主成分分析法在扎龙湿地水质评价中的应用-环境保护论文.docx

?

?

主成分分析法在扎龙湿地水质评价中的应用

环境保护论文

?

?

论文导读:：刘小楠[7],万金保[8]等人分别利用主成分分析法对河流水质进行评价。目前常用的水质评价方法有简单指数法、综合污染指数法、模糊数学法等。然而,在扎龙湿地水质监测评价方面。

论文关键词：主成分分析法，水质评价，扎龙湿地

?

湿地水环境系统是一个丰富完整的生态系统，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生态环境之一。因此选择适当的评价方法，对湿地水环境质量进行评价与分析显得尤为重要。湿地的水环境状况受多种因素影响和控制，各参数之间相互影响、相互制约，故有必要对其进行多种参数的综合评价[1]。目前常用的水质评价方法有简单指数法、综合污染指数法、模糊数学法等，但不能有效提取现实污染因子[2]。

主成分分析法（Principalcomponentanalysis）是将多个指标标准化为少数几个综合指标，简化了统计分析系统的结构,它是在确保不损失原有信息的前提下，将多种影响水质的指标重新组合成一组新的、相互之间无关的、较少的综合指标，来反映指标的信息环境保护论文环境保护论文，以达到降维、简化数据和提高分析结果的可靠性的目的[3]。Wenning[4],Battegazzore[5],Voutsa[6]等早于1994年和1995年已经将主成分分析方法广泛应用于流域水质分析评价中；刘小楠[7],万金保[8]等人分别利用主成分分析法对河流水质进行评价论文的格式期刊网。然而,在扎龙湿地水质监测评价方面，大多数研究限于湖库富营养化及单一指标的监测和评价，大多采用某一指标超标率进行报道，对扎龙水环境进行综合评价，除周林飞等采用灰色聚类法对其水环境质量综合评价，也未见其他报道。文中采用SPSS软件，参照主成分分析建模的基本原则和步骤，探究扎龙湿地水环境恶化的主要污染成因和主要污染断面，以期为扎龙湿地水环境治理提供有力的理论支持。

1水质评价中的主成分分析

主成分分析法是一种数学变换方法，它把给定的一组相关变量通过线性变换，转化为一组不相关的变量（两两相关系数为0的随机变量），在这种变换中通过保持变量的总方差不变，同时使新变量具有最大方差，称为第一主成分；具有次大方差，称为第二主成分。依次进行，原来有M个变量就可以转换出M个主成分，方差逐渐减小且与此前的主成分都不相关[9-10]。原始变量：X1，X2，X3环境保护论文环境保护论文，X4，…，Xm；主成份：Z1，Z2，Z3，Z4，…，Zn，则各因子与原始向量的关系可表达成[11]：

X1=B11Z1+B12Z2+B13Z3…B1nZn+e1

X2=B21Z1+B22Z2+B23Z3…B2nZn+e2

X3=B31Z1+B32Z2+B33Z3…B3nZn+e3

…

Xm=Bm1Z1+Bm2Z2+Bm3Z3…BmnZn+en

写成矩阵形式：X=BZ+E

主成分分析法在水质评价中主要体现在以下两个方面：一是建立综合评价指标，评价各采样点间的相对污染程度，并对各采样点的污染程度进行分级；二是评价各单项指标在综合指标中所起的作用，指导删除那些次要的指标，确定造成污染的主要成分[7]。

假设有n个水体样本，每个样本共有m个监测指标，则可构成n×m的数据矩阵（n＜m）：

具体分析步骤如下：

a)将各变量χnm标准化以消除量纲影响。

b)在标准化数据矩阵的基础上计算原始指标相关系数矩阵R。

c)求相关系数矩阵R的特征根和特征向量,确定主成分。

d)确定主成分的个数。

e)确定综合评价函数。

2扎龙湿地水质评价

2.1样本点及监测指标的确定

扎龙湿地位于松嫩平原乌裕尔河和双阳河下游，黑龙江西部，地跨齐齐哈尔市、大庆市、富裕县、林甸县、泰来县，地标为E:123°51′-124°37′，N:46°48′-47°31′。该湿地面积2,100km2环境保护论文环境保护论文，属于中温带大陆性季风性气候，年均气温2℃-4.2℃,1月极端最低气温-43.3℃,7月极端最高气温39.0℃,年均降水量402.7mm。典型沼泽植被为芦苇、苔草，其中芦苇湿地面积占80-90%[12]论文的格式期刊网。扎龙湿地是我国最大的以鹤类等大型水禽为主体的珍稀鸟类国家级自然保护区，丹顶鹤最重要的集中繁殖栖息地。近年来，旅游开发及湿地周边工业废水和生活废水的排放，天然降雨量与上游来水量减少等诸多原因导致扎龙生态系统遭到破坏，因此综合系统评价扎龙湿地的水质对丹顶鹤的繁衍保护，及创造人类良好的生活环境尤为重要。

依据地表水监测采样断面布设原则，于扎龙湿地流域布设代表性水质监测8个断面，选取Mn、Pb、Zn、Cu、SS、硫酸根、总磷、磷酸根、酚、TOC、总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮共14项监测指标进行监测评价。监测断面信息如表1所