主成分分析方法在水库水质综合评价中的应用
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紫坪铺水库水质变化分析及水质评价陈亚平;向艳;周文波;姜延雄【摘要】Based on monthly monitoring data of water quality of Zipingpu Reservoir during 2012 to 2015,the paper analyzed the change trend of water quality and nutrients of Zipingpu Reservoir,and discussed the variation law and influencing factors of the water quality.The results showed that in recent 4 years,the COD,NH3-N,TN,pH,BOD5 present significant yearly variation,COD,NH3-N,TN concentrations showed increasing trend while pH,BOD5 concentrations showed decreasing trends.Water quality spatial trend analysis showed that the spatial difference is prehensive nutrient index analysis showed the TLI of Zipingpu Reservoir is less than 30,which is oligotrophy,Shuimo County and Xuankou County had obvious impact on the nutritional status of the reservoir,and investigate and analyze source of pollution.%根据2012 ~2015年水质逐月监测数据,对紫坪铺水库水质和营养盐状态变化情况进行分析,探讨了紫坪铺水库水质演变规律和影响因素.结果表明:近4年紫坪铺水库COD、NH3-N、TN、pH、BOD5存在显著的年际变化,COD、NH3-N、TN处于上升趋势,pH、BOD5处于下降趋势;水质空间演变趋势分析表明紫坪铺水库空间差异性显著;综合营养盐指数分析表明,紫坪铺水库TLI小于30,属于贫营养.水磨镇和漩口镇对水库营养状况有明显影响,同时分析了映秀和水磨断面上游污染源来源.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2017(036)006【总页数】7页(P123-129)【关键词】紫坪铺水库;水质演变;水质评价;富营养化【作者】陈亚平;向艳;周文波;姜延雄【作者单位】四川省环境保护科学研究院,成都610041;成都纺织高等专科学校,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环保科技工程有限责任公司,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环保科技工程有限责任公司,成都610041【正文语种】中文【中图分类】X524水库是介于河流和湖泊之间的半人工水体,是人类水资源利用的重要手段;水库作为区域性调水和蓄水单元,对缓解城市供水矛盾起到至关重要的作用,其水质变化和营养状况是人们关注的重要方向。
第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1研究背景水资源是人类社会发展的基础,是人们赖以生存的主要资源之一。
对于任何一个城市的经济发展来说,水资源的短缺都是一个致命的问题。
宁波市作为中国的一个水资源相对匮乏的城市,在发展经济的同时,城市的供水要求也在不断的提升,根据世界上其他的发达国家的资源利用情况,可以看出当城市经济发展到一定水平的时候,对于水资源的需求已经从对水量的需求转换成对水质的需求。
对于一个城市的发展评判的一个重要的标准就包括城市供水状况,所以对于一个城市的快速发展必须要保障城市的供水安全。
过于注重发展经济,导致生态环境也越来越股恶劣。
生态文明在我国并不是一个陌生的概念,我国水利部积极响应党中央建设生态文明的号召,制定了水生态文明建设的制度政策体系,从多方面入手,根据各地区的环境差异制定了适用于不同地区的水生态文明建设方式,于 2012 年开始投入了第一批全国试点,这些试点都是以每个城市的市政府作为主导,然后城市水利局具体实施整合吸纳社会资源。
同时调动整合财政资金,巧妙利用市场,拓宽资金渠道,为水生态文明城市的建设打下了良好的资金链基础。
宁波市依山傍海,河流众多,是一座因水而兴的江南水城,这些先天的自然条件加上宁波市扎实的工程建设,对整个城市经济的良好发展打下了坚实的基础,另外也对整个宁波市的水资源的保护及高效的利用有了更加严苛的要求。
