李書新 李彬彬

（1.長江中游水文水資源局江漢分局 湖北潛江 433100 2.長江中游水文水資源局 湖北武漢 450011）

基于五元聯(lián)系度的熵權(quán)集對分析法在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

李書新1李彬彬2

（1.長江中游水文水資源局江漢分局 湖北潛江 433100 2.長江中游水文水資源局 湖北武漢 450011）

根據(jù)集對分析原理將熵權(quán)集對分析法拓展為五元聯(lián)系度的熵權(quán)集對分析法。利用該方法對徽山站和韓莊閘站的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了評價(jià)，評價(jià)結(jié)果較好地反映了該流域的水質(zhì)狀況，為制定科學(xué)的改善環(huán)境質(zhì)量的污染源治理方案和綜合防治規(guī)劃與措施等提供依據(jù)。

熵權(quán)；集對分析；五元聯(lián)系度；水質(zhì)評價(jià)

水質(zhì)評價(jià)是水環(huán)境保護(hù)和管理的重要的環(huán)節(jié)，如何評價(jià)水資源的質(zhì)量，為人們生產(chǎn)生活提供可靠信息，便于采取相應(yīng)的防1治，是水環(huán)境研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的水質(zhì)評價(jià)方法難以反映各評價(jià)指標(biāo)在水質(zhì)綜合評價(jià)中的重要性。在一般的水質(zhì)綜合評價(jià)中，權(quán)重的確定目前大多由專家憑借經(jīng)驗(yàn)給出，人為因素較為嚴(yán)重，使得評價(jià)結(jié)果出現(xiàn)差異，最近又有些學(xué)者提出根據(jù)熵權(quán)理論，客觀地確定出水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。用傳統(tǒng)的集對分析方法僅對水質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn)分三類的數(shù)據(jù)有很好的效果，而有很多標(biāo)準(zhǔn)將水質(zhì)等級分為五類甚至更多，這就需要我們在根據(jù)集對分析原理在水質(zhì)評價(jià)中進(jìn)行拓展。因此，本文提出基于五元聯(lián)系度的熵權(quán)集對分析方法對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，并結(jié)合實(shí)例分析其在實(shí)際水質(zhì)評價(jià)中的實(shí)用性。

1 方法概述

集對是指由一定聯(lián)系的兩個(gè)集合構(gòu)成的對子。建立五級標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，我們要根據(jù)集對分析原理拓展為五元聯(lián)系度：μs=a+bi+cj+dk+ el，首先根據(jù)水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)初步計(jì)算出評價(jià)對象s的聯(lián)系度μs，然后對對象樣本做進(jìn)一步的集對分析得到第K項(xiàng)指標(biāo)聯(lián)系度μsk：

再計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重向量ωt，于是構(gòu)造出基于熵權(quán)的集對分析模型：

最后通過對μs′中同一、差異、對立各分量進(jìn)行歸一化，比較a、b、c、d、e的相對大小就可以判斷出評價(jià)對象的所屬等級。第m個(gè)對象的水質(zhì)等級為：

Gm=a+2b+3c+4d+5e

其中權(quán)重向量ωt為熵權(quán)[1]：

2 方法應(yīng)用實(shí)例

本文采用南四湖流域的微山站和韓莊閘站1999年的水質(zhì)監(jiān)測資料，對兩站各時(shí)間段的水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價(jià)。該流域各個(gè)重金屬的指標(biāo)達(dá)到國家地表水I類水的要求，因此在綜合評價(jià)過程中可以不作過多的考慮。根據(jù)流域的實(shí)際情況并考慮代表站點(diǎn)的檢測項(xiàng)目，選取硫酸鹽、亞硝酸鹽氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧、生化需氧量、揮發(fā)酚共7項(xiàng)指標(biāo)作為本文水質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)，結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。

首先計(jì)算各擬評價(jià)對象的水質(zhì)評價(jià)的集對分析聯(lián)系度分別為：

比較8個(gè)擬評價(jià)對象的聯(lián)系度可初步得到對于徽山站水質(zhì)3～8月一直惡化，到11月水質(zhì)有明顯好轉(zhuǎn)，而韓莊閘正好相反。為進(jìn)一步分析評價(jià)指標(biāo)的數(shù)值與指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)之間的數(shù)量關(guān)系，需繼續(xù)對各評級對象相對與分級標(biāo)準(zhǔn)作同一、差異、對立的集對分析。

以徽山站3月水質(zhì)為例，計(jì)算出7項(xiàng)評價(jià)因子相對于分級標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度，然后按照（3）式計(jì)算出各評價(jià)因子的權(quán)重為（0.1517，0.1551，0.0915，0.1224，0.1525，0.1504，0.1764）。按照（2）式并作歸一化計(jì)算出擬評價(jià)對象的平均聯(lián)系度為：

根據(jù)Gm=a+2b+3c+4d+5e計(jì)算各評價(jià)對象的等級，結(jié)果見表1。

表1 基于熵權(quán)集對分析法評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

熵權(quán)集對分析法得到水質(zhì)基本屬于是Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，且能顯示水質(zhì)的變化過程，而一般的水質(zhì)評價(jià)方法，水質(zhì)隨時(shí)間變化就不會(huì)明顯，比如等權(quán)貝葉斯法的2～4號。結(jié)合表1中各指標(biāo)的值可以看到，幾乎每個(gè)時(shí)期都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超出同一時(shí)期的其他點(diǎn)的指標(biāo)，這也就導(dǎo)致了評價(jià)的結(jié)果和單因子評價(jià)的差別很大。但兩種方法得到的結(jié)果都具參考價(jià)值，若是對水質(zhì)要求不高的用戶，可考慮熵權(quán)集對分析結(jié)果；若是要求較高的，就要采用單因子評價(jià)結(jié)果，與此同時(shí)水質(zhì)治理的費(fèi)用也會(huì)增加。

[1]孟憲萌，胡和平.基于熵權(quán)的集對分析模型在水質(zhì)綜合評價(jià)中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，2009，40（3）：257～262.

[2]趙曉慎，張超，王文川.基于熵權(quán)法賦權(quán)的貝葉斯水質(zhì)評價(jià)模型[J].水電能源科學(xué)，2011，29（6）：33～35.

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A

1004-7344（2016）03-0102-02

2016-1-5

李書新（1972-），男，湖北潛江人，技師，中專，主要從事水文預(yù)報(bào)工作。