灰色关联度法在岷县农村水源地水质评价中的应用

王建红　张江帆　李平平

摘要：农村供水水源地水质的好坏可以影响到地下水功能是否能够发挥其应有的作用。因此，对地下水水质评价问题一直是环境科学研究的热点问题。本文在调研分析常用水质评价方法的基础上，提出了用灰色系统理论中的灰色加权关联度法进行地下水水质评价，把水体环境作为一个灰色系统，以岷县供水水源地为研究对象，对供水水源地的水质检测数据进行评价分析。通过与传统的等权灰色关联度法的评价结果对比表明，灰色加权关联度法是一种切实可行的水环境质量综合评价法，对于其他环境质量的评价也有一定的参考价值。

关键词：水质评价；灰色加权关联度法；供水水源地；地下水

70年代以来水质评价方法多采用水体综合污染指数法，该方法简单方便。由于水质标准分级的硬性规定和综合污染指数分级的硬性划分，使在分级临界值附近的实测浓度值或综合污染指数的微小变化都可能导致评价结果的明显不同或级别归属的变化，这显然不合理。事实上水质的分级或水体是否污染并非是黑白明的概念，某种污染物浓度的微小变化决不会引起水体污染程度的明显变化。因此“水质级别”、“污染程度”等都是一些灰色概念，水体环境系统是一个本特征的灰色系统，具有不确定性[1]。灰色关联分析法是基于水质评价中的灰色及不确定性，等权灰关联法的计算结果有时会存在误判现象，本文就是在对灰色关联分析法中改进权重确定方法改进的基础上进行的。

1、灰色加权关联度模型及其水质评价的步骤

1.1灰色关联度模型

1.2本文提出的灰色加权关联度模型

在水环境质量综合评价中，对于不同的指标，标准值不同有时其绝对值相差较大，不同污染物浓度对水环境质量的影响不同。权重系数的确定是水环境质量综合评价的核心问题。目前关于如何确定权数的方法大致可分为两大类：研究者根据其主观价值判断对各指标进行比较而赋权的方法，称主观赋权法；直接根据各指标的原始信息经过一定数学处理后获得权数的方法，称客观赋权法[2]。

本文对灰色关联度分析法中等权求取关联度的方法进行权重计算的合理改进，提出根据污染物超标情况（污染因子实测浓度与标准限值之比）对各点（k=1，2，…，n）的关联系数进行加权，依据数值监测水源地所属的功能区类别计算得到权重，然后计算关联度，根据关联度的大小，确定出样本的质量级别，以判断水质是否符合功能区的要求。

2、实例应用

应用上述方法对岷县15个供水水源地的水质情况进行综合评价。本次评价过程中选定总硬度、氯化物、氟化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、砷、镉、挥发酚等10个单项污染指数进行水质指数计算，具体实测水质数据见表1。

2.1参考数列与比较数列的确定

将待评价地下水水质样本的各个指标实测值（表1）构成的数列作为参考数列{Xi（k）}，此时k=1，2，…，10，i为水源地（i=1，2，…，15）。

将地下水质量分级标准中某一质量级别的各指标浓度限值构成的数列{Xj（k）}作为比较数列，j为水质级别（j=1，2，…，5），分别表示地下水质量标准中对应的Ⅰ～Ⅴ级。

2.2关联系数的计算

有表2可以看出，MX01水源地的氨氮占Ⅰ-Ⅴ级的權重依次为0.671、0.843、0.561、0.467、0.467，属于Ⅱ类水体，但属于Ⅰ、Ⅱ类水体的权重大于Ⅲ、Ⅳ类水体的权重，这显然不合理。对于岷县各个供水水源地水质综合评价所得结果与实际有一定偏差，因此，提出依据功能区划中的类别确定关联系数权重的方法，即MX01水源地在功能区划中是Ⅲ类水体，对于每一级别的关联系数所取权重值均为Ⅲ类级别水质所对应的权重值。这样避免了权重值依属于其他级别值较大时对评价结果的影响，也符合功能区划的思想[4]。最后计算得到的权重值见表3。

由表4和5可以看出：两种评价方法对各个水源地的评价结果有些差异，MX01、MX03、MX05、MX06、MX07、MX08、MX09、MX10、MX11、MX13、MX14和MX15水源地的评价结果相同，因为等权关联度法对各评价指标的影响等权对待，在各个指标超标情况不大时，其评价结果可信。在水质评价过程中若仅用等权灰关联的结果作为地下水水质综合评价依据，容易出现与实际水质情况不符的误判，而依据不同水源地的功能区类别来确定评价指标的权重，强化了高浓度指标的影响，又考虑到各个指标对地下水水质产生影响的综合效应，从而提高了评价结果的准确性，也可以为地下水功能区划提供依据。

由功能区评价结果可以看出，15个供水水源地的水质情况好于功能区划中的水质类别。

3、结论

本文将灰色关联度法应用于岷县农村供水水源地地下水质量评价的过程中，根据地下水质量评价的特点和监测水质的实际情况，考虑了不同指标对地下水质量不同的影响程度，采用地下水功能区方法确定了各个指标不同的权重值。并从加权和等权两个角度对地下水质量进行了评价，从实例分析结果看出，灰色加权关联度法避免了传统水质评价及等权关联度法评价中对各个指标影响程度“一刀切”的影响，评价结果更准确，更符合实际情况，从而说明了它是一种切实有效的地下水质量评价方法。

参考文献

[1]翟国静.灰色关联分析在水质评价中的应用[J].水电能源科学.1996，14（3）：183-187.

[2]Meng Xianlin，Shao Xue， Qi Zhining， et al.Research on gray-weighted correlation method for evaluation of water environment functional[J].Journal of Harbin Institute of Technology.2012，44（4）：67-70.

[3]GB/T14848 -1993.地下水质量标准[S].国家环境保护总局.北京： 中国标准出版社， 2003.

[4]Shao Xue，Meng Xianlin， Wang Peng.Gray weighted correlation water quality evaluation method used in Songhua river[J].Journal of Harbin University of Commerce（Natural Sciences Edition）.2011，27（6）：810-813.