聚类分析法在地下水环境功能区划分中的应用_高绪艳
2 卷 第 1
2 第0 0 年11 0
4
期
大 高等 庆科 专 校 学报学J
UOR N L OAF A D QIN GC O L LE G E
O
V
e
o.
l12
be
r.
N
o
.
4
月
t
o
0021
聚分析类法地 下在 水环 功能 区境划 分的中 应用高
绪艳程
高城 吴国权
(大 庆广播 电 视 学大( )大 市庆 水利 勘测 设 计 究研院 )
摘
,
。
要地 下 水在环 境功能 区 划分 中 采 用 聚类 析分法 充 分 考 虑 了水质 分 级 界 的 模限,
,
,
栩
性 比 普通 的 根据临 界 判据 然截 水将质 行进分 级 的 方 法更 观 客从而 分使类 结 果 更 确准 科更 关学键 词
.聚
分析
类
环 水境 能 功 划区 分
地下水
1
言前
。
下 地水是 球 地 圈 乃 水至 整 个 环境 不可 分 割的 重要组 成 部 据分统 我计 国目前 主 城 要 市中有
12/
,
以地 下 作水为 供 水 水 源全 国有 31 / 的 口 人 在 饮 用 下地 水于由 生产 迅的速 发 和展,
,
。
,
。
生
水活平 的不断 提 高 人 对类地 下 水 资源的 需 求 量也 在不断 增 加 时 同在 地 下 开水 采利 用方 面 起 引的 境 环问题 愈来也愈 多 。
地
下 水 质水恶 化 是 世 上 界许多 国地 家 水下开 发 利 用 中 共同 、 。
面临的 一 严 个 重问 题 下 地 水水质恶 问化题 主 要是 指 地 下 在 水开 采过程 某中些 化 学 生 微
物等成 分 含量 不 断 加增 以致 超 出规 使定用 准 标 水质 的变化过 程 ,
, ,,
,
在
坚持优 质 优用 质 供 水
分,
的、 则条原件 下 为保 证 地下 水 资 源 的 性 开良采 和永 续 利用 实 现 地 下 资 源水 合 理利用的 和科
学
管 理 有 必要 对地下 水环 境功 能进 行 规 划 从而更 科学 有 地效综 合 配地 下置 资水 源为 水
资
源 的 统一 调 度与 合 开 发理提 供科 依学据
,
、、
、。
文本采 用 聚 类 分 析 法 在地 下 水 境环综 评 合 价中
。
进 行应 用 以 求 全 面 更客观 合理 科学地 得 到 评 价 结果
2
聚 . 类 分析 法原 理 步骤及
12
.
聚 类
分 法 析涵义 及 分 类 a
。
聚 类分析 lC u e( trs
s
ny l
ais
是研) 究“,
物
以类 聚 ” 的 一种 方 法 在国 曾 有内人 称 它为群 分
,
析 点 群 分析 簇 析分
等。
、、
顾名 思义
“
聚类分 析 就是 把 性 相 质似 东的 西归为 一 类 以人 们便
,、
”
,
利
用和 管理 下 地 水 环 境 能 功 区 分划 具体 是 就 在选指定 指 标级别 和 标准 的 条 下件 通 过样品
各指 标 的 监 值测 照按质 量标 准 级 别对 这 样些 品进行 聚 类 计 算 从 而把水 质 似 的类 样品 归为 一类即 划 分为一 个 级别归 为同一
种功能
, ,, ,
。
,
,
,
,目
前聚 类 分析 的方法 有 种 多系如统 聚类 法 模 聚糊类 法 灰 聚 类色法 等
、
、
。 聚 类分 方析
5
7
法
中 的灰色 聚 法 最类适 合 于 地 下 环 水 境能 功 区 的划 分 因 为 灰色聚 类法最 合适于 所 选标 准
,
值是 区 间 界 限 的 情 值况而 且 方法 本身 与样 品数 无 量 灰 色关聚 类 法是灰 色 理论与 多 元计统分析 理 论 相 结合 的 产 物这 建是立 在灰 色的白化 函数 的基础 上 以 区 聚分 类 元 在素 类指聚
标,
,
,
。
下 所属 的 类别
.
