海门湾桥闸6.867.274.641.390.1514东溪水闸8.607.233.410.280.0715海丰西闸8.604.572.630.310.0716陆丰半湾水闸8.131.801.580.060.0317乌坎5.973.641.450.300.0618深圳河口4.955.313.020.810.1819埠场7.113.042.400.510.17序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷20尖山6.243.432.730.740.1421那格5.902.742.500.530.1622黄坡7.564.982.630.090.0723大山江6.155.163.420.440.1624营仔7.257.133.560.220.1025中山港码头6.911.480.980.300.0726鸡啼门大桥7.281.870.940.090.0727珠海大桥7.441.840.570.060.06表3-6地表水环境质量标准（GB3838-2002）单位：mg/L水质级别溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷Ⅰ7.5230.150.02Ⅱ6430.50.1Ⅲ56410.2Ⅳ31061.50.3Ⅴ2151020.42、数据预处理由于各个指标的量级不同，必须在进行关联度计算之前对各指标的原始数据进行预处理，本文将采用标准化变化，分以下两种情况：当评价指标为正向指标时（3.6）（3.6）当评价指标为负向指标时（3.7）（3.7）将原始数据带入以上公式，处理后得到如下数据，见表3-7：表3-72019年广东省入海河流监测数据无量纲值序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷1凤江桥0.720.750.620.940.942沙田泗盛0.030.690.610.880.943莲花山0.150.710.760.930.924洪奇沥0.730.970.980.990.985蕉门0.690.830.980.990.966虎爪断桥0.330.330.510.000.707苍山渡口0.580.840.930.990.988寨头河出海口0.140.000.160.420.009莲阳桥闸0.990.930.900.991.0010外砂1.001.000.901.001.0011升平0.600.870.840.920.9612地都0.300.670.640.950.9813海门湾桥闸0.810.230.000.480.8514东溪水闸0.850.240.600.920.9715海丰西闸0.960.500.600.870.9316陆丰半湾水闸0.920.910.850.981.0017乌坎0.590.680.900.970.9818深圳河口0.000.350.710.740.8419埠场0.510.810.790.900.8720尖山0.590.740.670.860.8921那格0.440.870.770.900.8922黄坡0.670.480.750.980.9423大山江0.580.480.660.940.9024营仔0.390.310.600.960.9525中山港码头0.760.970.910.950.9826鸡啼门大桥0.810.940.951.000.9927珠海大桥0.780.951.001.000.98表3-82020年广东省入海河流监测数据无量纲值序号监测断面名称溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷1凤江桥0.590.730.550.800.642沙田泗盛0.000.620.730.770.683莲花山0.230.710.860.950.704洪奇沥0.750.950.990.960.825蕉门0.680.830.940.960.836虎爪断桥0.250.440.550.170.237苍山渡口0.510.930.930.980.658寨头河出海口0.300.300.400.010.009莲阳桥闸0.850.950.871.000.9810外砂0.750.960.871.000.9711升平0.490.770.730.580.5512地都0.030.620.650.930.7613海门湾桥闸0.540.000.000.000.4014东溪水闸1.000.010.300.830.7915海丰西闸1.000.470.500.810.7616陆丰半湾水闸0.880.940.751.000.9817乌坎0.310.630.780.810.8118深圳河口0.040.340.400.430.2919埠场0.610.730.550.660.3220尖山0.380.660.470.480.4521那格0.290.780.530.640.3722黄坡0.730.390.500.970.7623大山江0.360.360.300.710.3624营仔0.650.020.270.870.6525中山港码头0.561.000.900.810.7826鸡啼门大桥0.650.930.910.970.7727珠海大桥0.700.941.001.000