基于主成分分析与聚类分析的水质综合评价研究.pdf
《基于主成分分析与聚类分析的水质综合评价研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于主成分分析与聚类分析的水质综合评价研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年 26 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application基于主成分分析与聚类分析的水质综合评价研究陈华1,张倩2*,王照丽2,梁晨1,黄利志1(1.中煜生态环境科技(广州)有限公司,广州 510000;2.成都市环境保护科学研究院,成都 610000)水质反映了各种自然和人为活动对自然环境的综合作用,也是生态环境部门管理核心问题,水质变化特征可以为地表水管理与治理提供有力的依据。随着近年来工农业的快速发展,快速的城镇化,城市人口剧增,地表水水质遭受严重污染。自 20 世纪 70 年代开始,学者们通过不同的方法来评价研究河流水质情况,
2、如单因子评价法、综合指数评价法、主成分分析法、因子分析、聚类分析法、灰色评价法、模糊评价法和神经网络评价法等1-6。不同的评价方法各有不同的侧重点,具有不同的优缺点。2012 年成都市劣吁类水质占比13.3%,高于当年全国 10.2%的平均水平7,存在出境断面连续不能达标的严峻事实;20152020 年成都岷、沱江流域地表水环境质量明显改善,水质变化呈不同特征,总体均明显改善,其中岷江(外江)南河的老南河大桥断面仍然面临含氮磷污染物的困扰8。本文采用聚类分析和因子分析对岷江(外江)南河进行水质污染特征和评价水质状况分析,为岷江(外江)南河的水资源保护和水污染控制提供决策参考。1研究区概况成都市
3、地势西北高,东南低,境内河网密度大,流经河流属岷江和沱江两大水系,西南部为岷江水系,东北部为沱江水系。年平均气温在 16.4 益左右,大于等于 10 益的年平均活动积温为 4 700耀5 300 益,冬季最冷月(1 月)平均气温为 5 益左右,0 益以下天气很少,全年无霜期大于 337 d。冬春干旱少雨,夏秋多雨,雨量充沛,雨水集中在 7、8 月,年平均降水量为 1 124.6mm,地域分布由西北向东南递减。研究区域南河为岷江(外江)水系,位于成都西南,跨越邛崃市、崇州市、大摘要:水质变化特征可为地表水管理与治理提供有力的依据。该文采用主成分分析与聚类分析法,对岷江(外江)南河 2019 年水
4、质污染特征和水质状况进行分析。分析结果表明,岷江(外江)南河水质的主控因子为化学需氧量、氨氮与总磷,上游水质污染很轻,中下游污染相对较重,需重点关注中下游周边生活污染、农业面源污染。主成分分析与聚类分析结合的方法能更好地反映河道水质状况和关键影响因子,可为岷江(外江)南河的水资源保护和水污染控制提供决策参考。关键词:聚类分析;主成分分析;水质污染;综合评价;污染源中图分类号院X824文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤26-0088-05Abstract:The variation of water quality can provide a powerful basis f
5、or surface water management and treatment.In thispaper,principal component analysis and cluster analysis were used to analyze the characteristics of water pollution and theevaluation of water quality in south branch of the Minjiang River(outer river)in 2019.The analysis results show that the maincon
6、trolling factors of the water quality in the south branch are chemical oxygen demand,ammonia nitrogen and total phosphorus.The water pollution in the upper reaches is light,while the pollution in the middle and lower reaches is relatively serious.Attention should be paid to the domestic pollution an
7、d agricultural non-point source pollution around the middle and lowerreaches.The combination of principal component analysis and cluster analysis can better reflect the water quality status and keyinfluencing factors of the river,and can provide reference for decision-making of water resources prote
