石河子大学学报(自然科学版) 第26卷424

式(2)中,

eijk=(xik-xjk)Ti/Tij,

m

变量X=3,k=1,2,3。Xik、Xjk表示不同水质指标在各监测断面的污染指数。

Ti=k xik,Tij=Ti+Tj(k=1,2, ,m;i,j=1,=1

2, ,n)。

然后,采用最短距离法进行系统聚类分析,见式(3)。

Dpq=i Gminpj Gqdji,

类内,Dpq为两类中所有距离的最小距离。

水质指标样本n=10,i,j=1,2, 10,监测断面

(3)

1.3 水质污染指数分析方法

据表1所列水质指标监测数据标准化值,计算水质污染指数Pi,计算见式(4)。

n

Pi=k Xik,=1

(4)

式(4)中,Pi为水质污染指数,Xik为水质指标的污染指数(水质指标监测数据标准化值),n为水质指标个数1,2, ,n。

式(3)中i Gp表示i在Gp类内,i Gq表示、j在Gq

表1 博斯腾湖监测断面水质指标标准化

年份2005

监测断面名称

开都河

黄水沟清水河开都河黄水沟清水河

2007

开都河黄水沟清水河

pH

总氮

氟化物0.4400.5850.3500.4120.4170.3600.1000.1700.190

BOD0.2750.1750.2500.6060.6090.3440.3250.4750.350

硝酸盐0.0140.0140.0180.0130.0140.026---溶解性总固体1.4161.9620.7971.3711.9200.7971.4881.6080.296

总硬度1.1831.5400.7201.0781.4890.6691.0141.0590.405

硫酸盐1.8002.5690.8221.5772.2490.8821.3951.4180.411

氯化物1.1821.5600.6701.1661.4430.6921.1561.3241.168

COD1.1891.2030.9541.0611.0560.7211.0501.1500.150

0.9471.0450.9500.9900.9370.7850.9790.7720.9760.9220.9670.7440.9570.5800.9540.8800.9120.920

2006

注:原始数据来源于博斯腾湖环境质量报告书。

2 结果与分析

2.1 水质指标系统聚类分析

根据表1和式(2)、(3)计算以博斯腾湖2005~2007年水质指标为样本、监测断面为变量的D(0)值(表2), i为分类特征值。

然后,对表2的D(0)表进行第一次并类,再计算新类与各类间的距离继续并类,用最短距离法直至全部并为一类为止。

由图1~3可知,2005年水质指标系统聚类图中各样本次序:pH、COD、总氮、总硬度、氯化物、溶解性总固体、硫酸盐、氟化物、BOD、硝酸盐。

2006年各样本次序:pH、总氮、氯化物、溶解性总固体、硫酸盐、总硬度、COD、氟化物、硝酸盐、BOD。

2007年各样本次序:pH、总氮、氯化物、硫酸盐、总硬度、溶解性总固体、COD、氟化物、BOD。最短距离法将指标距离最接近的先聚于一类,如pH与总氮的距离相对总硬度与氯化物的距离较小先聚于一

类。

依据各样本距离由小到大的次序,氟化物、硝酸盐、BOD污染水平接近,2007年,硝酸盐未检出,距离比其他指标大,是因为污染影响很小;2005年和2006年,pH、COD、总氮污染水平接近,2007年,COD与总硬度污染水平接近,氯化物和pH与总氮、COD与总硬度的距离较近,说明加强管理水体后,总硬度与氯化物在水体的含量有所降低,标准化数据的大小也说明了这一点;溶解性总固体和硫酸盐2005年可各自成类,而2006年和2007年距离最近而聚于一类,溶解性总固体和硫酸盐主要表征水体无机盐含量大,说明水体盐化越发明显。

通过系统聚类分析,水质指标中污染水平接近的聚于一类,但不能区分影响水质优劣的主要因子和次要因子,而水质污染指数分析能进一步说明系统聚类分析的效果和区分影响水质优劣的程度。

经系统聚类分析,获得博斯腾湖监测断面2005、2006、2007年水质指标的聚类图1、2、3。