基于灰色關(guān)聯(lián)分析的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法

摘 要：常規(guī)的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估模型一般采用傳統(tǒng)區(qū)域?qū)Ρ刃问剑u估的覆蓋范圍受限制，導致最終得出的綜合污染指數(shù)增大。因此，本文提出基于灰色關(guān)聯(lián)分析的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法設(shè)計與分析。根據(jù)當前測定，先進行數(shù)據(jù)采集與污染指數(shù)限值計算，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析方法，打破評估覆蓋范圍受到的限制，構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)分析區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估模型，采用周期核驗的方式來實現(xiàn)最終評估處理。測試結(jié)果表明，與傳統(tǒng)熵權(quán)優(yōu)化區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法、傳統(tǒng)河網(wǎng)水動力模型區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法相比，本文設(shè)計的灰色關(guān)聯(lián)分析區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法最終得出的綜合污染指數(shù)較小，表明在灰色關(guān)聯(lián)分析方法的輔助下，設(shè)計的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法更高效、更真實，評估結(jié)果具有可靠性和針對性。

關(guān)鍵詞：灰色關(guān)聯(lián)分析；區(qū)域地表；地表水；水環(huán)境；評估方法；質(zhì)量評估

中圖分類號：X 824" " 文獻標志碼：A

在環(huán)境保護和水資源管理領(lǐng)域，流域地表水質(zhì)量評估十分關(guān)鍵。隨著工業(yè)化和城市化加速，水污染問題凸顯，生態(tài)平衡受威脅。因此，相關(guān)部門設(shè)計區(qū)域地表水水質(zhì)量評估方法，文獻[1]提出傳統(tǒng)熵權(quán)優(yōu)化區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估法，收集區(qū)域地表水的水質(zhì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)集。文獻[2]提出基于河網(wǎng)水動力模型的水質(zhì)評估方法，模擬水流運動，分析水體的自凈及污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，結(jié)合采樣和實驗室分析，全面了解水質(zhì)現(xiàn)狀與標準關(guān)系。上述方法雖然能實現(xiàn)預期的評估效果，但是在復雜的背景環(huán)境下，會受到外部環(huán)境和特定因素的影響，導致評估結(jié)果出現(xiàn)偏差。本文提出基于灰色關(guān)聯(lián)分析的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法[3-4]，提高評估結(jié)果的準確性和可靠性，為水環(huán)境保護和水資源管理提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。

1 設(shè)計區(qū)域地表水水環(huán)境灰色關(guān)聯(lián)分析質(zhì)量評估方法

1.1 數(shù)據(jù)采集與污染指數(shù)限值計算

數(shù)據(jù)采集包括地表水體的物理化學參數(shù)，例如溶解氧、濁度、pH值、重金屬含量等[5]。首先，需要通過設(shè)立固定監(jiān)測站、進行定期采樣和實時監(jiān)測等方式，獲取全面的數(shù)據(jù)資料?；A(chǔ)數(shù)據(jù)需要定期進行更新與轉(zhuǎn)換存儲，為后續(xù)的質(zhì)量評估提供參考依據(jù)[6]?；诖?，需要測算出污染指數(shù)的限值標準。污染指數(shù)限值是根據(jù)地表水體的功能區(qū)劃和環(huán)境保護要求，確定的各污染物在水體中的最大允許濃度[7]。結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析，利用采集的數(shù)據(jù)，通過計算不同監(jiān)測點或時間段內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量序列與參考序列之間的初始灰色關(guān)聯(lián)度，將各污染物的濃度值轉(zhuǎn)化為污染指數(shù)，并考慮各污染物之間的權(quán)重關(guān)系，測算出此時的污染指數(shù)限值，如公式（1）所示。

（1）

式中：H為污染指數(shù)限值；e為測定區(qū)域；?為單區(qū)域污染值；α為可控污染均值；h為測試周期；β為污染增長比。

結(jié)合當前測定，對污染指數(shù)限值進行計算，根據(jù)各個周期污染指數(shù)的變化，對地表水水環(huán)境進行基礎(chǔ)的分析。

1.2 構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)分析區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估模型

當前，結(jié)合水環(huán)境的實際情況，先明確評估的目標和指標體系。設(shè)置評估目標為量化地表水環(huán)境質(zhì)量狀況，指標體系主要針對水質(zhì)中包括的化學需氧量、氨氮、重金屬含量等物質(zhì)，通過持續(xù)性的周期檢測，與初始的含量進行對比，分析該區(qū)域水環(huán)境的特性和監(jiān)測數(shù)據(jù)的可獲得性。結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析方法，先針對某一區(qū)域的污染狀態(tài)，測算灰色關(guān)聯(lián)度，如公式（2）所示。

（2）

式中：Fz為灰色關(guān)聯(lián)度；n為序列差，代表平衡比；?為相似度。

針對得出的灰色關(guān)聯(lián)度，設(shè)計模型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

根據(jù)評價指標與參考序列（理想水質(zhì)狀態(tài)）之間的相似度或差異，來進一步評估實際水質(zhì)與理想狀態(tài)的接近程度，確定合適的分辨系數(shù)，利用歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷此時水環(huán)境的污染質(zhì)量評估狀態(tài)，并構(gòu)建模型表達式，如公式（3）所示。

D=（M-N）2+ξ （3）

式中：D為評價結(jié)果；M和N分別為初始關(guān)聯(lián)度和實際關(guān)聯(lián)度；ξ為預測差值。

對比各周期結(jié)果，根據(jù)評價結(jié)果提出針對性的改善措施和建議，為區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量的提升提供科學依據(jù)。

