屬性識(shí)別理論模型在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

屈衛(wèi)軍，王 暄

(新疆巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

屬性識(shí)別理論模型在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

屈衛(wèi)軍，王 暄

(新疆巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

運(yùn)用屬性識(shí)別理論的基本原理，以某市為例，研究屬性識(shí)別理論在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。結(jié)果與投影尋蹤法、主成分分析法基本一致，較符合實(shí)際情況。表明該方法在水質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)用中具有可行性和合理性，同時(shí)該方法簡(jiǎn)單、易懂，更適合于有標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題。

屬性識(shí)別理論;水質(zhì)評(píng)價(jià);地下水

地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)是地下水資源評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它的主要任務(wù)是根據(jù)地下水的主要物質(zhì)成份和給定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分析地下水水質(zhì)的時(shí)空分布狀況，為地下水資源的開發(fā)利用、規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)［1］。描述地下水水質(zhì)的指標(biāo)是多方面的［2］。我國(guó)在 1993年制定了 GB/T14848－93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。根據(jù)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)，并參照了生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)要求，將地下水質(zhì)量劃分為5類［3］。

目前評(píng)價(jià)方法有單項(xiàng)因子評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法，其中綜合評(píng)價(jià)法有模糊評(píng)判法、灰色關(guān)聯(lián)度法、物元分析法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等多種評(píng)價(jià)方法［4］。它們各具特色，有各自的適用范圍和局限性。本文將屬性識(shí)別理論應(yīng)用于該方面的綜合評(píng)價(jià)中，并以某市地下水水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)為例，驗(yàn)證了該方法在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的可行性和合理性。

1 屬性識(shí)別理論模型

1.1 屬性空間矩陣的建立［4－7］

在評(píng)價(jià)對(duì)象空間X中取得n個(gè)樣本，對(duì)于每一個(gè)樣本有m 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo) I1，I2，…，Im，第 i個(gè)樣本 xi的第 j個(gè)指標(biāo) Ij的測(cè)量值為xij，因此，第 i個(gè)樣本xi可以表示為一個(gè) m維向量，即 xi=(xi1，xi2，…，xim)，(i=1，2，…，n)。設(shè) F 為上某類屬性空間，C1，C2，…，Ck，為屬性空間 F的有序分割類，且滿足C1＞C2＞…＞Ck。每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo) Ij均有其相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn){zj1，zj2，…，zjk}，(U=1，2，…，m)，寫成分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣為:

其中:zjk滿足 zj1＜zj2＜…＜zjk或zj1＞zj2＞…＞zjk。

1.2 樣本屬性測(cè)度的計(jì)算

當(dāng) xij≤zj1時(shí)，取 μij1=1，μij2=… = μijk=0

當(dāng) xij≥zjk時(shí)，取 μijk=1，μij1= … = μijk－1=0

按(2)式計(jì)算得單指標(biāo)屬性測(cè)度矩陣:

按式(4)計(jì)算得到綜合屬性測(cè)度矩陣:

1.3 評(píng)判準(zhǔn)則

通過(guò)上述方法，計(jì)算得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)和各樣本屬性測(cè)度，在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行待測(cè)樣本的屬性識(shí)別。

按照置信度準(zhǔn)則［6］，對(duì)置信度 λ(一般取 0.5＜ λ≤1)計(jì)算:當(dāng)滿足(6)式時(shí)，則認(rèn)為 xi屬于 Cki類，即對(duì)樣本作出了評(píng)價(jià)。

按照評(píng)分準(zhǔn)則，計(jì)算:

則可根據(jù)qxi的大小對(duì)xi進(jìn)行比較評(píng)價(jià)和排序。

2 模型的應(yīng)用

2.1樣本空間矩陣與屬性分類標(biāo)準(zhǔn)矩陣的確定

本文以某市的4個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)為評(píng)價(jià)對(duì)象，選取總硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、溶解性總固體、氟化物6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(具體參數(shù)見表1)。地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)見表2。

表1 某市地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) mg/L

表2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí) mg/L

從而確定出評(píng)價(jià)樣本空間矩陣:

屬性空間矩陣:

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定［8，9］

在模型權(quán)重系數(shù)的確定過(guò)程中，為了避免人為主觀因素的干擾，擬選用熵權(quán)的方法，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)入手，充分利用數(shù)據(jù)自身信息，客觀地確定出指標(biāo)權(quán)重。在計(jì)算權(quán)重之前，先對(duì)樣本進(jìn)行歸一化處理，具體操作如下:

從而得到新評(píng)價(jià)樣本矩陣:

再設(shè)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下第j個(gè)待評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值比重為:

第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵為:

則得第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為:

由(10)－(14)式計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

2.3 屬性測(cè)度計(jì)算

利用公式(2)至(5)計(jì)算出各樣本的綜合屬性測(cè)度矩陣為:

2.4 屬性識(shí)別

取置信度λ=0.7進(jìn)行屬性識(shí)別，由(6)式和(15)式可得水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。此結(jié)果與投影尋蹤法、主成分分析法計(jì)算結(jié)果比較，具體情況見表4。

表4 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果比較

從表4可以看出，屬性識(shí)別理論所得出的結(jié)果與投影尋蹤法、主成分分析法所得的評(píng)價(jià)結(jié)果基本 一致。可見，屬性識(shí)別理論模型應(yīng)用于地下水質(zhì)評(píng)價(jià)具有可行性和合理性，并且該方法簡(jiǎn)單易懂，是一種適用的評(píng)價(jià)方法。

3 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)某市地下水水質(zhì)的6個(gè)評(píng)價(jià)因子的綜合評(píng)價(jià)，反映了4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地下水質(zhì)狀況。其結(jié)果與投影尋蹤法、主成分分析法計(jì)算結(jié)果一致，與實(shí)際情況基本相符，評(píng)價(jià)結(jié)果是客觀可信的。說(shuō)明應(yīng)用屬性識(shí)別法進(jìn)行地下水質(zhì)評(píng)價(jià)，能夠做到水質(zhì)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、合理性，是行之有效的。

2)屬性識(shí)別理論與熵權(quán)法相結(jié)合，進(jìn)行地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)過(guò)程簡(jiǎn)單易懂、方法簡(jiǎn)便，適合于有標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)題。

［1］倪深海，白玉慧.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐.2000(8):124 －127.

［2］鄒同慶.地下水水質(zhì)的物元評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用［J］.常德師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2001，13(4):31 －34.

［3］GB/T14848－93.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］陳會(huì)秋，門寶輝.屬性識(shí)別理論在黃前水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.東北水利水電.2003，21(2):27 －28.

［5］劉燕，吳文玲，胡安焱.基于熵權(quán)的屬性識(shí)別水質(zhì)評(píng)價(jià)模型［J］.人民黃河.2005，27(7):18 －19.

［6］程乾生.屬性識(shí)別理論模型及其應(yīng)用［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).1997，33(1):12 －20.

［7］孔健健，張江山.屬性識(shí)別理論模型在湖泊水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.環(huán)境工程.2004，22(5):39－42.

［8］張先起，梁川，劉慧卿.基于熵權(quán)的屬性識(shí)別模型在地下水水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版).2005，37(3):28－30.

［9］時(shí)光新，尹成信.基于熵的小流域綜合治理效益評(píng)價(jià)模型及其應(yīng)用［J］.水土保持通報(bào).1999，(10):30－32.

Application of Attribute Recognition Theory to Groundwater Quality Evaluation

QU Wei－ Jun，WANG Xuan
(Bazhou Exploration Design Institute of Hydro－power and Water Resources，Kurle 841000，China)

The theory of attribute recognition is introduced. Taking certain city as an example，the application of attribute recognition theory for groundwater quality assessment is studied.The evaluation results are identical with projection pursuit method and principal component analysis method，the results are consist with practical situation. The case study proves that the method is reliable and that the results are reasonable. The model is simple，easy to understand and is propitious to systemic quality assessment according to the criterion.

Attribute recognition theory，water quality evaluation and groundwater

X824

A

1004－1184(2012)05－0044－02

2012－05－18

屈衛(wèi)軍(1976－)男，新疆庫(kù)爾勒人，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。