.82表3-9地表水环境质量标准无量纲值水质级别溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷Ⅰ1.001.001.001.001.00Ⅱ0.730.851.000.810.79Ⅲ0.550.690.860.540.53Ⅳ0.180.380.570.270.26Ⅴ0.000.000.000.000.003、求关联系数根据表3-7、表3-8和表3-9的数据，监测数据组成一个参考数列，水环境质量的评价标准中的5个水质分级组成一个比较数列，然后将参考数列逐个与比较数列进行组合，求出绝对差Δi（k）见表4，依次求出2019年和2020年广东省入海河流27个监测断面监测数据的minminΔi（k）和maxmaxΔi（k）。根据公式3-4求出关联系数ξi（k），根据公式3-5算出关联度。由于各个年份对应的影响因子数据不同，首先计算2019年凤江桥断面与比较数列的绝对值差，根据公式，以凤江桥断面：溶解氧=0.72，高锰酸盐指数=0.75，生化需氧量=0.62，氨氮=0.94，总磷=0.94为特征序列，其余序列是以水环境质量标准等级(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)中各个因子溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、总磷5个指标不同水质标准值进行灰色关联分析，计算过程如下:绝对值差序列取两级最小差和最大差结合上述计算结果带入公式3-4，取分辨系数ζ=0.5得：把计算出的差序列依次带入上述公式中得出2019年凤江桥断面待评价因子与水质标准等级的关联函数，见表3-10：表3-102019年凤江桥断面待评价因子与比较序列的关联系数关联系数溶解氧高锰酸盐指数生化需氧量氨氮总磷ξ10.640.670.560.910.91ξ21.000.840.560.800.77ξ30.750.910.680.550.55ξ40.480.570.920.420.42ξ50.400.390.440.340.344、求关联度根据以上求出的关联系数带入公式得2019年凤江桥断面待评价样本对各级别的关联度：R1=0.74，R2=0.8，R3=0.69，R4=0.56，R5=0.38，根据关联度最大原则，R2最大，2019年凤江桥断面水环境质量等级为Ⅱ类。根据以上步骤分别求出2019年和2020年广东省入海河流27个断面的关联系数及关联度，如下表3-11：表3-112019年广东省入海河流监测断面待评价样本对各级别的关联度序号监测断面名称R1R2R3R4R51凤江桥0.740.800.690.560.382沙田泗盛0.640.670.650.630.503莲花山0.700.720.710.640.464洪奇沥0.900.840.640.460.355蕉门0.860.890.700.490.376虎爪断桥0.460.560.620.750.627苍山渡口0.970.730.530.420.348寨头河出海口0.370.430.540.690.829莲阳桥闸0.940.760.640.460.3510外砂0.970.740.620.450.3411升平0.800.850.770.520.3812地都0.720.700.700.650.4513海门湾桥闸0.540.630.610.570.5914东溪水闸0.740.700.600.630.45序号监测断面名称R1R2R3R4R515海丰西闸0.760.730.640.630.4116陆丰半湾水闸0.890.770.660.470.3517乌坎0.800.790.790.530.3918深圳河口0.560.660.640.690.5619埠场0.740.850.800.560.4020尖山0.720.850.800.600.4121那格0.750.820.740.560.4022黄坡0.750.760.710.610.4223大山江0.710.760.740.650.4424营仔0.680.660.640.710.4825中山港码头0.910.850.690.490.3726鸡啼门大桥0.910.810.640.460.3527珠海大桥0.910.840.630.460.35表3-122020年广东省入海河流监测断面待评价样本对各级别的关联度序号监测断面名称R1R2R3R4R51凤江桥0.570.760.780.600.392沙田泗盛0.570.700.720.640.533莲花山0.670.740.780.620.444洪奇沥0.870.920.680.480.375蕉门0.800.920.730.500.376虎爪断桥0.410.480.610.930.617苍山渡口0.790.820.790.540.408寨头河出海口0.390.450.550.740.769莲阳桥闸0.890.780.660.470.3510外砂0.870.810.680.480.3611升平0.560.710.920.620.4112地都0.640.720.690.680.5313海门湾桥闸0.400.480.610.610.8114东溪水闸0.640.680.540.510.5415海丰西闸0