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        基于模糊識別的地下水評價

        2015-04-13 09:58:28張鐘元
        黑龍江水利科技 2015年10期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)評價特征值水質(zhì)

        張鐘元

        (黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱150080)

        0 引言

        了解中國的地下水水質(zhì)狀況,根據(jù)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價成果,密切結(jié)合污染源種類、物質(zhì)組成和地理分布特征,通過綜合分析,確定污染范圍,并探討地下水污染的成因。至今為止,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究,依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準》(GB/T1448-93),提出了很多的地下水水質(zhì)評價的方法,比如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、灰色關(guān)聯(lián)聚類、熵權(quán)的模糊物元、模糊綜合評判法、相關(guān)性分析方法、模糊數(shù)學(xué)法[1]等,并取得了一定的研究成果。文章結(jié)合石家莊地區(qū)2004年地下水水質(zhì)統(tǒng)測數(shù)據(jù)的實例,應(yīng)用工程模糊集理論中的二元比較方法確定權(quán)重以及模糊識別模型來進行地下水水質(zhì)評價,取得較為良好的效果,模糊識別模型較其它方法相對簡便,結(jié)果也較為理想。為制定地下水資源可持續(xù)開發(fā)利用政策、措施提供技術(shù)依據(jù)。

        1 二元比較

        設(shè)基本單元系統(tǒng)中有因素集公式為:

        其重要性的二元對比矩陣為:

        若滿足條件:

        1)當(dāng)fhk>fhl時,有fkl=0

        2)當(dāng)fhk<fhl時,有fkl=1

        3)當(dāng)fhk=fhl時,有fkl=0.5

        則矩陣F必須滿足重要性定性排序的傳遞性,F(xiàn)稱為重要性排序一致性標(biāo)度矩陣,h=1,2,…,n。

        2 模糊識別模型[2]

        設(shè)有需要對模糊概念或模糊子集A進行識別的n個樣本組成的組合,有m個指標(biāo)(或目標(biāo))特征值表示樣本的整體特征,則有樣本集的指標(biāo)(或目標(biāo))特征值矩陣:

        式中:xij為樣本j指標(biāo)i的特征值,i=1,2,…,m;j= 1,2,...,n。

        如樣本集依據(jù)m個指標(biāo)按c個狀態(tài)或級別的已知指標(biāo)標(biāo)準特征值進行識別,則有指標(biāo)標(biāo)準特征值矩陣:

        式中:yih為狀態(tài)或級別h指標(biāo)i標(biāo)準特征值,h=1,2,…,c;i=1,2,…,m。

        當(dāng)指標(biāo)從1級變至c級指標(biāo)標(biāo)準特征值增加時,指標(biāo)對A的相對隸屬度(隸屬函數(shù))為:

        h級指標(biāo)標(biāo)準特征值對A的相對隸屬度(隸屬函數(shù))為:

        此外,指標(biāo)的權(quán)重向量ω

        根據(jù)拉格朗日函數(shù),得到模糊識別模型如下

        式中:uhj為樣本j對級別h的相對隸屬度,j=1,2,…,n;h=1,2,…,c。

        級別特征值向量如下

        4 應(yīng)用實例

        研究采用的數(shù)據(jù)為石家莊地區(qū)2004年地下水水質(zhì)統(tǒng)測數(shù)據(jù)[9]。各評價指標(biāo)分級標(biāo)準見表1。

        依據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準》(GB/T14848—93),各評價指標(biāo)分級標(biāo)準見表2。

        應(yīng)用公式(5)將矩陣X變?yōu)橄鄬﹄`屬度矩陣R為:

        表1 研究區(qū)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù) mg/l

        表2 地下水質(zhì)量分級標(biāo)準

        應(yīng)用公式(6)將矩陣Y變?yōu)橹笜?biāo)標(biāo)準特征值相對隸屬度矩陣S為:

        根據(jù)二元比較方法,應(yīng)用公式(2)得到7項指標(biāo)二元比較矩陣如下:

        根據(jù)上面矩陣,確定7項指標(biāo)權(quán)重向量為:

        運用模糊識別模型公式(8)得到水樣相對隸屬度矩陣U:

        運用公式(9)得到各個樣本的級別特征值如下:

        5 結(jié)論

        從結(jié)論可以看出石家莊地區(qū)年地下水水質(zhì)均處于Ⅱ-Ⅲ類中間,其中,井口5水質(zhì)污染程度相對最為嚴重,井口1-b和14污染程度相對較為嚴重,井口40、1和2污染程度相對偏輕,井口26、66、15和70污染程度較輕,井口22和50污染程度最輕。文章應(yīng)用二元比較方法確定指標(biāo)權(quán)重以及模糊識別模型來進行地下水水質(zhì)評價,方法比較簡便,物理概念清晰,根據(jù)相對隸屬度矩陣得到樣本級別特征值,直接進行評價分析,取得了較為理想的評價結(jié)果。

        [1]中華人民共和國國家技術(shù)監(jiān)督局.地下水質(zhì)量標(biāo)準GB/ T1448—93[M].北京:中國標(biāo)準出版社,1994:67.

        [2]倪深海,白玉慧.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2000(08):124-127.

        [3]楊帆,張征,呂連宏,等.基于灰色關(guān)聯(lián)聚類的地下水評價指標(biāo)優(yōu)化研究[J].環(huán)境工程,2008(26):304-309.

        [4]王力,劉廷璽,戴鑫,等.基于熵權(quán)的模糊物元在地下水水質(zhì)評價的應(yīng)用[J].人民黃河,2010,32(12):120-122.

        [5]駱祖江,陸順.模糊綜合評判法在嵊泗海域地下水評價中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù),2009(04):51-54.

        [6]歐亞波,李澤琴.地下水水質(zhì)評價中相關(guān)性分析方法的應(yīng)用[J].廣東微量元素科學(xué),2004,14(08):18-22.

        [7]郭東興,劉運濤,楊曉雙,等.運用模糊數(shù)學(xué)法評價項城地下水水質(zhì)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護,2007,18(04): 105-107.

        [8]邢軍,付芝,孫立波.基于熵權(quán)的地下水水質(zhì)模糊綜合評價[J].節(jié)水灌溉,2011(08):5-7.

        [9]陳守煜.工程模糊集理論與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998:26-28.

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