因子分析法在白城市水质评价中的应用
主成分分析法在水质评价中的应用及分析
《水资源保护》2011年总目次
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科 学 研 究
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我 国城 市饮 用水水源地分区安全评价与措施 …………………………………… 张建永 ， 朱党生 ， 曾肇京 ， １ １ 等（ ， ） 典 型岩溶地 下河入 、 口处强降雨过程 中水动态变 化 ………………………… 苟鹏飞 ， 出 蒋勇军 ， 林 涛 ， １ ６） 等（ ， 基 于层 次分析和灰色分析的水质风 险评价方法 ……………………………… …… 张春 荣， 纪淑娟 ， 朱红梅（ ，１ １ｌ ） 森林植被对 红壤坡地土壤水 的影响 ……………………………………………… 张志 才， 陈 太湖流域水 资源承载能力模糊综合评价 ………………………………… ……… 孙远斌 ， 高 喜， 魏玲娜 ， １１ ） 等（ ，５ 怡， 石亚 东， １２ ） 等（ ，０
太湖湖流 、 浪 、 波 沉积 物的三维数值模拟 ……… ………………………………一 一 汤露露 ， 鹏 ， 王 姚
重污染河道疏 浚程度 对底 泥 中总氮释放 的影 响 ……… ……………………………………………… 沈
琪 （， ） ２ １
乐（ ， ２ ６）
岩滩水 电站建设对水 生生物的影响 …………… ………………………………… 韩耀 全 ， 杨 琼 ， 解 ， ２ ９） 周 等（ ， 花江峡谷示范 区表层 岩溶水 资源的开发与保护 …………………………………… 贺 卫 ， 坡 ， 李 吴克华（ ，３ ２１）
辽河流域水质 现状评 价及其 污染源解析 ……… ………………………………… 马溪平 ， 吕晓飞 ， 张利红 ， ４ １ 等（ ， ） 河流纳污能力计算方 法 比较 …………………… ……………………………………………… 路 雨 ， 苏保 林（ ， ４ ５） ｐ Ｈ值影响下 Ｎ ． 瞰 Ｎ在弱透水层迁移转 化的实验研究 ………………………… 李绪谦 ， 朱雅 宁， 光 ， ４ １ ） 于 等（ ，０ 基于 Ｇ Ａ参数优选 的 ｅ Ｖ ． Ｒ地 下水位 预测方法 ……………………………………… 陈海 洋， Ｓ 滕彦 国， 王金 生（ ，５ ４ｌ） Ｖｓａ Ｍ ｄ Ｏ ｉ ｌ ｏｆ Ｗ在地下水污染 物运移 模拟 中的应用 …………………………………………………… 尉鹏翔（ ，９ ｕ ｌ ４１） 不 同温度条件下徒骇 河沉水 植物腐烂对上覆水体 中营养 盐浓度的影响 ……… 张 菊， 邓焕广 ， 东启 ， ４ ２ ） 王 等（ ，２
单因子水质标识指数评价方法在某流域水质评价中的应用
前 言
目前 ， 国各 地 区水 质 评 价 大 部 分 是 依 据 《 中 地 表水 环境 质 量 标 准 （ Ｂ ８ ８～２ ０ ） 行 水 质 评 Ｇ ３３ ０ ２ 》进 价 ， 实 测 值 与 国 家 标 准值 进 行 比较 ，依 次 判 别 出 将 所选 择 的每个 因子 的水 质 类 别 ， 后 以最 差 那 个类 然 别作 为水 质综 合评 价 的类别 。这 种 分析 方 法 在 中国
单 因 子 水 质 标 识 指 数 评 价 方 法
在 某 流 域 水 质 评 价 中 的应 用