。
2
2
灰 色
类聚 析分法 的 原理 及 步骤
, ,
,
有 J 设H个 聚 类 对象 样如品 数 每 个 样 选品取 M 个 析分 指标 称 为 聚类指 标 并 在存
,N
个 量 质级别 即聚 灰数类 第
,
。
K
个样
第 i品个 指 标 临的测 值 为
Ci k: ( 即白 化值 )
第,i 个标指
第 个j 别级的 量标质准 为 j i
C
。
在
此i 一 12
,,
……
M,
;
j;一
1..
,
2
,
…N
…,
K
一 1 2 … JH… 2
12
白
化 数 值 的函确 定 Yj i(X k i 的 标 准 )函 数即白 化 数 函该白 函化数 是 以 各 指 标 满足 级 别 区 时间最 ,
, ,
,
。
Y i (j ) X灰数 X k
大
值为 ,
1
,
若 离偏该 级 别 区 间值 其则 白化函 数 值 越小 ( 于
趋
,
。o
)
一 地 般白化函 数 是 函数 值
,,
在
闭区 间〔 1 o〕上 线 的性 数函 程 出 也求 可 分别 做以出 三M类:
第
K
)可 以 按 上 述白 函数化 个方 样 的 白品 化 数函值 j Y i ( Xk
,
iX
N
个 白 化函数 图 从图 上 插值 求 出白 函 数 化图通 常分 为 以 下
今 Y
Il!1
1]
C
,
;
C
:
下
C
,、
第
类 I白化函 数 方 程 为
Y
l ;
X
k;
任〔OC 〕 ,
l
i
X
k(
i二)Ll 一( X 。 一 Cl
`i )Z/ ( C一 Cl;
)
X
k
;任〔C
1
1,
C
〕Zi
第
l
类
白化函 数 程方
为 (「XY
Zi k
*:
C
一、
:
k
li
/)(C C
一i
s iZ
Z、
l
、)
Z
、
X
址
〔〔C任 C〔
, 、
,
C〕
C
3
z、
(,X
ki
= Ll 一 ()X
一C
)/ (C一 C
)X
k
z i ,
;
〕
第
l
类 白
函化 数 方 程
Y
3为
*X
k
任 iC
〔
、
* 3,
+
oc 〕
C
3、
〕
(X
,
k
*
一) ( XL 一 Ck) / ( C 一 C 。) i
Zi
、3
X k任〔 C
i
Z、 ,
其中
,
:
C
一
指i i标级 别的 标 准值 ; X一一 k 样 品
, ,
k
i
;i 标 的指实 值 测 j;Y ( k )X一 k样品 i指
i ; 标
对 j于 级 别 的白化函 数 值 ;当C k / CN > 1 即 k 品样 i 标 指 实 测 值的 于 大最大 级别 界 限 值
时
可 用 下 式 增大 该 样 品 在 最大 别 中 的级白 函化数 值 即 令 5
8
:
Y.
,
C
(.
k
*
一 C)
k
i/
CNi
22
2聚
标 类准 权的 确定
,i 一。 /
咨i
q占第j 级别 的 重权称 为 准标权
,
i 。
咕 一 标准中 i指标
,
如
果所 选 标指 在 一同级别 中 标的准 值 相 太差 大单位 权 重还 必 须进行 归 化
: 一式中上C, =
C
,/ 5 5( i)*
则
, 一: (, C/ 55( `, / `,i
咨
C,
/5
5 ,)`)
1 又 ,“~ 一一 ~ 八i =) 击 之C1其 中 5 (5“N 六 尸一~ ” 一 2 32 类 聚 数系 ( )瓦的 确 定,
.
