聚类分析在水环境质量评价中的应用进展.pdfVIP

第16卷 第3期 四 川 轻 化 工 学 院 学 报 Vol.16 No.3 JOURNAL OF SICHUAN INSTITUTE OF 2003年 9月 Sep.2003 文章编号：1008-438X（2003）03-0050-06 聚类分析在水环境质量评价中的应用进展 袁 东，付大友 （四川轻化工学院材料与化学工程系，四川自贡 643033） 摘 要：聚类分析法作为水环境质量评价的新方法已引起人们越来越多的关注。文章对这一 方法在国内水质评价中的应用进行了综述和展望。 关键词：聚类分析；水；环境质量评价 中图分类号：X824 文献标识码：A 水环境包括地球表面上的各种水体，如河流、湖泊、水库等地表水以及埋在土壤、岩石空隙 中的地下水。在各种水体中，除水之外，还包括水生生物和底质等。因此，水环境评价包括地表 水、地下水、水生生物、底质等的评价。随着水环境污染及水资源短缺现象越来越严重，水环境 质量的合理、正确评价也成为了非常重要的课题。而地表水和地下水是我国城市和工农业用水的 重要供水水源，近年来，随着城市建设、工农业发展，地表水和地下水的污染日益严重，这不仅 影响城市供水质量，影响工农业生产，而且直接影响了地下水资源的持续利用和保护。因此，对 环境质量评价来说，地表水和地下水评价就显得分外重要了。水质评价作为水环境评价的核心内 容，用数学模型方法进行这方面的定量化研究，国内目前常见的方法主要有单污染指数法、综合 [1～4] 污染指数法、分级加权评分法、概率统计法、模糊数学法等 ，因影响水环境质量的因素纷繁 复杂，以及所研究对象影响因素的不确定性，使得上述采用精确关联的方法对水环境质量的评价 大都存在一定的片面性，随着聚类分析这一模式识别方法应用的深入，其在环境质量评价中的应 用越来越受到重视，文献也越来越多，但目前还未见有关聚类分析用于环境质量评价方面的综述 性文献。为了使更多的环境工作者了解聚类分析这一方法在水环境质量评价中的应用进展，本文 对聚类分析的原理进行了简要介绍，对各种聚类方法在水环境质量评价中的应用进行了综述。 1 原 理 聚类分析是将研究的对象按其共性进行分类，以便系统地加以科学研究的一种有效方法，其 目的在于辨认在某些特征上相似的事物，并把事物就这些特征划分成若干类，使在同一类的事物 具有高度共质性，而不同类的事物具有高度相异性。在水环境质量评价中常用的聚类分析方法有 模糊聚类法、系统聚类法、灰色聚类法等。 模糊聚类分析是先计算各样本间的相似系数、相关系数、距离或其它表征相似程度的量来建 立样本间的模糊关系，再将模糊关系改造为模糊等价关系，然后，根据模糊等价关系，选取不同 的 截集，将样本分成若干类，最终完成模糊聚类分析。 系统聚类分析是首先将研究对象的各个个体各自作一类，然后根据个体间的关联程度，逐次 地将最接近的两类进行合并，每合并一次就减少一类。同时，计算新类与其余各类间的关联程度， 收稿日期：2003-06-09 作者简介：袁 东（1968-），四川南充人，讲师，硕士，主要从事环境监测、仪器分析方面的研究。 第16卷 第3期 袁 东等：聚类分析在水环境质量评价中的应用进展 51 再依照同样的方法进行合并，直到所有个体成为一类为止。 灰色聚类分析是充分利用已知信息，将灰色系统淡化、白化，其中灰色聚类分析法是以灰色 关联分析结果R值为基础的聚类方法，它是将聚类对象在不同聚类指标下，按灰类进行归纳，最 终达到评价结果。 水质评价是水环境评价的核心内容，它包含两方面的工作：一是就水质污染程度的评价、分 级；二是就水质污染相似性的分类研究。水质系统是由多种因子构成的复杂系统，水质质量受到 诸多指标的影响，每项指标从不同角度反映水质状况，但依据它们作综合评价却有一定难度，聚 类分析作为现代多元分析的一个重要分支，正是将多维因子纳入同一体系加以综合研究的定量化 方法，