1、应用主成分分析法在白石江水质中的评价摘 要：本文借助统计分析软件 SPSS 软件，使用主成分分析法对2013 年曲靖市白石江的水质进行了综合评价，结果显示：创业水务局段的水质相对较差，曲靖师院段的相对较好，白石江水质污染程度按从重到轻排序依次为：创业水务局东星小区一汽红塔 麻黄六村 驰宏公司曲靖师院。评价的结果与实际情况相符合，说明主成分分析法是一种较为有效的水质评价方法。 关键词：主成分分析；SPSS；水质评价；白石江 中图分类号： R123.1 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160132070 1 概述 1.1 白石江基本情况简介 有着“珠江源头第一市”之称的云
2、南省曲靖市，人们称它为爨地或爨乡。而流经曲靖市城区的白石江是三国时期的重要古战场，诸葛亮与孟获悠久的文化历史在民间广为流传，白石江在历史上成为了曲靖的咽喉要塞和打通云南的必经之地，是南盘江的支流，是沿江沿线农业灌溉的枢纽和城市的排水通道，是珠江源大城市的重要景观，是把中心城区建成山水园林城市的主要依托。 白石江水长流不息，时时记载着两岸的兴衰变迁，昔日流水潺潺田园般的景象已渐渐从人们的记忆中消失。20 世纪 80 年代以后，雨水是一年比一年少，水质也一年比一年差，导致江域污水一片，浊气扑鼻，经监测水质曾连续多年降到类或劣类水，已失去了再利用的价值，给周边民众的生产生活带来了不便甚至危害。要让两
3、江恢复往日水清、岸绿的景象，治水是根本，而治水的根本是截污和治污。现白石江综合治理工程正式开工建设，包括清淤、截污、引水、绿化、亮化 5 大工程，治理目标是：“水清、岸绿、景美、路畅、灯亮” ，再现“母亲河” 。 1.2 主成分分析法 主成分分析是由霍特林于 1933 年首先提出的，他是利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标的多元统计方法。 用主成分分析法的优点是可消除评价指标之间的相关影响。因为主成分分析法在对原始数据指标变量进行变换后形成了彼此相互独立的主成分，而且实践证明指标间相关程度越高，主成分分析效果越好。由主成分分析法得出的指标权重，最大的优势是排除了人的主管因素，以纯数字
4、去验证结论，避免了主观随意性。 主成分分析方法的主要目的就是通过降维技术用少数几个综合变量来代替原始多个变量，这些主要成分能够反映原始变量的绝大部分信息，它们通常表示为原始变量的某种线性组合，而不是去分析比较各变量指标的重要性。其次通过计算综合主成分函数得分，对水质现象进行科学评价。 2 分析方法过程 2.1 主成分分析法的步骤 本文通过统计软件 SPSS 对相关数据进行了主成分分析， 污染物指标数据采用 2013 年白石江的 6 个监测断面的环境质量数据平均值进行计算。根据监测指标和环境管理的需要，选取的 5 种污染物指标进行主成分分析评价。主要包括：高锰酸盐指数、六价铬、氨氮、总磷、悬浮物
5、（如表 1） 。 对 6 个监测断面的环境质量数据进行标准化处理。 计算相关系数，利用相关系数矩阵，计算特征值和特征向量以及主成分贡献率、累计贡献率。 确定主成分载荷，计算主成分得分。 为了排除数量级和量纲不同带来的影响，需对原始数据进行标准化处理。对 6 个监测断面的 5 项理化指标用于主成分分析，依据此量化指标的协差阵 提取主成分，会过分关照方差大的变量，而漠视方差小的变量，从而给出不合理的主成分分析结果。为了避免这种不合理的结果，在主成分分析前，先将数据标准化处理。即将各变量转化为均值为 0、标准差为 1 的变量，数据无量纲。 其中 将原始监测数据进行标准化后求出相关系数矩阵，用 SPS
6、S 软件分别对 5 个评价指标的相关系数矩阵和特征值进行计算，以确定评价的主因子数。据特征值方差累计贡献率确定选取主成分的个数。 2.2 主成分分析结果讨论 按特征值大于 1 的选取原则，提取出相互独立的主成分，剔除信息重复的指标。每个主成分概括原始指标信息的程度用其贡献率表示，以累积贡献率大于 85%的原则为确定主成分个数。主要计算结果见表 2。 表 2 可以确定，本文提取 2 个主成分，这 2 个主成分累计贡献率为88%，即这 2 个主成分包含了整个污染物指标 88%以上的信息量，符合主成分提取要求。 在主成分载荷矩阵中，主成分载荷是主成分与变量之间的相关系数（表 3） 。 2.3 主成分
7、得分分析 根据主成分得分矩阵，确定主成分 1、2 的得分方程，通过计算可以得出 6 个断面的得分和排名，见表 4。 在进行分析的 6 个断面中，曲靖师院和驰宏公司断面水质情况较好，以上为沿江排放的点源较少，该江段水体环境质量状况尚保持较好的状态。麻黄六村到一汽红塔属于轻度污染；东星小区以上为污染严重。第1 主成分的贡献率是 57.129%，第 2 主成分的贡献率是 31.225%， 则 F 的取值越大，表示该断面的水质越差。 计算 n 个样品在 m 个主成分上的得分： 3 结论 2013 年白石江的水质污染程度排序为：创业水务局东星小区一汽红塔麻黄六村 驰宏公司曲靖师院。用 SPSS 软件在主成分分析法中，使得计算和分析过程更为简单而精确，具有特殊的优越性，说明主成分分析法是分析水质情况的一种较为科学合理的方法。 参考文献 1 刘威，尚金城. 主成分分析在近年来松花江吉林段水质研究中的应用J .北方环境， 2010（6）： 45-48. 2何志云. SPSS 软件在南宁市内河水质综合评价中的应用J . 硅谷，2008（14）：106-17 . 作者简介：郭光玲（1972-） ，女，汉族，云南曲靖人，本科，云南能源职业技术学院资环学院高级讲师，主要从事化学专业教学工作。