、
:
;
;
、J
.
l.
J
“
2
.,k
一
*乙
Y
,
( X 、 ,,
i
i2
4
.聚类 行
向 量的造构K
对
第于2
2..
个 聚 类对象 聚 类行 向 为 量 叔k )
,
,
1,: 合( K) = ( 瓦 瓦
k N)… …
台5
聚
类k
j
占,
=
m
ax
占j
J
’
k
则 k 第 个聚类 对象 属 于 第 类i即 第 k 个 样 品 经 聚 类 计后 它 属算于 第 j个 级 别3 应用 实 3例1 聚 类 计算.
.
,
,
`
。
按
照 述上 类 分 聚析 的 理原 步与骤 根 据 庆 大市现 有 的 承压 水 水质 资 在 大料庆 市 整 个 区 个样1 品 点结 合 大 庆市 的 具体 水 质 征 特和 点重 标超 项目 定选了 锰高 盐 域 内均酸 布控 匀7指 数 溶 性解 固总 体氟 化 物 挥发酚 砷总氨 氮 总 铁和总 锰 共 8 指 标 为 本项次 计 算 的聚 指类 根 据大 标 庆 市目前 下 水地 的 状 使 用现功 能 拟 把 下 地 按水 活生饮 用( 1 ) 工 业 用 (水l
)。
,,
,
,
、
、
、
、
、
。
,
、
、
农业 灌 用溉 水( 序
\
1
号l
) 三 个 级
别进 行 聚 类这 8项 指 对标应 以 下 三个级 别 界 限的值 见 参 下表
,
:
牛褚
高 酸锰盐 数 指化氟物 挥酸
总发 氨
总
地
水下分 级 标 准 界 限值 工 用业 标水准 饮( 水用标 准( I) C
B
l
)
农业 溉灌 质标 水准(
l
T/ 41 488
一391
类
G
B
T
/4 8 1 4 8 9 3 V 一I
类
)
GBS O84 一 9 2
二
二二0
30
.
二1 三 二 0三
200二
0
.
二5
二 025 0
.
2
3二4
溶 性解 固体
总二10 0
01 0.
0
.三
0 20
..
0
3
0
.
0
0
2
.
0
1 5
0
.
丛1>
> )
,
.0
6
57
份
砷 氮
二0 二二
76 8、
、
0
5
.二0
1 0
5.
二0.0
0
2.
玉
0.
.
5
关
铁
锰3
1 51 1 0
1 5 1
0.
8
’
总 注
:
.
二
`
表 示
第 项指 在 标农业 溉灌水 质 标准 中 没有 规定 界 限 值 经咨 询国 环家保 局59
标准 司在
此 ,
,一
标49 G 位O 农(业 用 水这对 三B 项8 ) 要 S 指 2有 标没准 定 单 制 故求参 考 下 水地环境
。
,
,
质
量标准中 V 界 限类值
一 1 2i… … 8
j, =12 3 ;
k 1一 2 … 7…
,
,1
,
,
按 照 色灰 聚类 分 析法 的步 骤编 程制 序用 计算 机进行 计 其 计算 算 框 图 如下 开始
,
,
输 人 。 聚 类 品样 数聚 指 类数 标及 聚 级 类数
别
、
输
水人 质 分级标 准 及样 品 实 测 浓 度
值
计 聚算类 准权
标
爪
k Y
(X) 计 算 白化函 值数 j
i i
算计聚 类系数
礼比 较聚 类 行 向 量小大 确及定 聚级 别类
打印 样 品 所 属 水 质别
级结
3束.
