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聚类分析法在水质监测断面水质分析中的应用

更新时间:2009-03-28

随着人口的增长和社会工业化进程的发展,水污染成为一个全球性的问题[1]。水污染治理刻不容缓,其中模糊聚类分析[2-5]是定量研究分类问题的一种多元统计方法,它的应用非常广泛,相关研究也不少[6-7],但是以滏阳河为研究对象的还比较少见。滏阳河的水质污染严重,污染水体中的污染物种类复杂,因此难以对水质进行总体的评价。本文通过聚类分析方法较好地解决了这一问题,通过对水质监测指标数据的统计分析,综合比较各监测断面水质指标数据的关系,将监测断面进行合理归类,从而可以进一步对水质进行治理监测。

1 滏阳河流域水环境概况

滏阳河是子牙河水系的一条重要支流,它发源于邯郸市峰峰矿区的黑龙洞泉群,流经邯郸市的5县5区,境内全长为165 km,流域面积为2 747 km2。据东武仕[8-9]水文站对滏阳河的观测结果显示,滏阳河多年的平均径流量为4.09亿m3,多年的平均流量为12 m3 /s。流经邯郸市时,由于受到东武仕水库与张庄桥截制阀的控制,其最大流量为35 m3 /s,而最小流量为0.65 m3 /s[10]

本文选取了八个监测断面,分别为:南留旺、东武仕水库、木鼻、张庄桥、沁河苏曹站、苏里、莲花口和曲周南干渠。监测指标为总氮、总磷、氨氮、高锰酸钾指数和COD共五项(表1)。评价标准采用《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水质评价标准。

在中国石油集团公司物资装备部和专业分公司的大力支持下,渤海装备按照物资采购建立区域集中储备中心的工作要求,在国内最大烟气轮机制造企业兰州石油化工机械厂建立了中石油烟气轮机集中备件储备库,集中储备了中石油集团所属各大炼厂的烟气轮机轮盘、动叶片、主轴等十大类近700件/套的关键备件。

对所有监测断面的各项指标的趋势变化做简要分析如图1所示:南留旺除总氮较高外,其他指标均较低,其中南留旺、东武仕水库、木鼻和张庄桥四个监测断面的各项指标均比较接近,沁河苏曹站和曲周南干渠的监测指标水平比较接近且稍高,而苏里和莲花口则是污染最严重的地方。以苏里和莲花口的氨氮为例,发现近些年来氨氮呈现下降趋势,水质污染情况有所好转(图2)。

[4]王 晶,孙世群,邵 超.模糊聚类分析法在水质监测断面优化中的应用[J].广州化工,2012,40(7):153-160.

2 聚类分析的应用

由图3聚类分析树状图可知:将8个监测断面分为3类较为合理,即:Ⅰ类监测断面包括木鼻、张庄桥、东武仕水库、南留旺四个监测站点;Ⅱ类监测断面包括沁河苏曹站和曲周南干渠两个监测站点;Ⅲ类监测断面包括苏里和莲花口两个监测站点。此类结果监测断面所在地理位置有着很大的关系。

为了让不同监测指标之间的数据具有可比性,分析中应该首先对原始数据进行标准化处理,将其转化为无量纲的污染指数[11],换算公式为(Zi为标准化数据,Ci为监测指标的实测值,Cs为监测指标的评价标准值);经过标准化后数据见表2。

将各断面监测数据进行模糊聚类分析,采用SPSS软件进行计算,结果如图3所示。

  

图1 所有监测断面各项指标的变化趋势Fig.1 Changing trend of all monitoring indexes in each monitoring site

  

图2 氨氮的变化趋势Fig.2 Changing trend of ammonia nitrogen

  

图3 聚类分析树状图Fig.3 Dendrogram of cluster analysis

 

表1 滏阳河监测断面污染物数值 (单位:mg/L)Tab.1 The pollutant value in monitoring section of Fuyang River

  

监测断面 断面编号 总氮 总磷 氨氮 高锰酸钾指数 COD南留旺 1 5.76 0.08 1.50 4.36 10.95东武仕水库 2 3.83 0.16 1.85 5.90 10.52木鼻 3 3.42 0.21 1.50 5.32 35.89张庄桥 4 2.65 0.24 1.26 5.86 32.75沁河苏曹站 5 6.24 0.70 5.07 14.26 54.57苏里 6 9.16 1.29 8.13 25.05 102.22莲花口 7 11.43 1.41 10.28 21.05 134.16曲周南干渠 8 8.18 0.80 6.93 15.65 84.14

 

表2 标准化矩阵 (单位:mg/L)Tab.2 Standardized matrix

  

