本發(fā)明屬于環(huán)境評價領(lǐng)域，更具體地，是涉及一種基于絕對標準和相對標準的、以百分制為基礎(chǔ)的地表水質(zhì)綜合評價體系。
背景技術(shù)：
：在“河長制”引領(lǐng)我國水利發(fā)展的背景之下，水環(huán)境治理工作的重要性提高到了新的高度，客觀合理反映河長負責(zé)水域水質(zhì)狀況的評價方法則是開展河湖管理工作的基礎(chǔ)。水質(zhì)評價的結(jié)果不僅應(yīng)提供水質(zhì)類別、污染程度等，還應(yīng)準確反應(yīng)水質(zhì)狀況的時空變化。另外，為了方便水環(huán)境管理者決策、公眾監(jiān)督及河長工作考核，評價方法應(yīng)具備較高的數(shù)據(jù)可視化特點和直觀的評價結(jié)果?，F(xiàn)階段水質(zhì)評價方法可分為確定性方法和不確定性方法。確定性方法主要包括：單因子評價法，其一票否決的評價原則過于嚴苛；污染指數(shù)評價法，其評價方式不能反映不同指標的重要性差異，評價結(jié)果不夠客觀合理。不確定性方法主要包括：模糊數(shù)學(xué)評價法，其隸屬度函數(shù)的計算主觀性較大；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，其計算過于繁瑣復(fù)雜，不利于推廣運用。另外，以上方法最終的評價結(jié)果均落于五類水的劃分上，在目前監(jiān)測水平的提高和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展下，顯得過于粗放。因此，對水質(zhì)進行更加精細的定量評價尤為必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明目的是針對目前粗放的水質(zhì)評價方式，建立一種標準可控、精細定量、基于百分制的地表水質(zhì)綜合評價體系，并采用雷達掃描圖，對評價結(jié)果進行直觀的表達。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于可控標準的地表水質(zhì)百分制綜合評價體系，可采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：1.水質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理輸入多指標水質(zhì)樣本后，利用箱型圖對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行篩選和剔除。2.評價指標權(quán)重的確定利用污染貢獻率法賦予各指標初始權(quán)重，利用加權(quán)主成分分析法確定評價指標的最終權(quán)重。將標準化后的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行賦權(quán)后，計算其協(xié)方差矩陣、特征向量、信息貢獻率和累積貢獻率。將特征向量進行絕對值變換后，以信息貢獻率為權(quán)重，計算各評價指標的最終權(quán)重。3.單項指標的評價評價標準分為絕對標準(《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(gb3838-2002)，以下簡稱《標準》)和相對標準(評價水域水功能區(qū)目標)。對《標準》基本項目標準限值進行擴充，添加最優(yōu)限值和最劣限值。對于非溶解氧項目，最優(yōu)限值為i類水標準值的2/3倍，最劣限值為v類水標準值的2倍；對于溶解氧，最優(yōu)限值為i類水標準值的1.5倍，最劣限值為v類水標準值的0.5倍。相應(yīng)的評價方法分為絕對評價方法和相對評價方法，均以百分制為基礎(chǔ)。(1)絕對評價方法絕對評價方法引入評價類別標識值，將水質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為類別標識值后，再用式(1)計算評價分數(shù)。評價類別標識值與水功能區(qū)類別標準值的關(guān)系見表1，各標識值之間采用線性插值的方式進行計算。式中：a為水質(zhì)類別標識值；y為絕對評價方法的評價分數(shù)，保留一位小數(shù)。表1類別標識值計算表(2)相對評價方法相對評價方法以評價水域水功能區(qū)目標標準值為基準，采用浮動的評價準則。在達到水功能區(qū)目標時，評價結(jié)果為80分，其它評價分數(shù)控制點見表2，各控制點之間采用線性評價方式。表2相對評價方法評價準則表4.水質(zhì)綜合評價水質(zhì)綜合評價同樣分為絕對評價和相對評價。將步驟3中單項指標絕對和相對評價的結(jié)果，分別與步驟2中各指標的最終權(quán)重相乘并求和，即得到以百分制為基礎(chǔ)的水質(zhì)綜合評價結(jié)果。5.評價結(jié)果的展示評價結(jié)果采用雷達掃描圖的表達方式，按照評價權(quán)重從小到大的順序，由內(nèi)向外將各評價指標的評價結(jié)果展示出來，最終陰影環(huán)形面積即為水質(zhì)綜合評價結(jié)果。優(yōu)選地，步驟2在進行加權(quán)主成分分析之前，數(shù)據(jù)標準化采用z-score方法。優(yōu)選地，步驟2加權(quán)主成分分析的初始權(quán)重由污染貢獻率法算得，主成分個數(shù)等于特征向量的個數(shù)。優(yōu)選地，步驟3中相對評價法在達到水功能區(qū)目標時，評價結(jié)果計為80分。本發(fā)明的優(yōu)點在于：用精細定量的百分制評價方式代替粗放的五類水劃分方式，評價結(jié)果更加客觀合理。評價標準采用絕對評價和相對評價結(jié)合的方式，絕對評價考慮了水質(zhì)狀況的非線性變化，可用于不同水體水質(zhì)狀況的橫向?qū)Ρ?；相對評價因地制宜，可貼切反映評價水體水質(zhì)狀況在時間維度上的縱向變化。評價結(jié)果采用雷達掃描圖的展示方法，直觀明了，有利于管理者的決策和公眾的認知。在“河長制”的管理背景下，本發(fā)明方便對河長管理成果進行定量考核，可以與軟件系統(tǒng)結(jié)合進行有效運用,有助于水質(zhì)演化過程趨勢的定量評價，全面正確評價管理者的工作業(yè)績。