基于这样的大环境下,对于加强宁波市的生态文明建设、提升相关的硬件设施是非常有必要的。
本次研究根据水资源的相关准则,设定了对宁波市水生态文明的考核指标体系,然后利用标准的方式对宁波市在2012年到2016年间的生态文明进行了评判。
对于不足之处2016年水生态文明程度进行评价。
在此基础上,分析宁波市在试点过程中存在的问题和优势,提出了部分应对举措,为其他水生态文明城市的建设提供参考。
1.1.2研究意义水是一种非常重要的自然资源,渗透在自然与社会发展的方方面面。
基于主成分分析及聚类分析的太湖水质评价应用与解析摘要本文利用SPSS软件,将主成分分析运用于部分年份太湖水质的评价分析,并用k均值聚类及分层聚类的方法对分析结果进行了佐证。
本文在此仅作为样本间的优劣比较和定性分析,并据此解析其变化趋势。
关键词主成分分析;聚类分析;SPSS;太湖水质在研究复杂的实际问题时,往往需要对影响事物的多个变量进行大量的观测,这样的研究方法在提供丰富信息的同时,其许多变量间都存在相关性,因而统计数据反映的信息在一定程度上有重叠。
利用主成分分析可以很好的解决这一问题。
主成分分析和聚类分析在各领域都有广泛的应用,利用SPSS软件进行数据处理后即可得到建模参数,计算后一般可获得比较清晰且可信的分析结果。
本文仅以2000年后太湖水质评价分析为例,说明主成分分析在实际问题中的运用,此外,利用聚类分析为主成分分析的结果提供参考和佐证。
1 原理1.1 主成分分析主成分分析可以通过变量变换的方法将众多线性相关的指标转换为少数线性无关的指标,在保证信息比较完整的情况下实现对数据的降维,便于进行评价分析。
1.2 聚类分析聚类分析一般用样本或变量间的空间距离和相似系数,来描述差异的大小,进而归类。
基本原则就是使类内部差异最小的同时类间差异尽量大。
常用的聚类算法有k均值聚类和分层聚类,后者又可分为R聚类(对变量进行聚类)和Q聚类(对样本进行聚类)。
以上分析多可以借助SPSS软件进行。
2 实证分析水质监测指标包括了水温(WT)、水深、透明度(SD)、高锰酸盐指标(CODMn)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、硝态氮(NO3-N)、总磷(TP)、化学耗氧量(CODcr)、水中氨氮含量指标(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)以及重金属等。
根据前人的论文研究,在上述指标中选取了水质分析比较重要的六类指标作为本文的分析数据。
注:数据引自于太湖水资源保护局2000-2005《太湖流域及东南诸河地区省界水体水资源质量状况通报》2.1 主成分分析2.1.1 数据处理将表1数据经过标准化处理,利用得到的系数矩阵可以求解出协方差矩阵,进而求得特征值及特征向量。
白洋淀水环境质量评价杨丽伟;陈诗越【摘要】由于流域人类活动和气候干旱化的影响,白洋淀水体污染与富营养化日趋严重.通过对白洋淀湖水化学成分的分析,并运用与湖泊富营养化关系最为密切的Chla、TN、TP、CCDMn和SD作为评价参数,采用综合营养指数法确定湖水营养类型.湖水水质监测数据分析表明,白洋淀为重碳酸类钠组Ⅱ型水的偏碱性湖泊,综合营养指数法确定湖水为中-富营养级湖泊水体.主成分分析法结果显示,湖泊污染的主要因子是TP.借助硅藻及其组合分析了湖泊富营养化状况,发现白洋淀硅藻属种以耐营养种梅尼小环藻C yclotella meneghiniana (20.43%)和Cyclostephanos tholi formis (25.40%)为组合特征,表明湖泊水体已处于富营养化状态,水环境状况堪忧.【期刊名称】《南水北调与水利科技》【年(卷),期】2015(013)003【总页数】6页(P457-462)【关键词】白洋淀;水质特征;主成分分析;湖泊富营养化;沉积硅藻【作者】杨丽伟;陈诗越【作者单位】聊城大学环境与规划学院,山东聊城252059;江苏师范大学城市与环境学院,江苏徐州221116;江苏师范大学城市与环境学院,江苏徐州221116;山东省水土保持与环境保育重点实验室,临沂大学,山东临沂276000【正文语种】中文【中图分类】X542水是人类社会发展的基础性自然资源和战略性经济资源,是支撑地球生命系统的关键要素和生态系统良性运行的控制因子[1]。
但随着工业化、城镇化以及人口的增加,水质污染持续加剧,水体富营养化日趋严重。
环境保护部最近发布的《2012中国环境状况公报》表明我国富营养化湖泊(水库)达25.0%。
湖泊水环境状况是区域生态环境健康与否的标志,关系着区域生态环境演化的方向,影响着流域人民群众的生活和地方工农业的生产,对区域的可持续发展具有极为重要的意义[2]。
白洋淀是中国海河平原上最大的湖泊,处于京、津、石三大城市的中心地带,主要承接上游萍河、府河、漕河、唐河、瀑河、孝义河、潴龙河及白沟引河8条河流的洪沥水,是华北地区最大的淡水浅湖草本沼泽型湿地生态系统,在调洪蓄水、灌溉生产、航运渔业和调节生态平衡方面起着巨大的作用[3]。
