模糊聚类分析方法在水质评价中的应用

方法在水质评价 中的应用 ，并将评 价结果与现行 水质评价 方法——单 因子评价 法评价 结果进行 比较 、分析。
关 键 词 ：模 糊 聚 类 ；水 质评 价 ； 应 用
中图分类号 ：Ｘ８ ５ ２
文献标 识码 ：Ａ
水作 为人类赖 以生存 的重要资源之一 ，在人类社会 的生产 生活 中发挥着不可替代 的重要作用 。近年来 ，随着工农业生产 的迅猛发展和现代化建设步伐 的不断加快 ，各类水污染 问题也 随之涌现 ，特别是饮用水源地水质污染 问题 ，已严重威胁到人 民的身体健康 。准确评价饮用水 源地水质状况 已成 为饮用水保 护 的重要课题 。 攀枝花市作为一个 少雨易旱的山地城 市 ，区域 内生 态环境 多样 ，尤其是广大农村 地区饮用水水 源 ，受各类 环境因素影 响 水质状况 较为复杂。因此 ，使用模糊 聚类分析 方法对攀枝花 市 １ ４个乡镇饮用水源地水 质进行评 价 ，以更加完备评价结果 。 １ 模糊聚类方法介绍 模糊 聚类分析方法 ，是用数学方法定量地确定样本 的亲疏 关系 ，从而客观地划分类 型。事物之间的界限 ， 有些是确切 的 ， 有些则是模糊 的。例如人群 中的面貌相像程度之间 的界限是模 糊 的，天气 阴、晴之间 的界 限也是模糊的 。当聚类涉及事物之 间的模糊界限时 ，需运用模糊聚类分析方法。模糊聚类分析广 泛应用在气象预报 、地质 、农业 、林业等方面 。通常把被聚类 的事物称为样本 ，将被聚类 的一组事 物称 为样本集 。 ２ 模糊聚 类数学原理 对含有 ｍ个变量的 ｎ 个样本 ，按 （ ） １ 式进行正规化处理 ：
１４ ．
２． ３５ １． ７２
２ ４
０５ ．
１． １ ８ ２ ． ４
３３ －６
０４ ． ４
５５ ．１ ６２ － ５
０７ ． ４
０７ ． ６
Ｏ１ ． ００ ． ４
０８７ ． ４
１ ４
布德 水管站
７９ ． ４
１ ． ２
Ｏ１２ ．１
１． ６８
２１ ．３
表 １ 监测项 目及 数据 一览表
序 号 １ ２ ３
４
名称 同德集镇供水 站 平地集镇供水站 撒莲镇水厂
垭 口 自来 水 厂
ｐ Ｈ ８６ ． Ｏ ８３ ． ９ ７４ ． ９
７５ ．
高锰酸盐指数 １ ． ９ ２ １２ ‘
１ ． ２
氟化物 （以 Ｆ 计 ） 一 ０１ ８ ． ０ ００ ． ５ ００ ２ ． ９
ＯＯ ． ８
硫 酸盐（ｓ 。 氯化 物（ ｌ ｏ ） Ｃ计） 。 １． ４１ ２７ ． ４８ ．
３８ ．
硝酸盐 （ 计） Ｎ ０２ ．３ ０１ ＿ １１ ． ７
０５ ．７
铁 ０３ ． ２ ００ ． ３ ００ ． ３
Ｏ０ ．３
２５ ． ３１ ． １２ －
１ ． ３
５
６ ７
普威 镇水厂
湾 丘 彝族 乡水 厂 红格 提 灌站
８Ｏ ． ９
７５ ． ４ ７２ ． ６
１ ． ２
１２ ． １ ． ２
ＯＯ ７ ．ｌ
０１２ ． ２ ０２ ． ７
４９ ．
１ ２ ５－ ５２
１２ ．
１７ ． ７Ｉ ２８
Ｏ１ ． ６
０７ ．２ Ｏ２ ．
ＯＯ ． ３
０Ｏ ． ３ ０２ ．３
８
９
永兴镇 水厂
渔 门镇 水 厂
７８ ．３
８０ ． ７
１ － ４
１７ ．
０１ ３ ． ２
００ ７ ．９
３ ４
７ ． ４
０８ ．
１ ． ４
Ｏ１ ．７
Ｏ２ － ９
００ ．３
模糊 聚类分 析 方法在 水质 评价 中 的应用 周 黎 姚 毅 钟