孙伟 光 ， 邢佳 ， 马云 ， 叶珍 ， 宋利 臣， 周军
（ 黑龙江省环境保护科学研究院 ， 黑龙江 哈尔滨 １０ ５ ） ５ ０ ６
摘
要： 文章用单 因子水质标识 指数评价方 法在 某流域 选择 代表 性断面进行 了水质评价 ， 分析结果表 明某河 流
ｉ ｒｓ ｅ ｔ ｆｏ ｅ Ｒｉｅ ａ ｉ ｆ ｅ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉｎ ｏ ｎ ｖ ｒ Ｂ ｓｎ，ａ ａ ｙ ｉ ｈ ｗｅ ａ ｖ ｏ ｎ ｌ ｓｓｓ ｏ ｄ ｔ ｔＣＯＤ，ｐ ｒ ｎ ａ ａ ｅ ｉ ｄ ｘ，ａ ｕ ｏ ｉ ｉ ｏ ｅ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｔ ｎ ｅ ｎ ｎ ｎ ａ ｎ ￣ ｇ ｎ，ｔｔ ｌ ｈ ｓ ｈ ｒ ｓ ｔ ｔ ｌ ｏ ａ ｏ ｐ ｏ ｕ ｐ ｏ ａ
水污染控制提供科学１ １ 单 因子水 质标识 指数 Ｐ ．
Ｐ由一位 整数 、 小数 点后 面 ２ 或 ３ 有效数 字 位 位 组成 ， 表示 为 ：
Ｐ ＝ Ｘ １・Ｘ２ ・Ｘ３
：
水环 境 管理工 作 中起 到 了很 大 的作 用 ， 是 ， 方法 但 该 得 出 的结 论 相 对 粗 糙 ， 能体 现 水 质 的 连 续 变 化 。 不
水环境评价因子的选择原则
水环境评价因子的选择原则一、针对性水环境评价因子的选择应具有针对性，针对评价区域的水环境问题和水质目标进行选择。
不同的水域和水体具有不同的环境问题和保护目标，因此应针对具体的评价对象选择相应的评价因子。
二、全面性水环境评价因子的选择应具有全面性，尽可能涵盖水体的多种特征和参数。
水环境是一个复杂的生态系统，包含多种物理、化学和生物因子。
为了全面反映水体的环境状况，需要选择多种评价因子，并对它们进行综合分析和评价。
三、代表性水环境评价因子的选择应具有代表性，能够反映水体的主要特征和环境质量状况。
在选择评价因子时，应优先选择那些对水体质量有重要影响且易于监测的因子。
代表性强的评价因子能够更准确地反映水体的环境质量，为水环境的保护和管理提供有力支持。
四、可比性水环境评价因子的选择应具有可比性，能够用于不同时间、不同地点和不同水体的比较。
为了便于比较和分析，选择的评价因子应具备统一的监测方法和评价标准。
同时，在选择评价因子时，也应考虑其在国际和国内的应用范围和认可程度。
五、动态性水环境评价因子的选择应具有动态性，能够反映水体环境状况的变化趋势。
随着时间的推移，水体的环境和生态状况可能会发生变化，因此需要选择动态变化的评价因子来监测和评估这些变化。
同时，动态变化的评价因子也能为水环境的保护和管理提供及时的预警和决策依据。
六、敏感性水环境评价因子的选择应具有敏感性，能够及时反映水体环境状况的微小变化。
敏感的评价因子能够提供及时、准确的监测数据，有助于发现潜在的环境问题，并采取相应的措施进行保护和管理。
因此，在选择评价因子时，应优先选择那些对环境变化反应灵敏的因子。
七、实用性水环境评价因子的选择应具有实用性，能够满足实际应用的需求。
选择的评价因子应具备易于监测、数据可靠、成本低廉等特点，以便在实际工作中得到广泛应用和推广。
实用的评价因子能够提高水环境评价的效率和准确性，为水环境的保护和管理提供有力支持。
八、法律合规性水环境评价因子的选择应遵循相关法律法规和标准的要求，确保所选的评价因子符合法律合规性要求。
因子分析在生态系统中的应用
