基于灰色關(guān)聯(lián)法的地下水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)——以巴彥哈達(dá)地區(qū)為例

王 鑫，丁立強(qiáng)

(內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局109勘探隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到信息不完全的現(xiàn)象。在水質(zhì)預(yù)測(cè)方面，由于多種未知因素影響，很難準(zhǔn)確計(jì)算各種物質(zhì)含量。通常將信息完全明確的系統(tǒng)成為白色系統(tǒng)，信息完全不明確的系統(tǒng)成為黑色系統(tǒng)，把信息不完全明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。作為實(shí)際問題，灰色系統(tǒng)在大千世界中是大量存在的，絕對(duì)的白色或黑色系統(tǒng)是很少的。隨著人類認(rèn)識(shí)的進(jìn)步及對(duì)掌握現(xiàn)實(shí)世界的要求的升級(jí)，人們對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)問題的研究往往已不滿足于定性分析。灰色系統(tǒng)理論是由鄧聚龍教授于1982年創(chuàng)立。

灰色關(guān)聯(lián)度分析法，應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論中的灰色關(guān)聯(lián)度模型對(duì)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，是根據(jù)因素之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度，即根據(jù)灰色發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度。

1 基本原理與計(jì)算步驟

1.1 確定參考數(shù)列與比較數(shù)列，并進(jìn)行無量綱化

在水質(zhì)評(píng)價(jià)中盡管各指標(biāo)的單位大部分相同，但各指標(biāo)之間取值的大小和范圍卻相差懸殊。為了保證數(shù)列之間的可比性，先對(duì)數(shù)列進(jìn)行無量綱化、同一化處理。其公式為:

1.2 確定關(guān)聯(lián)系數(shù) ζi

根據(jù)關(guān)聯(lián)分析原理，參考數(shù)列X'0(k)和比較數(shù)列 X'i(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為

1.3 求權(quán)重

在水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中，往往因評(píng)價(jià)目的的不同而對(duì)指標(biāo)集中某項(xiàng)的重視程度不同，或因某項(xiàng)指標(biāo)的污染強(qiáng)度或污染頻率不同而在評(píng)價(jià)時(shí)給予不同的重視。因此在進(jìn)行各采樣點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的綜合時(shí)需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)賦予不同的權(quán)重。權(quán)重的確定可以根據(jù)評(píng)價(jià)的要求、各指標(biāo)的相對(duì)重要性及污染狀況給出經(jīng)驗(yàn)評(píng)分，也可以根據(jù)各指標(biāo)的超標(biāo)情況計(jì)算。超標(biāo)越多，權(quán)重越大。

式中:c(k)為待評(píng)價(jià)水體的第 k項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值;s(k)為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中第n項(xiàng)指標(biāo)的各級(jí)濃度的平均值。

1.4 求灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)系數(shù)只反映參考數(shù)列與比較數(shù)列在采樣點(diǎn)指標(biāo)k的關(guān)聯(lián)程度，是一系列孤立離散的信息。綜合各采樣點(diǎn)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，即可得到參考數(shù)列與比較數(shù)列的關(guān)聯(lián)度

1.5 灰色關(guān)聯(lián)法

將各個(gè)灰類的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度取平均值，并按最大隸屬度原則，取最大值所對(duì)應(yīng)的灰類為最終結(jié)果。

2 應(yīng)用實(shí)例

巴彥哈達(dá)地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)陳巴爾虎旗境內(nèi)，隨著礦產(chǎn)資源的進(jìn)一步開發(fā)，“三廢”排放量的增加，勢(shì)必造成地下水污染，因而對(duì)該區(qū)現(xiàn)有地下水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，是非常有必要和及時(shí)的。現(xiàn)以巴彥哈達(dá)地區(qū)地下水環(huán)境評(píng)價(jià)為例，闡明灰色關(guān)聯(lián)法的應(yīng)用。

2.1 評(píng)價(jià)樣本、指標(biāo)的給出

選取巴彥哈達(dá)地區(qū)的10個(gè)潛水水樣實(shí)測(cè)值為例，見表1。

表1 巴彥哈達(dá)地區(qū)潛水水樣實(shí)測(cè)值

結(jié)合國(guó)家《地下水環(huán)境標(biāo)志》GB/T14848－9，確定總硬度、礦化度、硫酸鹽、氯化物、氨氮、錳、硝酸鹽等七項(xiàng)為評(píng)價(jià)因子，見表2。

表2 地下水質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 水樣原始數(shù)據(jù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的無量綱化處理

數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理就是對(duì)水質(zhì)樣本各個(gè)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值和灰類進(jìn)行無量綱化處理，以便于對(duì)各樣本指標(biāo)進(jìn)行綜合分析并使關(guān)聯(lián)結(jié)果具有可比性。其計(jì)算結(jié)果見表3、表4。

2.3 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)及其關(guān)聯(lián)度

由式(2)可求得對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

2.4 計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)權(quán)重

在水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中，往往因評(píng)價(jià)目的的不同而對(duì)指標(biāo)集中某項(xiàng)的重視程度不同，或因某項(xiàng)指標(biāo)的污染強(qiáng)度或污染頻率不同而在評(píng)價(jià)時(shí)給予不同的重視。因此在進(jìn)行各采樣點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)的綜合時(shí)需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)賦予不同的權(quán)重。因此需按式(3)、式(4)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)的權(quán)重值，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表3 巴彥哈達(dá)地區(qū)潛水水樣實(shí)測(cè)值的無量綱化結(jié)果

2.5 計(jì)算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度

將求得的灰色關(guān)聯(lián)度及權(quán)重代入式(5)可求得相應(yīng)的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度，并按灰類取平均值，結(jié)果見表6，然后根據(jù)最大隸屬度原則，確定潛水水質(zhì)環(huán)境。

3 結(jié)語

由于在地下水質(zhì)量環(huán)境評(píng)價(jià)中所獲得的數(shù)據(jù)總是在有限的時(shí)間和空間范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)得到的，所提供的信息不完全或不確切，因此說地下水環(huán)境是個(gè)灰色系統(tǒng)，即部分信息已知，部分信息未知或不確切的系統(tǒng)?；疑P(guān)聯(lián)法注意到水質(zhì)等級(jí)界限的模糊性，在計(jì)算和評(píng)價(jià)的過程中，最顯著的特點(diǎn)是在于權(quán)重的計(jì)算上，認(rèn)為各個(gè)污染物的危害性反映在變化幅度不同的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同的水質(zhì)類別確定相應(yīng)的污染物的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，所得的關(guān)聯(lián)系數(shù)是嚴(yán)格根據(jù)定義，它綜合考慮各因素的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，推理比較嚴(yán)密，概念清晰，評(píng)價(jià)結(jié)果較為可靠。

表4 灰類無量綱化結(jié)果

表5 各因子灰色關(guān)聯(lián)度權(quán)重值

表6 各灰類的加權(quán)關(guān)聯(lián)度平均值

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