屬性識別理論模型在地下水水質評價中的應用

屈衛軍，王 暄

(新疆巴州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000)

屬性識別理論模型在地下水水質評價中的應用

屈衛軍，王 暄

(新疆巴州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000)

運用屬性識別理論的基本原理，以某市為例，研究屬性識別理論在地下水水質評價中的應用。結果與投影尋蹤法、主成分分析法基本一致，較符合實際情況。表明該方法在水質評價應用中具有可行性和合理性，同時該方法簡單、易懂，更適合于有標準的系統質量評價問題。

屬性識別理論;水質評價;地下水

地下水水質評價是地下水資源評價的一項重要內容，它的主要任務是根據地下水的主要物質成份和給定的水質標準，分析地下水水質的時空分布狀況，為地下水資源的開發利用、規劃和管理提供科學依據［1］。描述地下水水質的指標是多方面的［2］。我國在 1993年制定了 GB/T14848－93《地下水質量標準》。根據地下水水質現狀、人體健康基準值及地下水質量保護目標，并參照了生活飲用水、工業、農業用水水質要求，將地下水質量劃分為5類［3］。

目前評價方法有單項因子評價法和綜合評價法，其中綜合評價法有模糊評判法、灰色關聯度法、物元分析法及人工神經網絡法等多種評價方法［4］。它們各具特色，有各自的適用范圍和局限性。本文將屬性識別理論應用于該方面的綜合評價中，并以某市地下水水質的綜合評價為例，驗證了該方法在水質綜合評價中的可行性和合理性。

1 屬性識別理論模型

1.1 屬性空間矩陣的建立［4－7］

在評價對象空間X中取得n個樣本，對于每一個樣本有m 個評價指標 I1，I2，…，Im，第 i個樣本 xi的第 j個指標 Ij的測量值為xij，因此，第 i個樣本xi可以表示為一個 m維向量，即 xi=(xi1，xi2，…，xim)，(i=1，2，…，n)。設 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。每一個評價指標 Ij均有其相應的評價等級分類標準{zj1，zj2，…，zjk}，(U=1，2，…，m)，寫成分類標準矩陣為:

其中:zjk滿足 zj1＜zj2＜…＜zjk或zj1＞zj2＞…＞zjk。

1.2 樣本屬性測度的計算

當 xij≤zj1時，取 μij1=1，μij2=… = μijk=0

當 xij≥zjk時，取 μijk=1，μij1= … = μijk－1=0

按(2)式計算得單指標屬性測度矩陣:

按式(4)計算得到綜合屬性測度矩陣:

1.3 評判準則

通過上述方法，計算得出各評價指標權重系數和各樣本屬性測度，在此基礎上，就可以進行待測樣本的屬性識別。

按照置信度準則［6］，對置信度 λ(一般取 0.5＜ λ≤1)計算:當滿足(6)式時，則認為 xi屬于 Cki類，即對樣本作出了評價。

按照評分準則，計算:

則可根據qxi的大小對xi進行比較評價和排序。

2 模型的應用

2.1樣本空間矩陣與屬性分類標準矩陣的確定

本文以某市的4個地下水監測點為評價對象，選取總硬度、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、溶解性總固體、氟化物6個評價指標(具體參數見表1)。地下水水質評價標準分級見表2。

表1 某市地下水水質監測數據 mg/L

表2 地下水水質評價標準分級 mg/L

從而確定出評價樣本空間矩陣:

屬性空間矩陣:

2.2 指標權重的確定［8，9］

在模型權重系數的確定過程中，為了避免人為主觀因素的干擾，擬選用熵權的方法，從實測數據指標入手，充分利用數據自身信息，客觀地確定出指標權重。在計算權重之前，先對樣本進行歸一化處理，具體操作如下:

從而得到新評價樣本矩陣:

再設第i個評價指標下第j個待評價監測點的評價指標值比重為:

第i個評價指標的熵為:

則得第i個評價指標的權重為:

由(10)－(14)式計算各評價指標的權重，結果見表3。

表3 評價指標權重計算結果

2.3 屬性測度計算

利用公式(2)至(5)計算出各樣本的綜合屬性測度矩陣為:

2.4 屬性識別

取置信度λ=0.7進行屬性識別，由(6)式和(15)式可得水質評價結果。此結果與投影尋蹤法、主成分分析法計算結果比較，具體情況見表4。

表4 水質綜合評價結果比較

從表4可以看出，屬性識別理論所得出的結果與投影尋蹤法、主成分分析法所得的評價結果基本 一致。可見，屬性識別理論模型應用于地下水質評價具有可行性和合理性，并且該方法簡單易懂，是一種適用的評價方法。

3 結語

1)通過對某市地下水水質的6個評價因子的綜合評價，反映了4個監測點的地下水質狀況。其結果與投影尋蹤法、主成分分析法計算結果一致，與實際情況基本相符，評價結果是客觀可信的。說明應用屬性識別法進行地下水質評價，能夠做到水質評價的準確性、合理性，是行之有效的。

2)屬性識別理論與熵權法相結合，進行地下水水質評價，評價過程簡單易懂、方法簡便，適合于有標準的系統質量評價問題。

［1］倪深海，白玉慧.BP神經網絡模型在地下水水質評價中的應用［J］.系統工程理論與實踐.2000(8):124 －127.

［2］鄒同慶.地下水水質的物元評價方法及應用［J］.常德師范學院學報(自然科學版).2001，13(4):31 －34.

［3］GB/T14848－93.地下水質量標準［S］.

［4］陳會秋，門寶輝.屬性識別理論在黃前水庫水質評價中的應用［J］.東北水利水電.2003，21(2):27 －28.

［5］劉燕，吳文玲，胡安焱.基于熵權的屬性識別水質評價模型［J］.人民黃河.2005，27(7):18 －19.

［6］程乾生.屬性識別理論模型及其應用［J］.北京大學學報(自然科學版).1997，33(1):12 －20.

［7］孔健健，張江山.屬性識別理論模型在湖泊水質富營養化評價中的應用［J］.環境工程.2004，22(5):39－42.

［8］張先起，梁川，劉慧卿.基于熵權的屬性識別模型在地下水水質綜合評價中的應用［J］.四川大學學報(工程科學版).2005，37(3):28－30.

［9］時光新，尹成信.基于熵的小流域綜合治理效益評價模型及其應用［J］.水土保持通報.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

屈衛軍(1976－)男，新疆庫爾勒人，工程師，主要從事水利工程規劃設計工作。