因子分析在生态系统中的应用随着人们对生态系统的研究不断深入，如何准确地提取和分析生态系统中多个指标之间的关系，成为了一项重要的科学问题。
在这个方面，因子分析这个统计工具被广泛应用于生态系统研究中。
一、因子分析的基本概念因子分析是一种多元统计方法，用于将多个变量归纳成少量的因子，并解释这些因子与原始变量之间的关系。
在因子分析中，通过提取数据中共同的因素，形成新的因子，并将数据的方差分解到这些因子上，以达到降维的目的。
二、因子分析在生态系统中的应用在生态系统研究中，因子分析被广泛应用于以下领域：1.生态环境因素分析通过因子分析，可以将生态环境指标（如水体中的溶解氧、化学需氧量等）减少到几个共同支配的因素上。
这些因素可以解释这些指标之间的关系，有助于评估生态环境的质量和变化趋势。
2.地球化学特征分析因子分析可以将多个地球化学指标，如岩石元素含量、土壤中的金属元素含量等，合成到几个因子上。
这些因子可以解释数据的大部分方差，并反映不同因素之间的联系，有助于深入了解地球化学特征。
3.生态系统结构与功能分析对于生态系统复杂的结构与功能，因子分析可以将其主要结构因素和生态功能因素叠加在一起。
这些因素包括生物群落多样性、植被覆盖度等。
因子分析可以帮助了解生态系统整体结构、功能差异，并评估生态系统的生态性能。
4.生物多样性评估在生物多样性评估中，因子分析可以将物种分布和种群结构的多个指标处理成几个因子。
这些因子能够解释指标间的关系，反映出生态系统中多样性的现状和变化趋势。
三、总结因子分析作为一种多元统计方法，在生态系统研究中具有广泛的应用，能够有效地处理生态系统中多个指标之间的关系。
通过因子分析，可以将生态环境、地球化学特征、生态系统结构与功能和生物多样性等多个层面的指标处理成几个共同支配的因素，从而更好地理解生态系统的本质和整体特征。
内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用
值 ；Ｃ 为第 ｉ 项 因子 的标准值 。
１ ． ３ ． ２ 传统 内梅 罗污染 指数法 该方法 是美国叙 拉古大学 内梅罗 （ Ｎ ． Ｌ ． Ｎ ｅ ｍ ｅ ｒ ｏ ｗ ） 教
１ 材 料与 方法
１ ． １ 样 品 采 集 与 分 析
授在其所 著 的 《 河 流污 染科 学分 析》 一 书 中提 出的一 种水污染 指 数。根 据所 选水 质 指标 的实测 浓度 和标 准
外光度法 Ｈ Ｊ ６ ３ ７ － ２ ０ １ ２ ） 。整批样 品分 析 时按 照 １ ０ ％ 范
（ １ ）
＝ １， ２， ３… … ， ｍ
Ｐ 传 统 √（ ， 大＋ Ｆ 平 ２ 均 ） ／ ２
（ ２ ）
围进行平行样分析 ，并采用质控 样作 为质量控制手段 。
１ ． ２ 评 价 项 目及 标 准
环 境 与可 持 续 发展
２ ０ １ ６年 第 ５期
Ｅ ＮＶＩ ＲＯ ＮＭＥＮ Ｔ ＡＮＤ Ｓ ＵＳ Ｔ ＡＩ Ｎ ＡＢＬ Ｅ ＤＥ ＶＥＬ ＯＰＭＥＮ Ｔ Ｎｏ ． ５， ２ ０ １ ６
内梅 罗污 染指 数 法 和单 因子 评 价 法 在 水 质 评 价 中 的 应 用
（ Ｇ Ｂ ３ ８ ３ ８ －２ ０ ０ ２ ） Ｉ Ｉ Ｉ 类。 １ ． ３ 评 价 方 法
实际中往往有 一些 评 价 因子 （ 如总 磷 ） 的实测 浓度
不 大 ，但 对 水 质 的 影 响 极 大 。 改 进 的 内 梅 罗 污 染 指 数 法