第14卷 第6期2016年12月南水北调与水利科技S outh 2to 2North W ater Transfers and Water Science &Techn ology V ol.14N o.6Dec.2016研究与探讨收稿日期:2015212207 修回日期:2016202214 网络出版时间:2016200200网络出版地址:基金项目:国家自然科学基金面上项目(41271005);中国科学院地理科学与资源研究所秉维优秀青年人才计划(2015RC201);中国科学院青年创新促进会(2014041)Fund:National Natu ral Science Foundation of China(41271005);Program for /Bingw ei 0Excellent T alents in Institute of Geographic Sciencesand Natural Resources Research,CAS(2015RC201);C hina Youth Innovation Promotion As sociation,C AS(2014041)作者简介:花瑞祥(19922),男,安徽芜湖人,主要从事环境水文学研究。
E2mail:huarx.13s@igs 通讯作者:张永勇(19812),男,湖北京山人,副研究员,博士,主要从事流域水循环及环境水文学研究。
E 2mail:z han gyy003@igs DOI:10.13476/ki.nsbdqk.2016.06.031花瑞祥,张永勇,刘威,等.不同评价方法对水库水质评价的适应性[J].南水北调与水利科技,2016,14(4):1832189.H U A Rui 2x iang,ZH A N G Yo ng 2yo ng ,L IU Wei,et al.A daptability analy sis o f mult iple evaluatio n methods in reservo ir wat er quality evaluation [J].So ut h 2to 2N ort h Water T r ansfer s and W ater Science &T echno lo gy ,2016,14(4):1832189.(in Chinese)不同评价方法对水库水质评价的适应性花瑞祥1,2,张永勇1,刘 威3,杨逸航4(1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京100101;2.中国科学院大学北京100049;3.珠江水资源保护科学研究所,广州510610;4.河海大学水利水电学院,南京210098)摘要:目前水体水质评价方法众多,如何筛选合适方法对水质状况进行科学评价,是环境保护中一项基础性和重要性工作。
水质综合评价的方法水环境质量评价,就是通过一定的数理方法与手段,对某一水环境区域进行环境要素分析,对其作出定量描述通过水环境质量评价,摸清区域水环境质量发展趋势及其变化规律,为区域环境系统的污染控制规划及区域环境系统工程方案的制定提供依据。
1.指数评价法指数评价法可分为单因子污染指数法和水质综合污染指数法,单因子污染指数表示单项污染物对水质污染影响的程度,水质综合污染指数表示多项污染物对水质综合污染的影响程度。
(1)单因子污染指数法单因子污染指数法是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较以确定水质类别的方法。
即将每个水质监测参数与《国家地面水环境质量标准》(GB3838—2002)进行比较,确定水质类别,最后选择其中最差级别作为该区域的水质状况类别。
(2)水质综合污染指数法水质综合污染指数法是指在求出各个单一因子污染指数的基础上,再经过数学运算得到一个水质综合污染指数,据此评价水质,并对水质进行分类的方法。
对分指数的处理不同,决定了指数法的不同形式,有诸如简单迭加型指数、算术平均型指数、加权平均型指数、罗斯水质指数、内梅罗指数、黄浦江污染指数、豪顿水质指数等。
单因子污染指数只能代表一种污染物对水质污染的程度,不能反映水质整体污染程度:综合污染指数法是对整体水质做出的定量描述,这样的评价结果只能定性地说明污染程度是轻、严重还是非常严重,不能确定其功能类别为几类。
但是,只要项目、标准、监测结果可靠,综合评价在总体上是可以基本反映水体污染性质与程度的,而且便于同一水体在时间上、空间上的基本污染状况和变化的比较,所以现在进行水质污染评价时常采用这种方法。
2.基于模糊理论的水环境评价法由于水体环境本身存在大量的不确定因素,各个项目的级别划分、标准确定都具有模糊性。
因此,模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。
具有代表性的方法有:模糊综合评判法、模糊概率法、模糊综合指数法等,其中应用较多的是模糊综合评判法,这种方法根据各污染物的超标情况进行加权,但污染物毒性与浓度不成简单的比例关系,因此,这种加权不一定符合实际情况。