基于灰色关联法的地下水质综合评价——以巴彦哈达地区为例<br/>

基于灰色关联法的地下水质综合评价——以巴彦哈达地区为例

2013-09-04丁立强

地下水 2013年4期

王鑫，丁立强

(内蒙古自治区煤田地质局109勘探队，内蒙古呼伦贝尔 021008)

在生态环境系统中，经常遇到信息不完全的现象。在水质预测方面，由于多种未知因素影响，很难准确计算各种物质含量。通常将信息完全明确的系统成为白色系统，信息完全不明确的系统成为黑色系统，把信息不完全明确的系统称为灰色系统。作为实际问题，灰色系统在大千世界中是大量存在的，绝对的白色或黑色系统是很少的。随着人类认识的进步及对掌握现实世界的要求的升级，人们对社会、经济问题的研究往往已不满足于定性分析。灰色系统理论是由邓聚龙教授于1982年创立。

灰色关联度分析法，应用灰色系统理论中的灰色关联度模型对水环境质量进行评价，是根据因素之间发展态势的相似或相异程度来衡量因素间的关联程度，即根据灰色发展态势的相似或相异程度来衡量因素间的关联程度。

1 基本原理与计算步骤

1.1 确定参考数列与比较数列，并进行无量纲化

在水质评价中尽管各指标的单位大部分相同，但各指标之间取值的大小和范围却相差悬殊。为了保证数列之间的可比性，先对数列进行无量纲化、同一化处理。其公式为:

1.2 确定关联系数 ζi

根据关联分析原理，参考数列X'0(k)和比较数列 X'i(k)的关联系数为

1.3 求权重

在水质评价工作中，往往因评价目的的不同而对指标集中某项的重视程度不同，或因某项指标的污染强度或污染频率不同而在评价时给予不同的重视。因此在进行各采样点关联系数的综合时需要对各个指标赋予不同的权重。权重的确定可以根据评价的要求、各指标的相对重要性及污染状况给出经验评分，也可以根据各指标的超标情况计算。超标越多，权重越大。

式中:c(k)为待评价水体的第 k项指标的实测浓度值;s(k)为水质标准中第n项指标的各级浓度的平均值。

1.4 求灰色加权关联度

关联系数只反映参考数列与比较数列在采样点指标k的关联程度，是一系列孤立离散的信息。综合各采样点指标的关联系数，即可得到参考数列与比较数列的关联度

1.5 灰色关联法

将各个灰类的灰色加权关联度取平均值，并按最大隶属度原则，取最大值所对应的灰类为最终结果。

2 应用实例

巴彦哈达地区位于内蒙古自治区陈巴尔虎旗境内，随着矿产资源的进一步开发，“三废”排放量的增加，势必造成地下水污染，因而对该区现有地下水水质进行评价，是非常有必要和及时的。现以巴彦哈达地区地下水环境评价为例，阐明灰色关联法的应用。

2.1 评价样本、指标的给出

选取巴彦哈达地区的10个潜水水样实测值为例，见表1。

表1 巴彦哈达地区潜水水样实测值

结合国家《地下水环境标志》GB/T14848－9，确定总硬度、矿化度、硫酸盐、氯化物、氨氮、锰、硝酸盐等七项为评价因子，见表2。

表2 地下水质量分级标准

2.2 水样原始数据和水质标准的无量纲化处理

数据的标准化处理就是对水质样本各个指标的实测值和灰类进行无量纲化处理，以便于对各样本指标进行综合分析并使关联结果具有可比性。其计算结果见表3、表4。

2.3 计算灰色关联系数及其关联度

由式(2)可求得对应的关联系数。

2.4 计算灰色关联权重

在水质评价工作中，往往因评价目的的不同而对指标集中某项的重视程度不同，或因某项指标的污染强度或污染频率不同而在评价时给予不同的重视。因此在进行各采样点关联系数的综合时需要对各个指标赋予不同的权重。因此需按式(3)、式(4)计算灰色关联的权重值，计算结果如表5所示。

表3 巴彦哈达地区潜水水样实测值的无量纲化结果

2.5 计算灰色加权关联度

将求得的灰色关联度及权重代入式(5)可求得相应的灰色加权关联度，并按灰类取平均值，结果见表6，然后根据最大隶属度原则，确定潜水水质环境。

3 结语

由于在地下水质量环境评价中所获得的数据总是在有限的时间和空间范围内监测得到的，所提供的信息不完全或不确切，因此说地下水环境是个灰色系统，即部分信息已知，部分信息未知或不确切的系统。灰色关联法注意到水质等级界限的模糊性，在计算和评价的过程中，最显著的特点是在于权重的计算上，认为各个污染物的危害性反映在变化幅度不同的分级标准中，根据不同的水质类别确定相应的污染物的权重进行计算，所得的关联系数是严格根据定义，它综合考虑各因素的关联程度进行评价，推理比较严密，概念清晰，评价结果较为可靠。