基于主成分分析法的渭河陕西段水环境质量评价
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吴 勇 ，刘有 军 ，陈 伟 ，江 强
（ 云南 省建 筑科 学研究 院 ，云南 昆明 ６ ５ ０ ２ ２ ３ ） 摘 要 ：主成 分分析 法能 够在保证 原 始数据 信 息损 失 最 小的情 况下 ，以 少数 的综合 变量取 代 原有 的 多
维变量 ，使 数据 结构 大为 简化 ，并且客 观地 确定 变量权 数 ，避免 了主观 随意性 。应 用主 成分分 析 法对渭 河
已在 ２ ０世 纪 ８ ０代 基本 治理达 标 ，向渭河 排放 的 重
金属 的数量 较少 ，而渭 河 又是一 条多泥 沙 、河槽 宽 阔、 比降较 小 的河 流 ，水 流 速 度 较 慢 、水 层 亦 较
量 综合评 价方 面应 用广泛 。 主成 分分 析法 能将 高维
空间 的问题转 化到 低维 空间去处 理 ，使 问题 变得 比 较 简单 、直 观 ，而 且这些 较少 的综合 指标 之 间互 不
着一定的相关性 ，使得对主要信息的提取变得十分
复 杂 。仅 仅靠单 一 的指标 来评价 水环境 质量 的污染
程 度 ，难 免产 生片 面性 。因此对 水环境 质量 进行综
业 ，其 中乡镇 工 业 企 业 达 ｌ ５万 个 左 右 。据对 县 及
县 以上工业 企业 的环境 统计 ，渭河 年接 纳工业 废水
浅 ，易 于泥沙对 重金属 离子 的 吸附和沉 降 ，河水 中
重金 属 的浓度 较低 ，只有个 别断 面某种 金属 离子 浓 度超 过地 面水 的 Ⅲ类水 的标 准 。渭河 流经宝 鸡 、咸
相关 ，又能 提 供 原 有 指 标 的 绝 大 部 分 信 息 Ｊ 。而
且 ，伴 随 主成分分 析 的过程 ，将会 自动生成 各 主成 分 的权 重 ，这就在 很大程 度上 抵制 了在评 价过程 中 人为 因素 的干扰 。
水环 境进 行质 量评价 ，评 价结果表 明 ，渭 河陕 西不 同地段 水 质状 况不 同。 总的来讲 ，渭河 污染十分 严重 。
关键 词 ：主成 分分析 法 ；水环境质 量评 价 ；渭河 陕西段
中图分类 号 ：Ｘ ８ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ３— ９ ６ ５ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ６— ０ ０ ８ ２— ０ ５
数理统计得 出统计量 （ 特征数值 ）及 环境 的各种
代表 值 ，然后依 据水 环境 质量评 价方法 及水 环境质
量分 级分类 标准 进行 环境质 量评 价 。然 而 水环 境 系
Baidu Nhomakorabea
门 的监 测资料 ，渭 河至 陕西凤 阁岭 后 ，除个别 指标
超标外 ，其 水 质 多 年来 均 符 合 《 地 面 水 环 境 质 量
收稿 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ３— ０ ８— ０ ５
—
２ 主成 分分析 法 ２ ． １ 方法 简介
主成 分 分 析 法 （ ｐ ｒ ｉ ｎ ｅ ｉ ｐ ａ ｌ ｃ ｏ ｐ ｌ ｌ ｌ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｉ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，
Ｐ Ｃ Ａ）也许是多变 量分析 中最古 老 和最著名 的技 术。
标准 》 Ⅲ类 水标 准 ，可 以满 足工农 业用水 的要 求 。
渭河 陕西段 有 工业 企 业 ８ ０ ０ ０多 家 ，呈 串珠 式 分布 于渭河及 其 支 流 两岸 ； 尚有 ５ ０多 万 个 乡镇 企
统是 一个 复杂 的系统 ，在 分析过 程 中 ，需要 对多个
变量 进行 分析 ，由于变量个 数众 多且 彼此之 间存在
合评 价 的最大难 点 就是多 目标性 ，即需 要考 虑众 多
表 征水环 境质量 的指 标 。如何科 学地 、客观 地将 一 个 多指标 问题 综合成 为少 数几个 指标 问题成 为水 环
境 质量评 价 的研究 重点 。
近 年来 ，随着 多元统 计分 析 的普 及和应 用 ，主
