基于多準(zhǔn)則統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的珠三角區(qū)域地表水水質(zhì)監(jiān)測及評價

李婉君，許惠燕，梁建霞，陳文杰

(1.中山市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，廣東 中山 528400；2.廣州伊創(chuàng)環(huán)保科技有限公司，廣東 廣州 510000；3.中山市中能檢測中心有限公司，廣東 中山 528400；4.中山市綠鵬環(huán)境科技有限公司，廣東 中山 528400)

目前，多變量統(tǒng)計(jì)方法被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)評價中。多元統(tǒng)計(jì)方法可以將所有的水質(zhì)信息同時包含在計(jì)算中，可以從數(shù)據(jù)集中提取顯著性的推論。結(jié)合聚類分析(CA)方法對河流、湖泊和地下水水質(zhì)進(jìn)行評價。CA方法基于水質(zhì)在空間和時間上的相似性，因此可以評估采樣位置和采樣頻率[4]。此外，還使用熵權(quán)來衡量CA分析中每個聚類中關(guān)鍵參數(shù)隨時間變化的重要性，找出導(dǎo)致聚類間差異的關(guān)鍵參數(shù)。

珠三角是一個充滿活力的經(jīng)濟(jì)區(qū)，經(jīng)濟(jì)增長率高，工業(yè)、商業(yè)和服務(wù)活動大，包括許多工業(yè)園區(qū)和手工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，廣泛分散在不同規(guī)模的地區(qū)類型。工業(yè)園區(qū)和集群的發(fā)展與環(huán)境上的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施條件不同步。許多工業(yè)園區(qū)和集群尚未投資建立集中廢水處理系統(tǒng)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地表水因接收生活、工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)徑流而水質(zhì)日益下降。生活和工業(yè)廢水可能含有生產(chǎn)過程中的有害物質(zhì):農(nóng)藥和化肥的殘留可能存在于徑流和流入地表水中[5]。因此，有必要監(jiān)測受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動影響地區(qū)的水質(zhì)。本研究利用珠三角區(qū)域58個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析方法分析水質(zhì)波動。研究結(jié)果可為環(huán)境管理部門對有效地表水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的審查和重新評價提供有用的信息。

1 材料與方法

1.1 水樣取樣及分析

1.2 數(shù)據(jù)分析

以58個地點(diǎn)8個采樣周期的每個標(biāo)準(zhǔn)的平均值進(jìn)行水質(zhì)特征評價，并以箱線圖形式描述水質(zhì)參數(shù)隨時間的變化。使用SPSS軟件在5%顯著性水平下使用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)正態(tài)分布。CA結(jié)果以樹狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，根據(jù)聯(lián)動距離將水質(zhì)相似的采樣地點(diǎn)或采樣時間歸為同一組。連桿距離表示連桿距離與最大距離之商。當(dāng)連桿距離/最大距離×100 = 60時，認(rèn)為簇間的鏈接距離具有聚類意義。在聚類分析中，根據(jù)采樣頻率對各聚類的水質(zhì)特征進(jìn)行加權(quán)，采用熵信息法對其重要性進(jìn)行排序。信息系數(shù)越大，熵權(quán)越低，對水質(zhì)的影響越小。因此，熵權(quán)可以衡量簇內(nèi)參數(shù)的有序度。水質(zhì)參數(shù)的權(quán)重越高，影響越大。反之，參數(shù)的加權(quán)值越小，影響越不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 珠三角區(qū)域地表水水質(zhì)評價

4—12月的溫度在25.3～35.3 ℃，而不同地點(diǎn)的溫度在28.6～31.4 ℃ 之間波動，58個地點(diǎn)8個月的平均溫度為 30.1 ℃。pH值隨時間和空間變化在5.2～9.0和5.9～7.9之間，58個位點(diǎn)的八個月的中位數(shù)為7.1(圖1a)。部分部位pH偏堿性，超過8.5的允許限值，但仍在允許限值9以內(nèi)。EC和TDS波動較大(圖1c和d)。采樣周期和地點(diǎn)的EC波動范圍分別為15～59200 mS/cm和38～47400 mS/cm，達(dá)到58個地點(diǎn)8個月的平均值5390 mS/cm。此外，TDS隨時間和空間的波動分別為8～34300 mg/L和17～26070 mg/L，58個地點(diǎn)8個月的平均TDS為 2820 mg/L。

DO質(zhì)量濃度隨月份和采樣點(diǎn)波動較大，分別為0.2～10.8 mg/L 和0.6～7.8 mg/L，平均值為 4.6 mg/L，研究區(qū)域DO≥6 mg/L 的允許限度。DO在4月和7月波動較大(圖1e)。此外，58個調(diào)查點(diǎn)的BOD變化范圍為1.6～48.8 mg/L，采樣月間BOD變化范圍為0～79 mg/L 。雨季月份(5—9月)的生化需氧量比旱季月份波動更大(圖1f)。大多數(shù)位置的BOD超過了 4 mg/L 的允許限度。同樣，月間和采樣點(diǎn)間的COD介于8～91 mg/L 和3～139 mg/L 之間，平均值為 17.5 mg/L(圖1g)。TSS具有季節(jié)性變化，雨季通常高于旱季，大多數(shù)位置的TSS超過允許限度(20 mg/L)。

各位置Fe質(zhì)量濃度最高為 4.4 mg/L，平均為 1.8 mg/L，所有含鐵樣品均超過 0.5 mg/L 的允許限值。Fe含量在雨季高于旱季(圖1o)。高濃度Cl-集中在廣州市區(qū)域，質(zhì)量濃度超過允許限值 250 mg/L。其余的位置都有Cl-，但濃度在允許的限度內(nèi)。Cl-的波動趨勢與EC和TDS相似，高Cl-導(dǎo)致高EC和TDS(圖1c和圖1d)。研究區(qū)域Pb均在允許限值 0.02 mg/L 范圍內(nèi)，在整個采樣過程中，所有位置的Cd和As分別在0.005和 0.01 mg/L 的允許限度內(nèi)(圖1l和圖1n)。

2.2 評價地表面水水質(zhì)監(jiān)測的采樣點(diǎn)和采樣頻率

表1 特定聚類中的水質(zhì)情況

表2 在已識別的聚類中的水質(zhì)參數(shù)的權(quán)重

3 結(jié)論