韩露+任霞+朱祥振+方波+李瑞雪

摘 要 水资源是人类日常生活中必不可少的，人们的大部分淡水资源来源于湖泊，对湖泊水的合理评价成为当前研究热点。本文主要基于、氨氮、、和五类指标，结合单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪模型对湖泊水质进行了系统的评价。能够为政府采取措施提供合理意见。

关键词 胡泊水质;模型;研究

中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水资源之一，同时也是一种易为人们直接利用的自然资源。随着湖泊流域和周边地区人口增长和经济快速发展，导致进入湖泊、、等污染物增加，致使水质恶化。在改善湖泊的水质之前，需对水质进行一个较为准确的评价，才能采取相应的措施。单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪都是良好的评价模型，但各有利弊。本文对这4个模型进行研究，以便综合运用，得到更准确的评价结果。

1 单因子指标对水质的评价

单因子污染指数法是的一种常用的水质评价方法，是将评价因子与评价标准进行比较，确定各个评价因子的水质类别，选取水质最差类别作为水体的综合水质类别。即用水体各检测项目的检测结果对照该项目的分类标准，确定其水质级别，在所有项目的水质级别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。

单因子污染指数表示、氨氮、、、，5个污染物对水质的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中为第类污染物的污染指数，为第类污染物的测定值，为第类污染物的评价标准，当，表示水体未被第类污染物污染;，表示水体被污染，具体数值可表示其超标程度。

计算出各污染物的污染指数，根据《地表水环境质量标准》（）的评价标准，确定各污染物的水质级别，选取最低水质级别作为综合水质级别。

2 层次分析对水质的评价

层次分析法用来考虑因素较多的决策问题，尤其当各个因素的重要性、影响力、或者优先程度难以量化的时候，层次分析法提供了一个科学的决策方法。下面利用层次分析法来确定湖泊水质相应的污染程度。步骤如下。

1）建立层次分析结构模型。

根据《地表水环境质量标准》的要求，将评价标准分为5类。通过对不同湖泊的水质选择并结合已有的水质评价标准选取了以下5个主要因素、氨氮、、、。从而加利层次结构如下：

2）构造判断矩阵。

根据5类水质的污染程度，分别确定它们之间的相对关系，以及各因素之间的影响，建立6个的判断矩阵。

3）特征值与特征向量。

利用得到各矩阵的特征值，从而确定各环境因子重要性的权重。

最后根据综合权重按最大权权重原则来确定相应污染程度。

4）一致性检验。

对上述步骤中的计算得到的结果进行一致性检验：

①计算一致性指标，;

②查找相应的平均随机一致性指标，;

③计算一致性比例，。

当时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则需对判断矩阵进行修正。

3 模糊综合评价

模糊综合评价是一种基于模糊数学的评价方法，根据模糊数学中的隶属度原则把定性评价转化为定量评价[1]，即综合隶属度。依据公式，按隶属度最大原则作出判断。

1）建立模糊评价矩阵。

根据上文所选取的影响因素以及评价标准建立模糊评价矩阵。该矩阵反映评价因子对各级水隶属度的一种转化关系。采用降半梯形分布，得到一元线性隶属度函数为：

其中，表示相邻两级水质的标准值，表示某因素的实际值。

根据上式得到各级评价因素的隶属度向量，

然后将各单因子评价集的隶属度行组成隶属度综合评价矩阵。

2）建立评价因子的权重矩阵。

由于权重是衡量各因素对水质污染程度影响相对大小的量，权重越大，则该因素对水质的影响也越大。因此根据不同指标的要求，对每个因子赋予不同的权重。该权重的确立比较主观。

