聚类分析在优化地下水监测点位中的应用

中国环境监测 EnvironmentalMonitoringinChina1997,13(4) 15

表8 典型建筑综合场强监测结果 单位: W/cm2

地 点专家公寓勘察处楼翠微楼裕龙楼市科委市环保局科工委楼电视塔楼2-3#楼间6-7#楼间国宾楼

电子部高层

方 位东南南西南西北北东北东北北东南

距离(m)9008009001000100020004003503503501700900

地面0 200 500 120 610 100 100 571#0 280 120 150 282 00

2#0 25

3#0 35

4#0 26

5#0 51

6#0 38

7#0 19

3层0 580 780 580 130 311 75

6层0 561 320 601 100 670 803 28

9层0 381 030 960 370 601 10

12层0 330 920 490 940 211 76

15层1 080 431 020 52

25层1 5018层0 82其 它

2 102 202 4020层2 80

3 讨论

(1)由于频率不同,发射机功率及发射天线形式、高度、增益不同,电磁波到达地面最大场强值距离是不同的,较平坦无高大建筑的东侧2000米区域内,电视节目高值出现在100~800米和1300~1850米两个范围;调频节目高值出现在1000~2000米范围。(2)电视与调频信号在近距离昼夜电平无明显变化。

(3)在近距离内高层建筑各层接收到的场强值大小是不同的;距离不同,高层建筑出现最大场强值的层次分布也是不一样的。这是因为直射波除了和发射机功率、天线增益以及天线高度有关外,还和天线垂直面方向性有关。在近距离范围内,倾角很大,高度变化时场强

的变动也很剧烈,一般来说它越接近天线主瓣,则场强值越大。

(4)综合场强8个方位监测结果表明,建立在市区的电视塔由于周围地物情况复杂,高楼林立,到达接收点的电磁波是多径的,除直射波外,反射波不止一个而是若干个,而反射又是毫无规律的。电磁波在传播过程中,因高楼的阻挡引起衰减,而高楼的分布又是随机的。以上使得电视塔周围8个方位场强分布无规律性。

(5)电视塔周围环境综合场强值范围为0 1~3 28 W/cm2,其中地面最大值在电视塔东侧250米处为2 84 W/cm2,高层建筑最大值在电视塔东北方向400米处国防科工委宿舍楼6层为3 28 W/cm2。所有环境值均小于公众照射导出限值40 W/cm2。

收稿日期:1996-12-01

聚类分析在优化地下水监测点位中的应用

李 劲 闫 波 丁志安 叶晓彬 李世华 王爱国

(河南省安阳市环境监测站,安阳 455000)

近十几年来,聚类分析方法 1 开始应用于环境保护领域。在我国,该方法主要用于环境质量评价,尚未见用于优化地下水监测

点位的报道。本文利用聚类分析方法优化安阳市地下水监测点位,发现其具有物理意义明确、分类恰当、优化合理、易于操作的特点,

2,3

不失为一个较好的优化方法。

1 地下水监测点位现状

1 1 地下水概况

安阳市处于洹河冲洪积扇强富水区地带。该冲洪积扇为一完整水文地质单元,西起洹河

16 中国环境监测 EnvironmentalMonitoringinChina1997,13(4)

漳武水库,东至安阳县小庄一带,面积约230平方公里,呈一长葫芦状。地下水流向大致由西北向东南,地面水力坡度1 3~4 。1 2 地下水监测点位及水质状况

洹河冲洪积扇地下水监测现布设35眼监测井(图略),每年5月、10月各监测一次,监测19个项目。从91年至95年的监测结果看,地下水质量较好,主要污染物质为硬度、氨氮、硝酸盐氮、硫酸盐、氯化物、挥发酚、氟化物、六价铬等,超标项目主要是总硬度,其它项目如氨氮、六价铬等仅在个别井位有超标现象。

均值作为新的样本的该项指标;