考虑 了各 污染 因子 在水 质评价中所 占的权重 ，并 且数学
果 。单 因子指数法对影 响水环境质量 的各种监测 指标全 部实行 “ 一票否决 ”或 “ 一 刀切” ，难 以科学 、客 观地 反映地表水环境质量水平或其具有 的环境功能 ，具体 计 算 公式如下 ：
不同水质评价方法在河流水质评价中的应用比较
ECOLOGY生 态区域治理69不同水质评价方法在河流水质评价中的应用比较本文对单因子评价法、综合污染指数法和水污染指数法进行了阐述，并分别采用三种水质评价方法对2018年池州长江流域7个河流断面的水质状况进行评价和比较。
结果表明，水污染指数法较其它两种水质评价方法具有明显的优势，可以进行水质定性评价和定量评价，同时操作简便，结果直观明了，应用广泛。
水质评价是河流管理工作的基础。
采用科学合理的水质评价方法，可以准确的反映河流水质状况，为环境管理部门决策提供依据。
单因子评价法和综合污染指数法是目前我国环境管理部门普遍采用的水质评价方法，但是这两种水质评价方法均存在一定的局限性。
至今我国在河流水质评价方面尚无一个统一公认的评价方法。
中国环境科学研究院的刘琰等人提出的水污染指数法，可以采用定性和定量相结合的方式对河流水质进行评价。
本文以池州长江流域7个河流断面为研究对象，分别采用单因子评价法、综合污染指数法和水污染指数法对其水质状况进行评价，并比对7个河流断面的评价结果。
评价方法概述单因子评价法：单因子评价法是以各污染物浓度值与污染物标准限值进行计算，确定各污染物达到的水质类别，再根据该河流断面参与评价的污染物指标中类别最高的一项来确定水质类别。
其评价公式如下：ii i S C P =式中，i P 为河流断面污染物i 的污染指数；i C 为污染物i 的浓度值；i S 为污染物i 的标准限值。
若，则污染物i 达到此类水质标准。
()i G MAX G =式中，i G 为污染物i 达到的水质类别；G 为该河流断面的水质类别。
综合污染指数法：综合污染指数法是通过对参与评价的各污染物浓度值与污染物标准限值的比值进行统计，计算得出该河流断面综合污染指数，进而对水质状况进行评价。
一般情况下，污染物的评价标准不同，计算得出的综合污染指数也不相同。
综合污染指数法的计算结果可以在同类水质的河流断面间进行比较。
其评价公式如下：∑==ni iP P 1ii i S C P =式中，P 为河流断面各污染物的综合污染指数；i P 为污染物i 的污染指数；i C 为污染物i 的浓度值；i S 为污染物i 的标准限值（本文取环保部门规定7个河流断面参与达标的《地表水环境质量标准》GB 3838-2002表1的Ⅱ类标准限值）；n 为参与评价的污染物项数。
因子分析在水质评价与成因分析中的应用
断面 ）靖远桥 （ 、 下游控制 断面） 五佛寺 （ 、 出境 断面） ３个监 测断
面。每个 断面 各设 左 、 右 ３个 采样 点 ， 中、 于每 年 ３月 （ 水 枯 期） ８月 （ 、 丰水期 ） １ 月 （ 、１ 平水期 ） 的上下旬共 监测 ６次 ， 次 每
度高 ， 丰水期次之 。 平水期 浓度低 ； 氟化物（ 一 、 Ｆ ） 总磷 和 Ａ ｓ则表
因子分析 主要 目的是 求 出主因子 的 因子负 载系数 ｏ 。 等
因子负载 系数 的大小反 映因子 与变量 间的相关程度 。
质评价 中使用较 多 ， 但它不适 合同时评价 多个研究对 象 Ｊ 。与
