基于全排列多边形综合图示法的水质评价.doc

基于全排列多边形综合图示法的水质评价.doc基于全排列多边形综合图示法的水质评价基于全排列多边形综合图示法的水质评价摘耍针对水质评价指标的多样性和由单指标给出评价结果的不相容性,为对各级指标进行综合评价,提出了全排列多边形综合图示评价方法。该方法综合考虑了各级指标临界值对综合指标的放大和紧缩效应,反映了整体大于或者小于部分之和的系统整合原理。该方法与主成分分析法相比,能够克服主成分分析法要求影响水质的各项指标之间的关系都为线性关系的缺点。为有效地评估南水北调东线源头水质情况,建立了基于全排列多边形综合图示法的南水北调东线源头水质评价模型。最后,以长江芒稻河断而和屮泓两个断面2001-2008年的水质监测数据为例对模型进行验证,结果表明:2001-2008年中泓断面的水质基本满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中第I类水质评价标准,而芒稻河断面的水质基本满足第I【类水质评价标准。总体上,中泓断面的水质优于芒稻河断面的水质,近年来,由于受工业或生活污水影响,两断面的水质状况都呈逐年恶化的趋势。关键词水质评价;全排列多边形综合图示法;南水北调中图分类号X824文献标识码A文章编号1002-2104(2011)09-0026-06doi:.1002-,它对缓解沿线地区水资源短缺,改善受水区生态环境,促进该地区经济和社会的持续稳定发展具有巨大作用o而调水水质的好坏直接影响到水资源的使用价值和沿线地区经济和社会的发展,决定着南水北调工程的实际效益,同时也将对输水沿线水环境产生重耍影响。江苏江都市这一部分是东线工程,从长江下游江苏省江都市抽引长江水,利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北上,并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南北经隧洞穿黄河,流经山东、河北至天津。输水主干线长1156kin;一路向东经济南输水到烟台、威海,输水线路长701kmo水质评价是以定量的方式直观表征水环境的质量状况[1],通过水质评价可以了解水环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律,从而为水环境质量的科学管理和规划提供科学依据。水环境质量评价作为生态环境质量评估的主要内容之一,由于水环境系统是由多种污染指标变量组成的复杂系统,各个因子之间具有不同程度的相关,每一因子都只从某一方面反映水环境质量,因此依据独立的水环境因子作出综合评价有一定的难度[2]。目前,水质多指标综合评价方法主要有综合加权法、理想点法、DSS评判法、向量排序法等方法,这些方法单纯将多维指标求和压缩成一维指标,不具任何儿何意义[6-10]。因此,为了能够更好地综合评价水环境质量,我们引入生态城市评价方法(全排列多边形图示指标法),全排列多边形图示指标法既有单项指标乂有综合指标,既有儿何直观图示,乂有代数解析数值,既有静态指标,乂有动态趋势;每个指标都有上限、下限和阈值;与传统简单加权法相比,不用专家主观评判权系数的大小,只要确定与决策相关的上限、下限和临界值即可,减少了主观随意性[3]。本文将全排列多边形图示指标法应用在南水北调东线源头水质评价中,利用该方法对江都市长江芒稻河二水厂断面和嘶马闸东中泓断面水质进行评价,取得了较好的效果。1全排列多边形综合图示法基本原理吴琼、陈亮、王如松等学者在对生态城市进行评价吋,提出了全排列多边形综合图示法。该方法的基本思想是,设共有n个指标(标准化后的值),以这些指标的上限值为半径构成一个中心n边形,各指标值的连线构成一个不规则中心n边形,这个不规则中心n边形的顶点是n个指标的一个首尾相接的全排列,n个指标总共可以构成(n-1)!/2个不同的不规则中心n边形,综合指数定义为所有这些不规则多边形而积的均值与屮心多边形而积的比值[3,6]。指标值标准化方法釆用下列标准化函数:F(x)=a(x+b)x+c,aHO,x20F(x)满足F(L)=-1,F(T)=O,F(U)=1式中:L为指标x的下限,U为指标x的上限,T为指标x的阈值。根据上面3个条件,可得F(x)=(U-L)(x-T)(U+L-2T)x+UT+LT-2UL,aHO,xMO由F(x)的性质可知,标准化函数F(x)把位于区间EL,U]的指标值映射到】-1,1]区间。且映射后的值改变了指标的增长速度,当指标值位于临界值以下时,标准化后的指标增长速度逐渐降低,当指标位于临界值以上时,标准化后的指标增长速度逐渐增加,即指标由没有标准化以前的沿x轴的线性增长变为标准化后的快-慢-快的非线性增长,临界值为指标增长速度的转折点。因此,对于第i个指标xi,标准化计算公式为:Si=(Ui-Li)(xi-Ti)(Ui+Li-2Ti)xi+(Ui+Li)Ti-2UiLi(1)上式中,Li,Ti,Ui分别为指标xi的最小值,阈值和最大值