3）水质评价。

根据公式可得到综合隶属度，从而确定该水质的类型，进行评价。

4 投影寻踪对水质的评价

投影寻踪是一种用以分析处理高维观测数据的统计方法，是将高维数据投影到低维空间，寻找能反映原高维数据结构或特征的投影，来研究高维数据。

1）样本数据的预处理。

设水质指标值样本集合为，其中表示第个样本的第个指标值，，分别为样本个数和指标个数。对数据进行标准化处理，各指标值越大，污染越严重，采用正向指标公式：

式中，为第个指标值的最小值和最大值，为指标特征值得归一化序列。

2）构造投影指标函数。

设为投影方向向量，样本在该方向上投影的特征值的表达式为

投影指标函数可表达为：

为投影值标准差，为投影值局部密度。

要求投影值其散布特征为：局部投影点尽可能的密集，最好形成一个团，在整体上的投影点团之间应尽可能散开[2-4]。

3）优化投影指标函数。

目标函数：

约束条件：

4）进行等级评价。

得到近似最佳投影方向后，计算待评价样本的投影值，两点投影值越接近越好。可对不同水质样本进行优劣排序。

5 总结

单因子评价法简单直观，能清晰反映出主要污染指标，不能准确反映水质的整体状况，只能用最差的单项指标的水质等级作为综合水质等级，缺少全面性和科学性。层次分析法虽能对水质的整体状况进行综合评价，但权重的确定缺少客观性。模糊综合评价法综合考虑了各指标对水质评价结果的影响，但计算较复杂。投影寻踪法避免了权重确定的随意性，能较好的从整体上对水质进行综合评价。我们应综合运用各种方法，对模型进行改进，得到更加准确的水质评价结果，以便采取合理保护措施。

参考文献

[1]陶涛，孙世群，姜栋栋，等.模糊综合评价在巢湖水质评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（12）：177-180.

[2]付强.投影寻踪模型及其在水文水资源系统分析中的应用[J].黑龙江水专学报，2008，35（4）：80-85.

[3]张磊.我国建筑可持续发展水平评价分析—基于投影寻踪原理[J].技术经济与管理研究，2011（11）：105-107.

[4]杨再强，张婷华，黄海静，等.北方地区日光温室气象灾害风险评价[J].中国农业气象，2013，34（3）：342-349.

作者简介

韩露，江苏连云港人，徐州工程学院学生，主要从事水污染研究。endprint

摘 要 水资源是人类日常生活中必不可少的，人们的大部分淡水资源来源于湖泊，对湖泊水的合理评价成为当前研究热点。本文主要基于、氨氮、、和五类指标，结合单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪模型对湖泊水质进行了系统的评价。能够为政府采取措施提供合理意见。

关键词 胡泊水质;模型;研究

中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水资源之一，同时也是一种易为人们直接利用的自然资源。随着湖泊流域和周边地区人口增长和经济快速发展，导致进入湖泊、、等污染物增加，致使水质恶化。在改善湖泊的水质之前，需对水质进行一个较为准确的评价，才能采取相应的措施。单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪都是良好的评价模型，但各有利弊。本文对这4个模型进行研究，以便综合运用，得到更准确的评价结果。

1 单因子指标对水质的评价

单因子污染指数法是的一种常用的水质评价方法，是将评价因子与评价标准进行比较，确定各个评价因子的水质类别，选取水质最差类别作为水体的综合水质类别。即用水体各检测项目的检测结果对照该项目的分类标准，确定其水质级别，在所有项目的水质级别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。

单因子污染指数表示、氨氮、、、，5个污染物对水质的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中为第类污染物的污染指数，为第类污染物的测定值，为第类污染物的评价标准，当，表示水体未被第类污染物污染;，表示水体被污染，具体数值可表示其超标程度。

计算出各污染物的污染指数，根据《地表水环境质量标准》（）的评价标准，确定各污染物的水质级别，选取最低水质级别作为综合水质级别。

2 层次分析对水质的评价

层次分析法用来考虑因素较多的决策问题，尤其当各个因素的重要性、影响力、或者优先程度难以量化的时候，层次分析法提供了一个科学的决策方法。下面利用层次分析法来确定湖泊水质相应的污染程度。步骤如下。

1）建立层次分析结构模型。

根据《地表水环境质量标准》的要求，将评价标准分为5类。通过对不同湖泊的水质选择并结合已有的水质评价标准选取了以下5个主要因素、氨氮、、、。从而加利层次结构如下：

2）构造判断矩阵。

根据5类水质的污染程度，分别确定它们之间的相对关系，以及各因素之间的影响，建立6个的判断矩阵。

3）特征值与特征向量。

利用得到各矩阵的特征值，从而确定各环境因子重要性的权重。

最后根据综合权重按最大权权重原则来确定相应污染程度。

4）一致性检验。

对上述步骤中的计算得到的结果进行一致性检验：

①计算一致性指标，;

②查找相应的平均随机一致性指标，;

