于 淼

(江蘇省如皋市碾砣港閘管理所，江蘇如皋226500)

1 葠窩水庫(kù)基本情況

1.1 葠窩水庫(kù)概況

葠窩水庫(kù)建成于1973年，是遼寧省大型水庫(kù)之一，位于遼陽(yáng)縣、燈塔縣和弓長(zhǎng)嶺區(qū)交界處的太子河干流上，距市內(nèi)40 km，庫(kù)區(qū)面積5 334 hm2。水庫(kù)下游是遼闊的渾太沖積平原，有大片肥沃的農(nóng)田和星羅棋布的村莊，是遼寧省主要產(chǎn)糧基地之一。水庫(kù)控制流域面積6 175 km2，占整個(gè)流域面積的44.5%，是流域內(nèi)主要的控制性工程。

本次對(duì)葠窩水庫(kù)評(píng)價(jià)的目的主要是準(zhǔn)確的反映目前的水體質(zhì)量和污染狀況，弄清水體質(zhì)量變化發(fā)展的規(guī)律，找出流域的主要污染問題，為水污染治理、水功能區(qū)劃以及水環(huán)境管理提供依據(jù)。

1.2 分析方法

采用灰色聚類法對(duì)葠窩水庫(kù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[1]。

灰色聚類法:把各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為聚類樣本，用n表示;把各個(gè)污染指標(biāo)作為聚類指標(biāo)，用m表示;把水質(zhì)類別作為聚類灰數(shù)，用k表示。

按照灰色聚類計(jì)算的一般步驟，即:給出對(duì)象的樣本值、確定各灰色白化函數(shù)、計(jì)算聚類權(quán)、確定聚類系數(shù)、構(gòu)造聚類向量、最后判斷聚類，依次進(jìn)行選取、計(jì)算。

葠窩水庫(kù)的監(jiān)測(cè)斷面選取的是1999年堤前監(jiān)測(cè)斷面、攔河監(jiān)測(cè)斷面、細(xì)河監(jiān)測(cè)斷面、庫(kù)中心監(jiān)測(cè)斷面、藍(lán)家崴子監(jiān)測(cè)斷面、胡巴什監(jiān)測(cè)斷面。水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果表見表1。

表1 葠窩水庫(kù)1999年水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果表

1.3 主要污染物變化趨勢(shì)分析

由表1葠窩水庫(kù)各監(jiān)測(cè)斷面不同水期污染物變化可看出:

1.3.1 枯水期變化趨勢(shì)分析

1)枯水期總氮量變化趨勢(shì)除2000年偏高外，其他年份平穩(wěn)，勿過大增加或減少，其中庫(kù)中心斷面1996年比同期2000年還要高，胡巴什斷面1995年最高。

2)氨氮變化趨勢(shì)為穩(wěn)定。

3)亞硝酸氮變化同氨氮。

4)硝酸氮變化1997年高于其他各年，但增幅不大。

5)COD的變化趨勢(shì)很明顯，1999年明顯高于其他年，其余年份變化不大。

6)BOD5的變化除1995年胡巴什斷面略高外，其余增幅不大。

1.3.2 豐水期變化趨勢(shì)分析

1)豐水期總氮變化趨勢(shì)平穩(wěn)，無過大增加或減少。

2)氨氮，亞硝酸單核硝酸氮均變化平穩(wěn)。

3)COD同枯水期一樣，仍然是1999年顯著高于其他年份，分析原音可能使出于監(jiān)測(cè)誤差，或是該年COD污染確實(shí)嚴(yán)重。

4)BOD5濃度變化不大，當(dāng)然1995年是個(gè)列外，其值明顯高于其他年份，分析原因可能是出于監(jiān)測(cè)誤差，或是該年COD污染確實(shí)嚴(yán)重;這也許是出于監(jiān)測(cè)誤差。

1.3.3 平水期變化趨勢(shì)

1)平水期總氮各年變化不大，都在3.0 mg/L左右浮動(dòng)。

2)氨氮變化同亞硝酸氨一樣，無明顯漲落。

3)亞硝酸按變化趨勢(shì)也是比較平穩(wěn)，除個(gè)別年份個(gè)別斷面略高外，其余呈平穩(wěn)變化趨勢(shì)，COD變化總體上是1998年高，但也有列外，如壩前斷面1996年最高，1998年反而最低。

4)庫(kù)中心斷面也是同樣情況。

5)BOD5總體上呈下降趨勢(shì)，這在眾多污染物紛紛逐年增高的趨勢(shì)中顯得難能可貴。

2 葠窩水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)

灰色聚類的目的是根據(jù)聚類系數(shù)的大小來判斷樣本所屬類別。聚類方法是將每個(gè)樣本對(duì)各個(gè)灰類的聚類系數(shù)組成聚類行向量，在行向量中聚類系數(shù)最大者所對(duì)應(yīng)的灰類即為該樣本所屬類別。然后將各個(gè)樣本同屬的灰類進(jìn)行歸納，便得灰色聚類的結(jié)果[2]。

視水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別類(GB3838—2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)為h個(gè)灰類，將某水域或水質(zhì)測(cè)點(diǎn)各觀測(cè)水質(zhì)因子當(dāng)做樣本進(jìn)行灰色聚類分析，則某測(cè)點(diǎn)各水質(zhì)因子的綜合聚類系數(shù)最大者對(duì)應(yīng)的灰類即為該測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)質(zhì)量級(jí)別。