目前 常用 的水环境 质量评价方法相 比， 因子分析法尽 管不能 明 确水体污染类别 ， 但避免 了确定 权重 的主观 随意性 ， 直接 从水
（．兰州大学 资源环境 学院 西部环境教育部 重点 实验 室， １ 甘肃 兰州 ７０ ０ ； ． ３ ００ ２ 白银市环境保护局 ， 甘肃 白银 ７０ ０ ） ３ ９０
摘
要： 根据 ２０ ２ ０ ００～ ０ ４年黄河 白银段水质监测数据 ， 用单 因子污染指 数法 和因子分 析方法 对该河 段水质 现状进行 运
中图分 类号 ：Ｘ ２ ８４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ０ １７ （ ０ ６ ０ － ０ ７０ １０ —３ ９ ２０ ）５０ ３ － ３
黄河 白银段全长 ２８ ｋ 主要 流经 白银市 的白银区 、 ５ ｍ， 平川
标进行评价 的基础上 ， 用因子分析对水体 中污染物 的来 源进 运 行分析 ， 并对不 同水 文期青 城桥 、 远桥 和五佛 寺 ３个 断 面的 靖
பைடு நூலகம்
２ 结果与分析
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１ 方 法 及 原 理
因子分析法 是一 种多变量 统计分析方 法 ， 广泛 应用于
多个领域 ， 如农业因子分析 、 区域人才创新能力影响因素 分析、 水质评价等方面 。因子分析将具有错综复杂关系的 变量综合为数量较少的几个因子， 以反映原始变量与因子 之间的相互关系。首先， 获得的不同监测点的监测数据经 过标准化处理和数学变换 ， 确定主因子及其个数 ， 再用主 因子来代替和描述原始的水质指标 ， 从而反映解释原始变 量之间的复杂关系。 假如有 ｍ个水质样本 ， 每个样本共有 ｔ 个水质指标（ 托， …， 毛 ） ， 构成 ｍ 奉 ｌ 的数据矩阵。Ｐ个指标
的实际意 义 ； ４ ） 计 算各 监测 点在 各 主因子 上 的得 分 以及按
照下面 公式 各监测断面 的综合得分 。
４
＝ ‘，
多个水质指标共同影响 ， 而且不同水质指标之间并不是独
立的， 这 都给水 质分 析与 评价造成 了一 定 的困难 。因子分 析法 能 够把 一 些 有错 综复 杂关 系 的变量 归结 为 少数 几 个
主要 因子 的一种 多变量统 计 分析方 法 。首 先 ， 通过 方差 累
ｈ ｉ ｉ ＝ １ ， ２ ， …， １ ０
（ ２ ）
产】
式中： 为 各个监 测断面 在各主 因子上 的得 分 ；为 Ａ 各主
因子 的特征值 ； 各个监测断面 的综合得分 。 整个计 算过程 应用 ｓ ｐ ｓ ｓ 统计软 件实现 。
℃， 无霜 期 １ ５ ７ ｄ， 年均 降水 量 ４ ０ ８ ｎ ｌ Ｉ ｌ １ ， 年均 蒸 发量 １ ７ ４ ９
资源提供了一定的科学依据。
ｒ ｌ ｌ ｎ ｌ 。白城市属 于国家级大 型商品粮基地 市 ， 被列 为全 国节
水型 井灌 区建 设 示范市 ， 同时也 是国家 生态建 设 示范 区和 全 国农 业四大 开发 区之 一。
・
３ ９ ・
水生态环境
子个数进行 分析 。
表 １ 各主 因子特征值 及贡献
表 ３不 同监测断面 的主 因子 综合得 分
计贡献 率 ， 如表 １ 。 选择 累计贡献 率大于 ８ ５ ％ 为条件确定 因
由表 １可 知 ，前 ４个因 子的累计贡献 率为 ９ １ ． ０ ０ ７ ％
城 市及 周边地 区的水质成 分进行分析与评价 。 客 观地评价 研究 区 的水质 ， 准确 掌 握水 质现 状 ， 为合理 开 发及 保 护水
