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摘 要

以辐射沙洲近海为例，采用灰色聚类方法，综合考虑影响辐射沙洲地区水质的各种因素，选取具有代表性的指标，对其水质进行评价。结果表明，辐射沙洲区域水质较差，特别是SS含量超标。灰色聚类方法不仅反映了系统的灰色属性，而且反映了各评价指标的综合效果，能够客观地反映辐射沙洲区域的水质。因此，利用灰色聚类方法对辐射沙洲附近海域的水质进行评价是合理的，也可以为该地区水环境质量的保护提供参考。

关键词：评价标准，水质评价，灰色聚类法，辐射沙洲近岸海域

Abstract：In this paper, I choose the coastal water area of radial sand ridge as example, using grey clustering method, and considering the factors affect the quality of the radiation shoal waters, select representative indicators and evaluate water quality. The results show that radial sand ridge is in poor water quality, especially in excessive level of SS. Grey clustering method not only reflects the system of grey, also can reflect comprehensive effect of each index and the water quality condition of the radial sand ridge objectively. Thus, using grey clustering method to evaluate the sandbank the status of the nearshore sea area water quality has certain rationality, at the same time can also be used for the protection of the sea water environment quality in the region to provide reference basis.

Keywords：Evaluation criteria, water quality assessment, grey clustering method, the coastal water area of radial sand ridge

目 录

1 引言 6

2 灰色聚类法 6

2.1 水质聚类样本的构成 6

2.2 数据的标准化处理 7

2.2.1 样本指标的白化数的标准化处理 7

2.2.2 灰类的标准化处理 7

2.3 建立白化函数 7

2.4 求聚类权 8

2.5 求聚类系数 8

2.6 构造聚类向量及评价 9

3 案例研究——辐射沙洲 9

3.1 评价样本及标准 9

3.2 数据标准化处理 10

3.3 确定白化函数 11

3.3.1 对SS的白化函数 11

3.3.2 对其他指标的白化函数 11

3.4 聚类权和聚类系数的计算 11

结 论 13

参考文献 14

致 谢 15

1 引言

在我国，对水资源进行合理开发利用以及保护的工作分为很多形式，而水质评价是其中最为基础也是最为重要的一项工作。由于科技的发展与社会进步，水质评价的方法不再是单一的、简单的、片面的，其中不仅包括模糊数学法、综合污染指数法、集对分析法、还包括了层次分析法和灰色系统评价法等^[1]。尽管对于水质标准的评价方法种类较多也较为齐全，但是在评价中所提供的数据由于时空数据检测的有限性,因为各评价目标个体存在差异性，不同时间段评价个体状态的变化，往往提供的信息是不能涵盖全部内容和检测问题的，污染物与环境是相对独立却又彼此包含的个体，因此使他们之间存在着众多复杂多变、却又不得不考虑的联系，这也导致了这些联系中总带有很多不可消除的不确定性，这也恰恰是构成灰色系统的基本特征的重要原因^[2]。邓聚龙教授在我国首先提出的灰色系统理论系统为解决部分水质的评价监测提供了强大的理论基础，运用灰色聚类方法，通过灰色系统理论的基本概念和运算方法，使用关联矩阵或灰数的白化权函数，将一些监测指标和监测对象根据某些特殊性质，把他们聚类成几个不重复的且可定义的类别^[3]。灰色聚类法在环境问题的处理中运用广泛且更具说服力，例如在处理水质的污染分析和评价问题时，可以直接得到直观全面的聚类评价结果，不需要用以往的传统方法，先给整个事件一个临界的判断值，这样更加方便快捷，且更具直观性和易行性^[4]。因此，此法和目前常用的环境质量指数法相对比来说更加具有全面直观且具有更大说服力的优势优点，同时又比模糊综合评价的方法更为简便可操作、也更易在生产生活中得到推广^[5]。

径向沙坝是江苏省海岸带的重要组成部分。整个沙岭群水域南北长200公里，东西宽约90公里，水深0-30m^[6]。大多数山脊在退潮时以不同大小的沙洲的形式暴露出来。江苏沿海辐射沙洲是世界上最大的潮间带水下辐射沙洲脊，不仅具有鲜明的区域性特征，而且还有重要的经济发展、科学研究和文化保护意义^[7]。本文以辐射沙洲为例，采用灰色聚类法对辐射沙洲进行水质状况的评价，旨在了解其水质优劣的状况，从而可为该区域的海域水环境质量保护提供一定的参考。

2 灰色聚类法

灰色系统是一个既包含已知信息，又包含不确定信息的系统。它分为黑盒和白盒。聚类分析的数学原理是：利用数学方法，对某一或多个特殊定量进行分析，从而确定聚类对象，以及他们之间多元的亲缘关系^[8]。随着一般聚类分析方法研究的扩展深入，得到灰色聚类法，它的理论方面的基础是灰色理论。它是一种将其中的白化函数引入到聚类分析方法中，从而形成的、新的聚类方法。其主要步骤如下：

2.1 水质聚类样本的构成

首先假设在环境质量检测中，有m个检测点，其中每个检测点对应的又有n个检测指标。根据环境质量标准中各指标的不同值，可以将其划分为s级^[9]。检测点k（k = 1, 2, …, m）为聚类样本，检测指标I（I = 1, 2, …, n）为聚类指标，环境质量标准j（j = 1 ,2, …, s）为聚类灰色类则m个样本的n个指标的白化数所形成的矩阵为：

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