按照國(guó)家地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的有關(guān)規(guī)定，葠窩水庫(kù)按照監(jiān)測(cè)要求設(shè)置斷面，庫(kù)區(qū)目前共設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，包括壩前、蘭河、細(xì)河、庫(kù)中心、藍(lán)家崴子、胡巴什等斷面。根據(jù)實(shí)測(cè)資料及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，選用評(píng)價(jià)參數(shù)為:總氮、總磷、溶解氧、COD.、BOD5、氨氮等、氰化物、揮發(fā)氛、六價(jià)鉻、鎘、鉛、銅等12項(xiàng)。

2.1 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理及處理結(jié)果

在灰色聚類中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理就是對(duì)水質(zhì)聚類樣本各個(gè)指標(biāo)的白化值Cki和灰類進(jìn)行無量綱化處理，以便對(duì)各樣本指標(biāo)進(jìn)行綜合分析使聚類結(jié)果具有可比性。

樣本指標(biāo)白化值的標(biāo)準(zhǔn)化的處理，這樣既可以達(dá)到無量綱化的目的，又可以反映污染物的相對(duì)污染狀況，計(jì)算公式為:

式中:dki為第k個(gè)樣本第i個(gè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值;C0i為第i個(gè)指標(biāo)的參考標(biāo)準(zhǔn)。其值一般視聚類對(duì)象所在水域的環(huán)境目標(biāo)而定。

利用該式將1999年葠窩水庫(kù)各水期的各個(gè)污染指標(biāo)以II級(jí)水質(zhì)作為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無量綱化處理，結(jié)果見表2。

表2 各污染指標(biāo)無量綱化結(jié)果

2.2 灰類的標(biāo)準(zhǔn)化處理

灰類的標(biāo)準(zhǔn)化處理是建立白化函數(shù)的必要條件。為便于原始白化數(shù)與灰類之間的比較分析，仍用C0i進(jìn)行灰類的無量綱化，公式為:

式中:rij為第i個(gè)指標(biāo)第j個(gè)灰類值Sij的標(biāo)準(zhǔn)化處理值;Sij為灰類值。以II級(jí)水質(zhì)為參考標(biāo)準(zhǔn)，利用該式對(duì)5個(gè)灰類進(jìn)行無量綱化處理，結(jié)果見表3。

表3 各灰類無量綱化結(jié)果

2.3 聚類分析及水質(zhì)分析

2.3.1 白化函數(shù)

白化函數(shù)是灰色聚類的基礎(chǔ)，是計(jì)算聚類系數(shù)的基本依據(jù)，它可反映聚類指標(biāo)對(duì)灰色聚類的親疏關(guān)系。通過計(jì)算，以算出壩前、壩中心斷面的白化值為例，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 壩前斷面枯季白化值

表5 壩前斷面豐季白化值

表6 庫(kù)中心斷面枯季白化值

表7 庫(kù)中心斷面豐季白化值

2.3.2 聚類權(quán)

聚類權(quán)是各指標(biāo)對(duì)某一灰類的權(quán)重，第i個(gè)指標(biāo)j個(gè)灰類的權(quán)重值 wij，wij=rij/Σriji∈(1，2………，n)，計(jì)算各污染物分別對(duì)5個(gè)水質(zhì)級(jí)別灰類的權(quán)重，見表8。

表8 聚類權(quán)及計(jì)算結(jié)果

2.3.3 聚類系數(shù)

聚類系數(shù)用于反映聚類樣本對(duì)灰類的親疏程度，可用灰數(shù)白化函數(shù)的生成而得到。第k個(gè)樣本關(guān)于第j個(gè)灰類的聚類系數(shù)，計(jì)算公式為:

從表9可以看出枯水期斷面壩前，胡巴什的五個(gè)聚類系數(shù)中，分別對(duì)灰類Ⅴ的聚類系數(shù)最大，即壩前，胡巴什的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅴ級(jí)。

蘭河，庫(kù)中心的聚類系數(shù)對(duì)灰類Ⅲ的聚類系數(shù)大，蘭河，胡巴什的水量質(zhì)量為Ⅲ級(jí)。細(xì)河，藍(lán)家崴字的聚類系數(shù)對(duì)灰類Ⅱ的聚類系數(shù)大，細(xì)河，藍(lán)家崴子的水量質(zhì)量為Ⅱ級(jí)。同理，豐水期壩前，蘭河，細(xì)河，庫(kù)中心，藍(lán)家崴子的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅲ級(jí)，胡巴什的水質(zhì)質(zhì)量為Ⅴ級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，壩前，蘭河，細(xì)河，庫(kù)中心，藍(lán)家崴子，胡巴什6個(gè)斷面的水質(zhì)質(zhì)量級(jí)別見表10。各斷面水質(zhì)一般，以細(xì)河，藍(lán)家崴子的水質(zhì)質(zhì)量為各斷面中的最好，但其水質(zhì)質(zhì)量仍然沒有達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，胡巴什斷面水質(zhì)質(zhì)量最差。

用灰色聚類法進(jìn)行水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)，能客觀實(shí)際地反映該水體的污染狀況，能將各年整個(gè)水域的污染狀況進(jìn)行較為詳細(xì)的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)正確把握水質(zhì)現(xiàn)狀以及實(shí)施水污染綜合整治提供比較具體的科學(xué)依據(jù)。灰色聚類法計(jì)算比較簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)結(jié)果正確，是一種比較好的評(píng)價(jià)方法。

表9 各斷面各水期聚類系數(shù)

表10 斷面水質(zhì)質(zhì)量分級(jí)表

[1]慕金波，侯克.聚類法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)，1990(32):21－87.

[2]鄭成德.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的灰色聚類法[J].水文，2000(29):6－56.