白城 市位于吉林 省的 西北部 ， 科 尔沁草 原 的东 部 ， 嫩 江平 原的 西部 。属典 型 的温带 大陆 性气候 ，年 均气温 ４ ． ９
【 关键词 】 水质评价 ； 因子 分析法 ； 白城 市 ［ 中图分类号 】 Ｘ ８ ２ ４ ［ 文献标识码 】 Ａ
Ｚ： ｎ （ １ ）
０ 引 言
水质 评 价是 进行 水 资源 管理 和实施 水 污染 控 制规 划 的重 要基础性 工作 。 目前 ， 水质 评价 主要方法 有综 合 评价
［ 摘 要】 根 据 吉林省水 环 境监 测 中心 白城 分 中心 ２ ０ １ ３年 １ ０ 个 不 同监 测 断面 的水质 监 测数
据， 采用 因子 分析方法对其 水质进行 了综合评价 。选 取 ９种 水质指标 ， 经过 分析 从 中提 取 了 ４ 个主 因子 ， 并计算不 同监 测断面 的主因子综合得 分。
计 贡献 确定 各主 因子及 个数 ， 在计 算 因子综合 得分并 对其 排序 。 从 而对各 监测 点 的污染程度 及污染 特性 做 出合 理 的 评价 。因此 ， 下 文利 用吉林省 白城市水环 境监 测中心 ２ ０ １ ３
２ 模 型应 用
２ ． １ 研 究 区 概 况
年１ ０ 个监测点的水质监测资料， 应用因子分析方法， 对白
可 以 由 ｍ（ ｒ ｎ ＜ ｐ ） 个 公 因子 的线 性组 合来 表示 。 经 过降 维处 理， 因子分析 模型的形式如 下 ：
以２ ０ １ ３ 年 吉林省 白城 市水环境 监测中心水 质监 测数
据为依据 ， 选取大安、 松原 、 镇西、 白沙滩、 向海水库、 洮南、 月亮湖 、 查干湖 、 石桥、 三岔河等 １ ｏ 个监测断面 ， 从每个监
，
满 足大于 ８ ５ ％的 条件 ， 表明 前 ４个 公 因子可 以反映 原始 表明监测 点的重金 属污染 严重 ， 这 是 由于工 业废 水 的排人
式中 ： ｚ为原 数据 矩 阵的标 准化 变量 ； 为 载荷 矩 阵 ； Ｆ为
公 因子 ； 为特殊 因子 。
法、 人工神经网络法、 灰色聚类法、 污染指数法、 模糊综合 评价法等。不同的水质评价方法在应用时具有不同的特点
与局 限性 。 近 年来 ， 因子分析 法也 引人 到水 质评价领 域中 ，
２ ０ １ ４ 年第 １ ２ 期
【 文章编号 】 １ Ｏ ｏ ２ —０ ６ ２ ４ （ ２ ０ １ ４ ） １ ２ —０ ０ ３ ９ —０ ２
东北水利水电
水生态环境
因子分析法在白 城市水质评价中的应用
张德 同
（ 吉林省水文水资源局 白城分局 ， 吉林 白城 １ ３ ７ ０ ０ ０ ）
测断 面选取 一个样 本 ，每个样 本 中选取 ９个水 质指标 ， 包
括ｐ Ｈ值 、 高 锰酸盐指数 、 化 学需氧量 、 五 日生化 需氧量 、 氨
氮、 锌、 氟化物 、 硒、 总砷等进行分析 。
２ ． ３ 因 子 分 析
首先将 原始 的数据 进行标 准 化处理 ， 再计算 出各变量 的相 关 系数矩 阵 ， 进 而 求 出各 因子 的特 征值 ， 且 计算 出累
取得 了不错 的效 果 。 水环境 系统是 由多 因子构成 的复 杂系统 ， 水 质评价 受
因子 分析确定评 价因子 的具体 步骤包括 ： １ ） 建 立相关
矩阵 ； ２ ） 根据变量的相关系数矩阵， 计算特征值和特征向
量； ３ ） 采 用方 差最 大化 进 行 正交旋 转 ， 分析 每 个公 共 因子