③计算一致性比例，。

当时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则需对判断矩阵进行修正。

3 模糊综合评价

模糊综合评价是一种基于模糊数学的评价方法，根据模糊数学中的隶属度原则把定性评价转化为定量评价[1]，即综合隶属度。依据公式，按隶属度最大原则作出判断。

1）建立模糊评价矩阵。

根据上文所选取的影响因素以及评价标准建立模糊评价矩阵。该矩阵反映评价因子对各级水隶属度的一种转化关系。采用降半梯形分布，得到一元线性隶属度函数为：

其中，表示相邻两级水质的标准值，表示某因素的实际值。

根据上式得到各级评价因素的隶属度向量，

然后将各单因子评价集的隶属度行组成隶属度综合评价矩阵。

2）建立评价因子的权重矩阵。

由于权重是衡量各因素对水质污染程度影响相对大小的量，权重越大，则该因素对水质的影响也越大。因此根据不同指标的要求，对每个因子赋予不同的权重。该权重的确立比较主观。

3）水质评价。

根据公式可得到综合隶属度，从而确定该水质的类型，进行评价。

4 投影寻踪对水质的评价

投影寻踪是一种用以分析处理高维观测数据的统计方法，是将高维数据投影到低维空间，寻找能反映原高维数据结构或特征的投影，来研究高维数据。

1）样本数据的预处理。

设水质指标值样本集合为，其中表示第个样本的第个指标值，，分别为样本个数和指标个数。对数据进行标准化处理，各指标值越大，污染越严重，采用正向指标公式：

式中，为第个指标值的最小值和最大值，为指标特征值得归一化序列。

2）构造投影指标函数。

设为投影方向向量，样本在该方向上投影的特征值的表达式为

投影指标函数可表达为：

为投影值标准差，为投影值局部密度。

要求投影值其散布特征为：局部投影点尽可能的密集，最好形成一个团，在整体上的投影点团之间应尽可能散开[2-4]。

3）优化投影指标函数。

目标函数：

约束条件：

4）进行等级评价。

得到近似最佳投影方向后，计算待评价样本的投影值，两点投影值越接近越好。可对不同水质样本进行优劣排序。

5 总结

单因子评价法简单直观，能清晰反映出主要污染指标，不能准确反映水质的整体状况，只能用最差的单项指标的水质等级作为综合水质等级，缺少全面性和科学性。层次分析法虽能对水质的整体状况进行综合评价，但权重的确定缺少客观性。模糊综合评价法综合考虑了各指标对水质评价结果的影响，但计算较复杂。投影寻踪法避免了权重确定的随意性，能较好的从整体上对水质进行综合评价。我们应综合运用各种方法，对模型进行改进，得到更加准确的水质评价结果，以便采取合理保护措施。

参考文献

[1]陶涛，孙世群，姜栋栋，等.模糊综合评价在巢湖水质评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（12）：177-180.

[2]付强.投影寻踪模型及其在水文水资源系统分析中的应用[J].黑龙江水专学报，2008，35（4）：80-85.

[3]张磊.我国建筑可持续发展水平评价分析—基于投影寻踪原理[J].技术经济与管理研究，2011（11）：105-107.

[4]杨再强，张婷华，黄海静，等.北方地区日光温室气象灾害风险评价[J].中国农业气象，2013，34（3）：342-349.

作者简介

韩露，江苏连云港人，徐州工程学院学生，主要从事水污染研究。endprint

摘 要 水资源是人类日常生活中必不可少的，人们的大部分淡水资源来源于湖泊，对湖泊水的合理评价成为当前研究热点。本文主要基于、氨氮、、和五类指标，结合单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪模型对湖泊水质进行了系统的评价。能够为政府采取措施提供合理意见。

关键词 胡泊水质;模型;研究

中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0173-02

湖泊是最重要的淡水资源之一，同时也是一种易为人们直接利用的自然资源。随着湖泊流域和周边地区人口增长和经济快速发展，导致进入湖泊、、等污染物增加，致使水质恶化。在改善湖泊的水质之前，需对水质进行一个较为准确的评价，才能采取相应的措施。单因子指标、层次分析法、模糊综合评价以及投影寻踪都是良好的评价模型，但各有利弊。本文对这4个模型进行研究，以便综合运用，得到更准确的评价结果。

1 单因子指标对水质的评价

单因子污染指数法是的一种常用的水质评价方法，是将评价因子与评价标准进行比较，确定各个评价因子的水质类别，选取水质最差类别作为水体的综合水质类别。即用水体各检测项目的检测结果对照该项目的分类标准，确定其水质级别，在所有项目的水质级别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。

单因子污染指数表示、氨氮、、、，5个污染物对水质的污染程度，其污染程度可用下式求得：

式中为第类污染物的污染指数，为第类污染物的测定值，为第类污染物的评价标准，当，表示水体未被第类污染物污染;，表示水体被污染，具体数值可表示其超标程度。

计算出各污染物的污染指数，根据《地表水环境质量标准》（）的评价标准，确定各污染物的水质级别，选取最低水质级别作为综合水质级别。

2 层次分析对水质的评价

层次分析法用来考虑因素较多的决策问题，尤其当各个因素的重要性、影响力、或者优先程度难以量化的时候，层次分析法提供了一个科学的决策方法。下面利用层次分析法来确定湖泊水质相应的污染程度。步骤如下。