成 分分 析法也 成为 一种新 兴 的评 价方 法 ，在 环境 质
３ ． ２亿 ｔ ，城 市 生 活 污 水 １ ． ６ ９亿 ｔ ；工 业 废 水 、生
活污 水处 理 率 分 别 为 ７ ７ ． ９ ％ 、２ １ ％ 左 右 ，绝 大 多 数生 活污水 和 ２ ２ ％ 的工 业废 水 未 经处 理 直 接 排 入 渭河 水系 。渭 河水 系年 接 纳重 金 属 ４ ． ４ ６ ｔ 、有 机 污 染物 约 １ ０ ． ７ ５万 ｔ ，其 中 Ｃ Ｏ Ｄ达 １ ０ ． ６ ６万 ｔ ，约 占 有机 污染 物 的 ９ ９ ． ２ ％ 。 由于含 重 金 属 的工 业 废 水
环境 科 学导刊
ｈ ｔ ｔ ｐ ：／ ／ ｈ ｊ ｋ ｘ ｄ ｋ ． ｙ ｉ ｅ ｓ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ａ ２ ０ １ ３ ，３ ２（ ６ ）
Ｃ Ｎ ５ ３—１ ２ ０ ５ ／ Ｘ Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ１ ６ ７ ３— ９ ６ ５ ５
基 于 主 成 分 分 析 法 的 渭 河 陕 西 段 水 环 境 质 量 评 价
１ 环境 现 状
阳 、西安 和渭 南 等 市 ，受 到 有 机 污 染 物 的重 复 污
染 ，已超 出其 稀 释 和 自净 能 力 ，呈 有 机 型 污染 特 征 ，以氨氮 、高锰 酸盐指 数 、生 化需 氧量 和挥发 酚
污染 较 为突 出。
胃 河在 “ 品 字 泉 ” 源 头 ，其 水 质 良好 ，清 澈 透亮 ，沁人 心 脾 。从 源头 往 下 ，进 人水 土 流 失 区 ， 河水 由清变 浊 、由浊变 浑 。据有关 资料介 绍 ，在定
西境 内 ，河水 含 沙量 达 ６ ６ ． ４ ｋ ｇ ／ ｍ 。渭河 甘 肃段 有 污染 源 ８ ７家 ，其 中工业 污染源 ６ ２家 ，年接 纳工 业 废 水 和生活 污水 ２ ６ ２ ２万 ｔ 。根 据甘 、陕 环境保 护部
水环境 质量 评价 就是通 过一定 的数 理方 法和其 他手 段 ，对水 环 境 素 质 的 优 劣 进 行 定 量 描 述 的过 程 。水环境 质量 评价 必须 以监测 资料 为基础 ，经过
（ 云南 省建 筑科 学研究 院 ，云南 昆明 ６ ５ ０ ２ ２ ３ ） 摘 要 ：主成 分分析 法能 够在保证 原 始数据 信 息损 失 最 小的情 况下 ，以 少数 的综合 变量取 代 原有 的 多
维变量 ，使 数据 结构 大为 简化 ，并且客 观地 确定 变量权 数 ，避免 了主观 随意性 。应 用主 成分分 析 法对渭 河
已在 ２ ０世 纪 ８ ０代 基本 治理达 标 ，向渭河 排放 的 重
金属 的数量 较少 ，而渭 河 又是一 条多泥 沙 、河槽 宽 阔、 比降较 小 的河 流 ，水 流 速 度 较 慢 、水 层 亦 较
量 综合评 价方 面应 用广泛 。 主成 分分 析法 能将 高维
空间 的问题转 化到 低维 空间去处 理 ，使 问题 变得 比 较 简单 、直 观 ，而 且这些 较少 的综合 指标 之 间互 不
着一定的相关性 ，使得对主要信息的提取变得十分
复 杂 。仅 仅靠单 一 的指标 来评价 水环境 质量 的污染
程 度 ，难 免产 生片 面性 。因此对 水环境 质量 进行综
业 ，其 中乡镇 工 业 企 业 达 ｌ ５万 个 左 右 。据对 县 及
县 以上工业 企业 的环境 统计 ，渭河 年接 纳工业 废水
浅 ，易 于泥沙对 重金属 离子 的 吸附和沉 降 ，河水 中
重金 属 的浓度 较低 ，只有个 别断 面某种 金属 离子 浓 度超 过地 面水 的 Ⅲ类水 的标 准 。渭河 流经宝 鸡 、咸
相关 ，又能 提 供 原 有 指 标 的 绝 大 部 分 信 息 Ｊ 。而
且 ，伴 随 主成分分 析 的过程 ，将会 自动生成 各 主成 分 的权 重 ，这就在 很大程 度上 抵制 了在评 价过程 中 人为 因素 的干扰 。
水环 境进 行质 量评价 ，评 价结果表 明 ，渭 河陕 西不 同地段 水 质状 况不 同。 总的来讲 ，渭河 污染十分 严重 。
关键 词 ：主成 分分析 法 ；水环境质 量评 价 ；渭河 陕西段