反复进行上述两步骤,直至所有样本都归为一类。

(4)聚类谱系图

将洹河冲洪积扇35眼井水质聚类分析所得的距离系数绘制成谱系图(图1)。由图1可见,在d=0 5情况下,35眼井分为两群, 群32眼井, 群3眼井。对 群32眼井在d=0 4,d=0 3s时分别分类,又可分成2、4个支群。

(5)分类井群的统计检验

本方法是以各监测井的主要污染物的浓度作为变量进行聚类分析的,因此,同一聚类井的水质应是相近的。对各类井群的Grubbs统计检验结果(表1)也证明 、 类井群间有显著性差异,而同类井群的水质无显著性差异,即同类井群中的各个井在优化过程中有相互替代作用。

2 监测点位优化

本文利用聚类分析(Q型)来优化监测点位,即将35眼井作为样本,将上述地下水中8种主要污染物质的五年平均浓度作为样本的变量。2 1 聚类分析

(1)数据均匀化

利用下式将样本变量均匀化:

X0ij=

Xij-Xjmin

Xjmax-Xjmin

式中,i代表n个样本中的某一个;j代表s个变量中的某一个;Xjmax和Xjmin分别表示该变量的最大值和最小值。均匀化后,变量在0~1之间。

(2)求距离系数

对每个变量而言,n个样本中任两个样本i、m之间的距离系数为:

dim=

2

(Xik-Xmk)nk=1

在变量正规化的条件下,0 d 1。显然,d值越小,样本间的相似性越大。

(3)聚类分析

按下述步骤对样本距离系数聚类分析:计算各样本间的距离,将距离最近的两样本归并为一类;

把合并的类看成一个新的样本,用以代替

图1 地下水水质树枝图

中国环境监测 EnvironmentalMonitoringinChina1997,13(4) 17

2 2 监测点位优化

(1)聚类结果分区

为更直观地反映聚类分析结果,便于优化监测点位,我们结合冲洪积扇扇形和地下水流向,用聚类结果将35眼井化分为两个区( 类和 类),各区均为同类监测井,其中在 类井群中(32眼井)再按d=0 3化分成关系更为密切的四个支群( -1~ -4)。

(2)点位优化原则

同类代替原则:聚类分析得出的同类监测点位且经过统计检验无显著性差异者,在优化点位时可相互代替;

兼顾各类原则:各聚类井群都应有优化

监测井,同时应兼顾各分类的代表性;

照应断面原则:本区地下水自西向东流,在地下水流向的上、中、下断面上都要有代表井位以监测水质沿程变化程度及变化趋势;

表1 分类井群的统计检验结果

区域内统计检验

区域间统计检验方 法t检验

结 果有显著性差异

区 域

井 数323

平均值0 3630 517

平均偏差0 0430 061

偏差最大者

方 法

0 4790 452

Grubbs检验Grubbs检验

结 果不离群不离群

特情补设原则:对地下水水位发生较大变化,如形成降落漏斗等特殊情况,考虑补设监测井位;

重点突出原则:安阳市区为取水集中地及污染源集中地,作为重点适当增加监测井位;

饮水优先原则:布点时兼顾井水的不同

功能和用途,但饮用水源井优先考虑; 点位连续原则:在能满足优化井位的条件下,尽量选用原有的监测井位。

(3)点位优化

根据监测井位水质聚类分析结果和点位优化原则,将优化后的监测点位列于表2,原有的其它点位舍去。将其反映到地形图上(略)。

表2 地下水监测网点优化结果

编号

井位编号

井位名称

聚类类别

功能

地下水断面

优 选 原 因 冲洪积扇洹河补给区源

1

1

北固现

-1

农用井

上

头,代表冲洪积扇地下水的背景值(五年监测无超标项目),与附近井位水质关系密切。 冲洪积扇扇轴上,代表地

2

8

北流寺

-1

农用井

上

下主流向的水质,并监测其变化情况,五年监测无超标项目。

代表冲洪积扇北部边缘,

3

17

三家庄

-2

农用井

中

洹河以北地区水质情况,地下水位变化较密集区。

4

21

油脂化工厂

-4

工厂自备井

向补给区,地下水降落漏斗边缘,与18、23号井关系密切,与 类中其它井关系相对较远。

备 注

例行监测井位,按GB/T14848-93 地下水质量标准 评价,2-9号井与此相同。

18 中国环境监测 EnvironmentalMonitoringinChina1997,13(4)