模 糊 聚 类 分 析 方 法在 水 质 评 价 中的应 用
毅 周 黎 ，姚 ，钟 轶
１０ ０） （ 攀枝花市环境监测站 ，四 川 攀 枝 花 ６ ７０
摘 要 ：以攀枝花市 乡镇集 中式饮 用水源地水质评 价为例 ， 从原理 、计 算方法、评价过程 、原 因分析等 多个方面 阐述 了模糊聚类分析
１２ ． ５
０１５ ． ６
Ａ Ｉ Ｕ Ｔ Ｒ Ｎ Ｌ Ｅ ＨＮＯ ０ＧＹ １ １ ＧＲ Ｃ Ｌ Ｕ ＥＡ Ｄ Ｔ Ｃ Ｌ ８
农业 与技 术
第３ ２卷
第 ５期
２１ ０ ２年 ５月
使用上表监测数据 ，按前 文模糊 聚类数学原理 （ ） （ 为其附近存在 的大气污 染源排放 的 Ｓ ， Ｏ 等气体 经干湿沉 １ 一 ４） Ｏ 、Ｎ ， 式运算后 ，建立模糊矩 阵 Ｒ ，如表 ２ 所示 。 降进入 土壤 ，再 由土壤渗入地 下水水 源地或经地表径流汇人地 钵 钵 强 销 ¨ 粥 表 ２ 模 们 矩 阵船 糊 Ｒ 表水水 源地 。因此 ，大气 污染 源对 水源地水 质盐类含量 的影响 也不容 忽视 。 ０ ９ ６ ９ ０ ７ Ｏ ６ ０ 嘶 嘶 ６ 船 硌 ５ 刚 ＝ ∞ Ｏ ８ Ｏ Ｏ ６ 矾 ０ ０ ０ ５ ２ Ｏ ８ 红格与新久 是盐 边县 工业 园区， 主要从事钒钛磁铁矿开采 、 洗选和加工 ， 源地 中铁浓度超标与钒钛磁铁矿上述生产有 关， 水 这就解 释了红格水 厂水质 中铁浓度 超标 的原因。当然也可能与 水源地周 同土壤 、岩石 中铁含量高有关 。 模 糊聚类将 同德集镇 供水 站列 为水 质居中的一类 ，其原因 在 于该 水源地 水质 中铁 有轻微超 标 （ ． 倍 ）。该 水源地 属湖 ０１ 库 型，其保护区 内没有工业企 业 ，但是在保护 区的侧 面 （ ０ ｍ ２０ 的陆域外 ） 有铁冶炼铸造企业 ，该企业排放 的含铁烟气对水源 地水质铁 的影响是存在的 。 ５ 结论 表 ３ 评 价 结 果 对 比表 在模糊矩阵 Ｒ 中取不 同 值 ， 得到从大到小人截分类图 ，
一
＝
（） ３
于是建立模糊相容矩阵 Ｒ：
１
２
Ｒ ＝
ｒｌ ｒ２ ２ ２
１
２
…
将模糊相容矩 阵 Ｒ按 （ ４）式改造 ：
Ｒ“ ０ Ｒ ： Ｒ （ ４）
若 Ｒ“０ Ｒ ＝Ｒ“ Ｒ“ 则 为模糊等价矩阵 ，记 为 Ｒ 在区间 （ ，１ 内取一定值 ，令 ０ ］
。
ｊ ｆ
。
当 ≥
（ ５）
当 ＜ｉ ｔ
・
，
Ｆ 孟
再按 （ — 式计算样本 间的相似系数 ： ６ ２）
ｒ
一
（） １
—
，
—
—
—
Leabharlann Baidu
—
一
（ ） ２
Ｘ
／ （
） ， ） （ ｘ
建立起 Ｒ Ｊ 截矩 阵 ，按 之 值 ，从 大到小 绘制 的 分类 系统 聚类 图 ，根据实 际情况 ，从 图上 取一适 当 值得合 理分类结果 。 ３ 模糊聚 类分析过程 对参与此 次评价 的 １ 个 乡镇饮用 水源地 ，选用 单因子评 ４ 价法评价浓 度较高 ，对 水质存在影 响的 ｐ Ｈ、高锰 酸盐指数 、 氟化物 、硫 酸盐 、氯化物 、硝 酸盐和铁七个项 目进行模糊聚类 分析 。其监测结果如表 １ 。
Ｏ１ ． ２
１ ０
１ １ １ ２
１ ３
新 九水务公 司
丙谷 山泉 水 厂 白马镇 永 ｒ
红格 水 厂
７４ ． ５
７５ ．１ ７４ ． ４
７０ ． ２
１
１ － ３ １５ ．
１ ． １
０３ ６ ． ２
Ｏ１２ ．ｌ ０２ ２ ．８
０５ ９ ． ７