8、ction and water pollutioncontrol of the south branch.Keywords:cluster analysis;principal component analysis;water pollution;comprehensive evaluation;pollution source第一作者简介:陈华(1990-),女,硕士,工程师。研究方向为环境管理与咨询、水环境模型。*通信作者:张倩(1992-),女,硕士,工程师。研究方向为水环境数值模拟。DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.26.02088-研究视界科技创新与应
9、用Technology Innovation and Application2023 年 26 期邑县、蒲江县和新津县,研究区域及水质监测点分布如图 1 所示;区域土地利用情况数据来源于 https:/livin原 2 所示。本文采用 2019 年岷江(外江)南河地表水监测数据,水质监测项目为 pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(CODcr)、高锰酸钾指数(CODmn)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)及总氮(TN),分析 2019 年岷江(外江)南河的水质污染特征和评价水质状况。图 1研究区域及水质监测点分布图 2研究区域土地利用情况2研究方法主成分分析法采用降维的处理思想,对水质数据进行处理
10、,将各水质参数进行标准化处理后,提取较原有指标少的重要参数,可以代表大部分的信息,并通过线性变化,将多项水质参数指标组合成互相独立的主成分。简化了数据结构,权数确定不受主观因素的影响,是基于数据分析的指标之间的内在结构关系,有较好的客观性。主要步骤:淤将原始数据标准化,建立标准化变量矩阵;于计算标准化数据的相关系数矩阵;盂计算相关系数矩阵的特征根和特征向量;榆计算主成分贡献率及累计贡献率,判断主成分;虞计算主成分荷载(主成分系数矩阵);愚计算各主成分得分。由主成分系数矩阵与标准化数据相乘,即为各项主成分得分值;舆计算主成分综合得分值。由主成分得分值与相应权重的乘积之和,即为综合得分值。取研究对
11、象的 n 个样本,每个样本含有 m 个因子,由此建立 n伊m 的变量矩阵 X,即为了消除样本因子间的差异,统一量纲,简化数据,常采用 Z-Score 变换对数据进行标准化处理聚类分析采用分类的多元统计思想,是将研究对象按某些相似性进行分类,类内部个体特征具有相似性,不同类间个体特征的差异性较大。样本间的相似性,一般主要有系统聚类法和 K-均值法 2 种聚类方法。本文采用系统聚类法,欧式距离进行计算,采用主成分分析成果来对监测断面采用聚类分析法进行分类。主要步骤:前两步主成分分析法一样。标准化数据,计算标准化数据的相关系数矩阵;采用欧氏距离计算不同类型的个体距离,个体与小类、小类与小类间距离采用
12、组间平均距离计算,逐步计算至各类对象归为一类,绘制聚类分析谱系图。采用欧氏距离 d,第 i 个对象和第 j 个对象的距离可由下列公式计算,*,12,1,var1,n1var()()1ji ji jjnji jinjji jixxxxxxxxxn。21pikjkkdxx,1,11,21,2,12,22,1,2,mmnnn mxxxxxxxxx?X。成都市图例最高点:3 284最低点:356水质监测点水系研究区域区县高程/m建成区林地水体耕地草地裸地冰雪图例研究区域区县土地利用89-2023 年 26 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Applicatio
13、n式中:xik为第 i 个对象的第 k 个属性值;xjk为第 j 个对象的第 k 个属性值。3结果与分析利用 SPSS 软件,通过主成分分析与聚类分析,对岷江(外江)南河 2019 年水质污染特征和水质状况进行分析。3.1主成分分析由于岷江(外江)南河水质指标的量纲和尺度不同,因此它们的浓度有一定差别,需要进行标准化处理。对原始数据进行标准化即某一水质指标减去其均值后再除以标准差以消除量纲的影响,使标准化后的数据具备可比性并遵从正态分布规律 N(0,1)。各水质指标采用统计学特征统计量见表 1。表 1岷江渊外江冤南河水质指标特征统计量采用标准化数据,计算水质监测点水质指标的相关系数矩阵见表 2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 成分 分析 聚类分析 水质 综合 评价 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。