编号5

井位编号

19

井位名称自来水一厂7号井自来水二厂6号井

聚类类别 -3

功能饮用水源井饮用水源井

地下水断面

中

优 选 原 因上,饮用水源井。

位于市区及地下水降落漏斗区,洹河市区下游侧向补给24等井位水质相近。

备 注

调整点位,95-96年监测结果与 -1支群水质无

6

-1

中

区,饮用水源井,与28、29、显著性差异。 位于市区边缘及扇轴上,

730

自来水三厂4号井崇义

-2

饮用水源井农用井

中代表市区地下水水质,饮用水源井。

补给区。

冲洪积扇扇尾及东南边缘,代表整个扇区内水质污染的最终情况。

831 下

934北小庄 农用井下

参考文献

1 冯德益等 模糊数学方法与应用 北京:地震出版社,

1983

2 张孟威,康德梦 环境问题的数学解法及计算机应用 北京:中国环境科学出版社,1989

3 杨国治 环境科学学报 1993,(9)

收稿日期:1996-11-19

气相色谱法测定给水中三卤甲烷的方法

贺北平 秦 竹 王占生

摘 要 本文介绍了用毛细管柱气相色谱法定量测定给水中三卤甲烷(氯仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和溴仿)及四氯化碳的方法。其色谱条件是:检测器(ECD)温度:345 ;色谱柱:HP-5(25m 0 32mm 1 05 m)柱;进样

口温度:250 。该方法的最小检出下限分别为:氯仿0 1 g/l、四氯化碳0 1 g/l、一溴二氯甲烷0 2 g/l、二溴一氯甲烷0 2 g/l和溴仿0 4 g/l。

关键词 气相色谱,三卤甲烷,饮用水,测定

TheMethodofDeterminingTrihalomethanesinDrinkingWaterByGasChromatography.HeBei-pingetal(DepartmentofEnvironmental18-20Abstract

A

method(

of

quantitative

determination

of

Trihalomethanes

chloroform、

dichlorobromomethane、

Engineering,

Tsinghua

University,

Beijing

100084):EnvironmentalMonitoringinChina1997,13(4):

(清华大学环境工程系,北京 100084)

加氯消毒一直是城市给水处理厂中广泛采用的消毒手段。但自七十年代在给水中检出三

氯甲烷以后 1 ,引起了人们对加氯消毒及其

-13

消毒副产物等进行了大量研究 1。并且各国

均制定了新的饮用水卫生标准,我国根据国情于1985年提出了新的生活饮用水卫生标准 15 ,其中三氯甲烷的允许含量为0 06mg/l、四氯化碳为0 003mg/l,并相应制定了标准检测方法 16 。由于该标准方法规定使用的色谱柱是填充柱,仅2米柱长,这样柱效低,进样量大,色谱图的分辨率也比较低,给分析结果带来一定的误差。随着科学技术的不断进步,现在使用的气相色谱仪大多采用毛细管柱,毛细管柱具有柱效高、谱图分辨率高、进样量少、灵敏度高,降低了分析结果的误差等特点。因此本文在标准方法的基础上,采用大孔径毛细管柱气相色谱仪对三卤甲烷(四种)及四氯化碳等进行了定量分析研究,并得到了 14

dibromochloromethaneandbromoform)andtetrachloromethane

indrinkingwaterbygaschromatographyanalysisisreported.TheconditionsforGCdeterminationwere:ECDdrtectorat345 ;column:HP-5(25m 0 32mmi.d. 1 05 m);injectorat

250 .

Theminimaof

determination

were:

chloroform0 1 g/l、tetrachloromethane0 1 g/l、dichlorobromomethane0 2 g/l、dibromochloromethane0 2 g/landbromoform0 4 g/l.

KeyWords gaschromatography,trihalomethanes,drinkingw