1）建立层次分析结构模型。

根据《地表水环境质量标准》的要求，将评价标准分为5类。通过对不同湖泊的水质选择并结合已有的水质评价标准选取了以下5个主要因素、氨氮、、、。从而加利层次结构如下：

2）构造判断矩阵。

根据5类水质的污染程度，分别确定它们之间的相对关系，以及各因素之间的影响，建立6个的判断矩阵。

3）特征值与特征向量。

利用得到各矩阵的特征值，从而确定各环境因子重要性的权重。

最后根据综合权重按最大权权重原则来确定相应污染程度。

4）一致性检验。

对上述步骤中的计算得到的结果进行一致性检验：

①计算一致性指标，;

②查找相应的平均随机一致性指标，;

③计算一致性比例，。

当时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则需对判断矩阵进行修正。

3 模糊综合评价

模糊综合评价是一种基于模糊数学的评价方法，根据模糊数学中的隶属度原则把定性评价转化为定量评价[1]，即综合隶属度。依据公式，按隶属度最大原则作出判断。

1）建立模糊评价矩阵。

根据上文所选取的影响因素以及评价标准建立模糊评价矩阵。该矩阵反映评价因子对各级水隶属度的一种转化关系。采用降半梯形分布，得到一元线性隶属度函数为：

其中，表示相邻两级水质的标准值，表示某因素的实际值。

根据上式得到各级评价因素的隶属度向量，

然后将各单因子评价集的隶属度行组成隶属度综合评价矩阵。

2）建立评价因子的权重矩阵。

由于权重是衡量各因素对水质污染程度影响相对大小的量，权重越大，则该因素对水质的影响也越大。因此根据不同指标的要求，对每个因子赋予不同的权重。该权重的确立比较主观。

3）水质评价。

根据公式可得到综合隶属度，从而确定该水质的类型，进行评价。

4 投影寻踪对水质的评价

投影寻踪是一种用以分析处理高维观测数据的统计方法，是将高维数据投影到低维空间，寻找能反映原高维数据结构或特征的投影，来研究高维数据。

1）样本数据的预处理。

设水质指标值样本集合为，其中表示第个样本的第个指标值，，分别为样本个数和指标个数。对数据进行标准化处理，各指标值越大，污染越严重，采用正向指标公式：

式中，为第个指标值的最小值和最大值，为指标特征值得归一化序列。

2）构造投影指标函数。

设为投影方向向量，样本在该方向上投影的特征值的表达式为

投影指标函数可表达为：

为投影值标准差，为投影值局部密度。

要求投影值其散布特征为：局部投影点尽可能的密集，最好形成一个团，在整体上的投影点团之间应尽可能散开[2-4]。

3）优化投影指标函数。

目标函数：

约束条件：

4）进行等级评价。

得到近似最佳投影方向后，计算待评价样本的投影值，两点投影值越接近越好。可对不同水质样本进行优劣排序。

5 总结

单因子评价法简单直观，能清晰反映出主要污染指标，不能准确反映水质的整体状况，只能用最差的单项指标的水质等级作为综合水质等级，缺少全面性和科学性。层次分析法虽能对水质的整体状况进行综合评价，但权重的确定缺少客观性。模糊综合评价法综合考虑了各指标对水质评价结果的影响，但计算较复杂。投影寻踪法避免了权重确定的随意性，能较好的从整体上对水质进行综合评价。我们应综合运用各种方法，对模型进行改进，得到更加准确的水质评价结果，以便采取合理保护措施。

参考文献

[1]陶涛，孙世群，姜栋栋，等.模糊综合评价在巢湖水质评价中的应用[J].环境科学与管理，2010，35（12）：177-180.

[2]付强.投影寻踪模型及其在水文水资源系统分析中的应用[J].黑龙江水专学报，2008，35（4）：80-85.

[3]张磊.我国建筑可持续发展水平评价分析—基于投影寻踪原理[J].技术经济与管理研究，2011（11）：105-107.

[4]杨再强，张婷华，黄海静，等.北方地区日光温室气象灾害风险评价[J].中国农业气象，2013，34（3）：342-349.

作者简介

韩露，江苏连云港人，徐州工程学院学生，主要从事水污染研究。endprint