采用雷達掃描圖展示水質(zhì)評價結(jié)果的直觀方式，也有利于本發(fā)明在實際運用中得到推廣應(yīng)用。附圖說明圖1為本發(fā)明用箱型圖進行水質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理時的過程圖，以高錳酸鹽指數(shù)為例。圖2為本發(fā)明的雷達掃描圖，用于直觀地展示水質(zhì)評價結(jié)果。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明，應(yīng)理解這些實施例僅用于解釋說明本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。1.水質(zhì)數(shù)據(jù)預(yù)處理實施例采用江蘇省某淡水湖泊一水質(zhì)監(jiān)測點2016年6月至2017年4月氨氮(nh3-n)、高錳酸鹽指數(shù)(codmn)、總氮(tn)、總磷(tp)、溶解氧(do)的日監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用箱型圖法對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行篩選和剔除。箱型圖異常值的識別標準設(shè)計為：小于q1-1.5iqr或大于q3+1.5iqr的值。其中，q1為數(shù)據(jù)的上四分位數(shù)，q3為數(shù)據(jù)的下四分位數(shù)，iqr為數(shù)據(jù)的四分位距。以高錳酸鹽指數(shù)為例，其箱型圖法篩選過程見附圖1，第5、66、67數(shù)據(jù)點位于上邊緣之外，第44、50數(shù)據(jù)點位于下邊緣之外，均為異常值，予以剔除。2.評價指標權(quán)重的確定(1)利用污染貢獻率法賦予各指標初始權(quán)重，計算方法如式(2)：式中：woj為第j項水質(zhì)評價指標初始權(quán)重；ij為第j項水質(zhì)評價指標的污染指數(shù)。對于非溶解氧指標，污染指數(shù)計算方法為：式中：cj為第j項水質(zhì)評價指標實測濃度；soj為與水環(huán)境功能區(qū)對應(yīng)的第j項水質(zhì)指標的濃度限值。對于溶解氧，污染指數(shù)ij即公式中的ido計算公式為：式中：ido為溶解氧的污染指數(shù)；cdo為溶解氧的實測濃度；cdo,f為飽和溶解氧濃度；so,do與水環(huán)境功能區(qū)對應(yīng)的溶解氧濃度限值。(2)利用加權(quán)主成分分析法確定評價指標的最終權(quán)重。將z-score標準化后的水質(zhì)數(shù)據(jù)賦予初始權(quán)重后，進行主成分分析，計算其協(xié)方差矩陣、特征向量、信息貢獻率和累積貢獻率。將特征向量進行絕對值變換后，以信息貢獻率為權(quán)重，計算各評價指標的最終權(quán)重，計算方法如式(4)：式中：wj為各評價指標的最終權(quán)重；λk為第k個特征向量；ηk為第k個特征向量的信息貢獻率；q為特征向量的計入個數(shù)。以實施例數(shù)據(jù)為例，其水功能區(qū)目標為ⅱ類水，主成分分析的初始權(quán)重和評價指標最終權(quán)重計算結(jié)果見表3。表3權(quán)重計算表項目氨氮高錳酸鹽指數(shù)總氮總磷溶解氧水質(zhì)目標0.504.000.500.0256.00初始權(quán)重0.2010.1190.2490.3560.045最終權(quán)重0.2100.0700.2520.4450.0233.單項指標的評價(1)絕對評價方法將水質(zhì)數(shù)據(jù)按照表1轉(zhuǎn)化為水質(zhì)類別標識值，各標識值之間采用線性插值的方式進行計算。再根據(jù)類別標識值利用公式(1)計算單項指標的評價分數(shù)。以實施例2016年6月20日氨氮數(shù)據(jù)為例，氨氮濃度為0.64mg/l，其水質(zhì)類別標識值a為：則評價分數(shù)y為：水質(zhì)類別標識值具體計算公式如下。其中氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、溶解氧的相對評價分數(shù)分別用anh3n、acodmn、atn、atp和ado表示。(2)相對評價方法相對評價方法以評價水域水功能區(qū)目標標準值為基準，采用浮動的評價準則。在達到水功能區(qū)目標時，評價結(jié)果為80分。同樣以實施例2016年6月20日氨氮數(shù)據(jù)為例，氨氮濃度為0.64mg/l，則評價分數(shù)z為：根據(jù)表2，各指標相對評價分數(shù)可用如下公式計算。其中氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、溶解氧的相對評價分數(shù)分別用ztn、ztp和zdo表示。4.水質(zhì)綜合評價將單項指標絕對和相對評價的結(jié)果，分別與各指標的最終權(quán)重相乘并求和，即得到以百分制為基礎(chǔ)的水質(zhì)綜合評價結(jié)果。實施例2016年6月20日五個指標的濃度和采用兩個標準的評價分數(shù)見表4，結(jié)合表3中的最終權(quán)重，可算得絕對評價分數(shù)為0.210*78.8+0.070*81.1+0.252*82.8+0.445*56.3+0.023*87.9＝70.2分，相對評價分數(shù)為0.210*77.3+0.070*79.6+0.252*81.2+0.445*58.1+0.023*86.4＝70.1分。表4單項指標評價表項目氨氮高錳酸鹽指數(shù)總氮總磷溶解氧濃度(mg/l)0.644.120.470.116.96絕對評價78.881.182.856.387.9相對評價77.379.681.258.186.45.評價結(jié)果的展示評價結(jié)果采用雷達掃描圖的表達方式，按照評價權(quán)重從小到大的順序，由內(nèi)向外將各評價指標的評價結(jié)果展示出來，環(huán)形陰影顏色越深，代表水質(zhì)狀況越差，總圓的面積為100，環(huán)形陰影面積即為水質(zhì)綜合評價分數(shù)。上述案例相對評價的結(jié)果展示見附圖2。當前第1頁12