监测断面 断面编号 总氮 总磷 氨氮 高锰酸钾指数 COD南留旺 1 5.76 0.41 1.50 0.73 0.55东武仕水库 2 3.83 0.81 1.85 0.98 0.53木鼻 3 3.42 1.03 1.50 0.89 1.79张庄桥 4 2.65 1.20 1.26 0.98 1.64沁河苏曹站 5 6.24 3.51 5.07 2.38 2.73苏里 6 9.16 6.45 8.13 4.18 5.11莲花口 7 11.43 7.07 10.28 3.51 6.71曲周南干渠 8 8.18 3.99 6.93 2.61 4.21

本文利用聚类法对滏阳河部分河段的八个监测站点进行分类分析,最终将其分为三类,对滏阳河水质监测提供了有效的参考。

总而言之,新课改下的初中英语课堂应该是学生主动学习、主动探究的课堂,教是为了做到不教,教师要从课前预习过程中正确引导做起,在课前预习、课堂引导以及教学评价过程中教会学生学习,锻炼初中生的能力,鼓励他们积极进取,让学生在有限的英语学习时间内获得最佳学习效果,获得更多收获。

3 结论

Ⅰ类监测断面(南留旺、东武仕水库、木鼻、张庄桥)位于监测河段的中上游,水体浩大,流速缓,有利于污染物的沉淀和生物降解,水体的自净能力较高,因此水质也较好。

Ⅱ类监测断面(沁河苏曹站、曲周南干渠),沁河苏曹站是邯郸市联纺路附近所设的站点,由于沿途污染企业开始逐渐增加,导致水质开始恶化,而曲周南干渠的水质由于在长时间的沉降、降解等作用,相对于苏里和莲花口两个站点的水质得到了好转。

从聚类结果可以明显发现,第Ⅲ类监测断面和第Ⅱ类监测断面的水质污染较为严重,而这些监测断面均位于邯郸市区内或者是经过市区以后的一段距离内。因此邯郸市区内的重污染企业仍是水污染的主要污染源。加强对企业污水达标排放的控制对于滏阳河水质的改善可以取得良好的效果。

Ⅲ类监测断面(苏里、莲花口),监测断面是通过邯郸市区后所设的两个监测点。由于邯郸市区有大量的电厂、化工区、印染和纺织等重污染企业,各种污染物在水中难以短时间内得到净化从而积累下来。有机污染物及其它污染指标均较为严重。即使莲花口离邯郸市市区较远,但水质仍非常严重。

参考文献:

2.2 病原菌排位 2012-2016年病原菌的排位中,居前三位的革兰阴性菌依次是大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌;居前三位的革兰阳性菌依次是金黄色萄萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌、肠球菌,这六种菌占检出菌的38.01%;真菌以白色念珠菌最常见,占检出真菌的55.10%;具体见表2。

超宽带技术是近几年发展起来的一种新型的通信技术,其带宽到中心频率比大于0.2且信号的总带宽大于500MHz[10]。由于其非常大的带宽,其脉冲具有非常短的持续时间,所以UWB具有非常高的时间分辨率,使得UWB定位相比于其他基于信标的定位法拥有更高的室内定位精度。UWB定位系统理论上可以达到厘米级甚至更高的定位精度[11],但是实际的室内环境往往存在遮挡,且脉冲信号易发生反射和折射,影响UWB的测距精度,从而降低了其定位精度。

由表7结果分析,按选取的最佳工艺进行提取,浸膏得率可控制在36%左右,葛根素含量达到4.07 mg∕g,总体优于正交试验时任何一次试验,证明上述正交试验所得到的最佳水提工艺为最佳,并表明优选的工艺稳定可行,重现性好。

[1]石 虹.浅谈全球水资源态势和中国水资源环境问题[J].水土保持研究,2002,9(1):145-150.

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[3]张 旋,王启山,于 淼,等.基于聚类分析的水质标识指数和水质评价方法[J].环境工程学报,2010,4(2):476-480.

路过安徽师范大学,隔壁的南方书店犹在,汪应泽老师的萃文书店,不见踪影……如今的梦里,依然频繁出没于小城书店。或者,正在奋力考试……铃声已响,卷面上尚有大半未答题,无比绝望……这样的梦魇追随许多年——给一个人造成的阴影太深了,永无修复的可能。

[2]张文彤,董 伟.SPSS统计分析高级教程[M].第2版.北京:高等教育出版社,2013:287.

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[8]李树文,王若男,龙亚会,等.滏阳河东武仕水库至苏里桥段水质模型研究[J].科学技术与工程,2015,15(3):300-303.

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[11]周志军,潘三军,杨培慧.SPSS模糊聚类分析法在水质监测断面聚类分析中的应用[J].仪器仪表与分析监测,2007(4):32-35.

 
高爽,朱长军,李步东
《河北工程大学学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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