2
结 果
分
,
析 根据 上述计 算 图 框 编
制样品中 有4 6 样个品 归为
;第合 于 业 工 水用
有,
oFr
t
r
a,
n
1
个 程度 计用算 求得 机 品 样 的 聚 结 果类为 在 共总7 ,
:
工 类 水
l即
适 合 用作 生 活 用水 源 ;水 8 1 个 样 品属于第
l
类水
适,
7个样 品 划为第,
、
类水 只
适 用于农 业 溉 灌 用
, 水,
,
。
聚( 类 算 计结果 略表 )
1个样 品 的水 质化 验 资 料 知 可 整 大个庆 地区 深 承 层 水 压普 遍通过 上 述 聚 类算 计 7
超标 项 目从为 氨 总氮 铁 总锰即 在 使生 活 用 水 饮功能 区 内 这三 项指 标 有 也不少 点 超标
、、
,
。
局。
地部区 学化 耗 量氧 化 物 和氟溶 解性 固总体 亦 超 个标 别地 点砷 和 发挥酚 也 在 存超 现象标,
、
,
从 整 个
区 域上 看甸 林县北 部 边 界 区地以 总铁 总 锰 和氨 氮三 项为 主 超 标 项要 目且
超
,
严标重 聚经类 计算 划
为,
,
,
班
水类,
区
; 区市西部家
齐总
体固氨 氮和 总锰为 超标 项其 北中 的 部家 齐水 源 喇 甸 嘛 源水 带 聚一类 结 果为
—
、古
龙 凹陷 内 带主要 以 总铁 溶 解
,
性
、
l
、
类
水南
;、
部 绿
草色 原 和 和平 牧场一 聚带类 结 果 为,
、
l、
类;水 区 南内 及 西部 部南的 肇 源 县 古 龙 站 二
, 新
,站
等 沿江 一 基 带 本 以 是 铁总氨 氮 氟 化物为 主要超 项标目 经 聚 类计 算 划为 60
l
类
水 局区
,
部
地 区如大兴 乡及 肇 源 县城 北 聚 部 为标 重严 超标
,。
,
1
类水
区 为 这因两 地个区 总 铁 氨 氟化氮 物三 项指
、
,、
、
、
在
水源 的地划分 上西 部地区 喇 的 甸水 嘛 源 齐 水家源 红卫 星水 源 质水 较 差属
,
,
l
类
水
,,
区 按
聚 结 类果 只 能 作为 业 灌 溉 用 农水而 喇 化水源 和 杏 水 源二水 质 较也差 属;
、
,,
,
l
类
区水
已
不 适用 于 生活 用饮; 其 它 水源 地 水质 较好只 有 分部 源 水总 总 铁锰或 化 氟物略 超 标被 聚
为,
I
;
类 水 部东 地区 各 个明 组水水 源 地 朝阳 沟 地 区大 安 组水 源地 及 肇 地三区 水 源 水 质
较,
、,
好只 个 别有水 源 总 铁 或 总锰略 饮超 用 标 水准经 聚 类 分 析 均 聚为
4.
I类水
。
结
束语
,,
灰
色 类聚分 析法 基 本上 真实 反映 地了 水 水下质 的 实际 状 况这 一方 法 考 虑了 水质 分 级
界线 模 的糊 性它 把 各项 指 标按 隶 属 于 不同水 质别级
的不同 度 来 进行程综 合聚类 它比 目
前,
一直沿 用 的根 据 临 界 判 据截 然将 质 进水行 分 的极其 它 法方更 客观 同 时正 使 用确了 重 权考 虑了不 指同标 在水 质 分 级 中的 不 同 作 用 因此分 类结 果更 准 更 符合确客 观 实 际 况
情 ,,
。,
,
,
本
文 从 地 下只 水水 质 方面 对 地下水 环 境 功 进行 能 划 分了 从 这 单 一 点来定论 还不 十 分 面
全
因 。 地 为下 水环 境功 能 规划 是 系在 分 析 统地 质 文 水质 地地下 水 开发 利用 状 及现地 下
、
、
、
水 水质 水
量 等 有现资 料的基 础 上 握掌地 下水 环 境 的 现 状 功 能 并 结合 标 准对其 进行 评 价和 定量 策 决条 件下 通 过综 合 分 析才能 得 出
,
。
,