中图分类 号 ：Ｘ ８ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ３— ９ ６ ５ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ６— ０ ０ ８ ２— ０ ５
数理统计得 出统计量 （ 特征数值 ）及 环境 的各种
代表 值 ，然后依 据水 环境 质量评 价方法 及水 环境质
量分 级分类 标准 进行 环境质 量评 价 。然 而 水环 境 系
Baidu Nhomakorabea
门 的监 测资料 ，渭 河至 陕西凤 阁岭 后 ，除个别 指标
超标外 ，其 水 质 多 年来 均 符 合 《 地 面 水 环 境 质 量
收稿 Ｅ ｌ 期： ２ ０ １ ３— ０ ８— ０ ５
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２ 主成 分分析 法 ２ ． １ 方法 简介
主成 分 分 析 法 （ ｐ ｒ ｉ ｎ ｅ ｉ ｐ ａ ｌ ｃ ｏ ｐ ｌ ｌ ｌ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｉ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，
Ｐ Ｃ Ａ）也许是多变 量分析 中最古 老 和最著名 的技 术。
标准 》 Ⅲ类 水标 准 ，可 以满 足工农 业用水 的要 求 。
渭河 陕西段 有 工业 企 业 ８ ０ ０ ０多 家 ，呈 串珠 式 分布 于渭河及 其 支 流 两岸 ； 尚有 ５ ０多 万 个 乡镇 企
统是 一个 复杂 的系统 ，在 分析过 程 中 ，需要 对多个
变量 进行 分析 ，由于变量个 数众 多且 彼此之 间存在
合评 价 的最大难 点 就是多 目标性 ，即需 要考 虑众 多
表 征水环 境质量 的指 标 。如何科 学地 、客观 地将 一 个 多指标 问题 综合成 为少 数几个 指标 问题成 为水 环
境 质量评 价 的研究 重点 。
近 年来 ，随着 多元统 计分 析 的普 及和应 用 ，主
成 分分 析法也 成为 一种新 兴 的评 价方 法 ，在 环境 质
３ ． ２亿 ｔ ，城 市 生 活 污 水 １ ． ６ ９亿 ｔ ；工 业 废 水 、生
活污 水处 理 率 分 别 为 ７ ７ ． ９ ％ 、２ １ ％ 左 右 ，绝 大 多 数生 活污水 和 ２ ２ ％ 的工 业废 水 未 经处 理 直 接 排 入 渭河 水系 。渭 河水 系年 接 纳重 金 属 ４ ． ４ ６ ｔ 、有 机 污 染物 约 １ ０ ． ７ ５万 ｔ ，其 中 Ｃ Ｏ Ｄ达 １ ０ ． ６ ６万 ｔ ，约 占 有机 污染 物 的 ９ ９ ． ２ ％ 。 由于含 重 金 属 的工 业 废 水
环境 科 学导刊
ｈ ｔ ｔ ｐ ：／ ／ ｈ ｊ ｋ ｘ ｄ ｋ ． ｙ ｉ ｅ ｓ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ａ ２ ０ １ ３ ，３ ２（ ６ ）
Ｃ Ｎ ５ ３—１ ２ ０ ５ ／ Ｘ Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ１ ６ ７ ３— ９ ６ ５ ５
基 于 主 成 分 分 析 法 的 渭 河 陕 西 段 水 环 境 质 量 评 价
１ 环境 现 状
阳 、西安 和渭 南 等 市 ，受 到 有 机 污 染 物 的重 复 污
染 ，已超 出其 稀 释 和 自净 能 力 ，呈 有 机 型 污染 特 征 ，以氨氮 、高锰 酸盐指 数 、生 化需 氧量 和挥发 酚
污染 较 为突 出。
胃 河在 “ 品 字 泉 ” 源 头 ，其 水 质 良好 ，清 澈 透亮 ，沁人 心 脾 。从 源头 往 下 ，进 人水 土 流 失 区 ， 河水 由清变 浊 、由浊变 浑 。据有关 资料介 绍 ，在定
西境 内 ，河水 含 沙量 达 ６ ６ ． ４ ｋ ｇ ／ ｍ 。渭河 甘 肃段 有 污染 源 ８ ７家 ，其 中工业 污染源 ６ ２家 ，年接 纳工 业 废 水 和生活 污水 ２ ６ ２ ２万 ｔ 。根 据甘 、陕 环境保 护部
水环境 质量 评价 就是通 过一定 的数 理方 法和其 他手 段 ，对水 环 境 素 质 的 优 劣 进 行 定 量 描 述 的过 程 。水环境 质量 评价 必须 以监测 资料 为基础 ，经过