1.3 周期核驗實現(xiàn)最終評估處理

確定核驗周期，根據(jù)區(qū)域地表水水環(huán)境的特點和監(jiān)測數(shù)據(jù)的更新頻率，確定合適的核驗周期，例如每季度、每半年或每年進行一次核驗。在此基礎(chǔ)上，收集最新監(jiān)測數(shù)據(jù)。在每個核驗周期內(nèi)，收集最新的地表水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括化學需氧量、氨氮、重金屬含量等關(guān)鍵指標。運用灰色關(guān)聯(lián)分析模型持續(xù)進行數(shù)據(jù)處理，設(shè)計對應(yīng)的核驗結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

由圖2可知，將收集的最新監(jiān)測數(shù)據(jù)代入灰色關(guān)聯(lián)分析模型中，在此測定各評價指標與參考序列之間的灰色關(guān)聯(lián)度，比較不同時間點的關(guān)聯(lián)度變化，進一步評估區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢。定期收集最新監(jiān)測數(shù)據(jù)并運用灰色關(guān)聯(lián)分析模型進行處理，為區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善提供有力支持。

2 方法測試

此次結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析法，對區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法的實際應(yīng)用效果進行分析和驗證，考慮最終測試結(jié)果的真實性和可靠性，選定對比的方式進行分析，以深圳河流域的地表水水環(huán)境為例進行測定，參考文獻設(shè)定傳統(tǒng)熵權(quán)優(yōu)化區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法、傳統(tǒng)河網(wǎng)水動力模型區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法以及本文設(shè)計的灰色關(guān)聯(lián)分析區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法。利用專業(yè)的平臺采集數(shù)據(jù)和信息，匯總整合后，以待后續(xù)使用。接下來，進行初始測試環(huán)境的搭建與細化設(shè)置。

2.1 測試準備

深圳河流域覆蓋范圍較大，當進行地表水水環(huán)境的測定評估時，處理效率較低，為解決該情況，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析的方法對測試環(huán)境進行設(shè)定和搭建。深圳河流域地表水源充足，但是由于東高西低地勢的緣故，地表水的分布不均勻，也導致當前水環(huán)境的不穩(wěn)定。具體區(qū)域如圖3所示。

當前地表水環(huán)境較復雜，經(jīng)過多期的處理和維護，初期雖然取得了較好的成效，但是持續(xù)的時間并不長，再加上污染面積和擴散速度增加，更難以提升整體的水環(huán)境質(zhì)量評估效果。為此，結(jié)合實際的測定需求，進行輔助測試環(huán)境的設(shè)定。明確當前的水環(huán)境質(zhì)量評估范圍，并隨機選定6個區(qū)域進行對比測定，先在每一個區(qū)域中設(shè)定監(jiān)測裝置和動態(tài)持續(xù)識別節(jié)點，節(jié)點之間互相搭接，形成循環(huán)性的監(jiān)測模式。將部署的節(jié)點與監(jiān)測平臺建立聯(lián)系，便于后續(xù)獲取水環(huán)境實時數(shù)據(jù)?；诖?，進行測試輔助指標參數(shù)的設(shè)置，見表1。

在此基礎(chǔ)上，核定測試范圍內(nèi)的環(huán)境是否穩(wěn)定，無異常之后，進行后續(xù)的對比測試。

2.2 測試過程與結(jié)果分析

結(jié)合上述搭建的測試環(huán)境，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析方法，對選定的深圳河流域2023—2024年度整體水環(huán)境質(zhì)量進行分析。利用部署的節(jié)點采集選定區(qū)域的實時數(shù)據(jù)和信息，并各自對地表水進行采樣，見表2。

由表2可知，根據(jù)采樣水體元素的變化與含量對污染程度進行判定及劃分。結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析方法，根據(jù)污染指數(shù)的變動，根據(jù)周期之內(nèi)地下水環(huán)境變化的相似或相異程度進行灰色關(guān)聯(lián)度的對比衡量，如圖4所示。

根據(jù)圖4可以區(qū)分各采樣區(qū)域的污染情況，以判斷對應(yīng)的水環(huán)境質(zhì)量。此時，根據(jù)上述獲取的信息和實況，計算綜合污染指數(shù)，如公式（4）所示。

（4）

式中：S為綜合污染指數(shù)；A1和A2為區(qū)域關(guān)聯(lián)度和實際關(guān)聯(lián)度；κ為水源循環(huán)周期；?為初始污染指數(shù)；x為污染含量。

結(jié)合測定分析測試結(jié)果，見表3。與傳統(tǒng)方法相比，灰色關(guān)聯(lián)評估法的綜合污染指數(shù)較小，表明其評估結(jié)果更可靠、更有針對性。

3 結(jié)語

綜上所述，基于灰色關(guān)聯(lián)分析對區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估方法進行深入分析與研究。在灰色關(guān)聯(lián)分析的輔助下，本文設(shè)計的區(qū)域地表水水環(huán)境質(zhì)量評估模式更靈活、更多變，自身具有較強的穩(wěn)定性和可靠性。在不同的背景條件下，針對水環(huán)境的變化情況，通過計算關(guān)聯(lián)度來量化各影響因素與水環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)程度，不斷優(yōu)化完善對應(yīng)的評估結(jié)構(gòu)，期待其在提高水環(huán)境質(zhì)量評估的準確性、促進水資源的可持續(xù)利用等方面發(fā)揮更大的作用，共同推動水環(huán)境質(zhì)量評估技術(shù)的進步和發(fā)展。

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