基于熵權(quán)的屬性識別模型在農(nóng)村飲用水水質(zhì)評價中的應(yīng)用研究

張千

摘 要：選取合肥市兆河水系八家自來水廠的水源水，采用基于熵權(quán)的屬性識別模型對兆河水系農(nóng)村飲用水水質(zhì)進行評價，得出結(jié)論：兆河水系的八家自來水廠的水質(zhì)均為Ⅰ類，水質(zhì)優(yōu)良。再通過評分準則，得出各水廠水質(zhì)的具體評分，依次為：龍王、盛橋、白湖、楊柳、清源、樂橋、萬年、桂元。桂元自來水廠的水源水的評分分值最高，水質(zhì)最優(yōu)。研究結(jié)果表明，該模型可高效精準地識別巢湖流域水源水水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：熵權(quán)法;屬性識別模型;水質(zhì)評價

中圖分類號：X824 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）05-0052-03

人類在農(nóng)業(yè)與工業(yè)上的生產(chǎn)活動會導(dǎo)致地表水受到污染，影響到農(nóng)村地區(qū)的飲用水安全，危害人類健康。所以對于農(nóng)村地區(qū)的飲用水，加強其水質(zhì)監(jiān)控與評價就顯得極為重要。1997年北京大學(xué)程乾生[1]教授提出了屬性識別準則，建立了屬性識別模型，并討論了模型在環(huán)境質(zhì)量評價中的應(yīng)用，為后來屬性識別模型的拓展應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。郭彥英[2]等使用了層次分析法（AHP）對地表水建立遞階型的綜合評價體系，計算出各個指標(biāo)的權(quán)重，利用了層次分析理論，計算一致性并將地表水各個用于評價水質(zhì)的指標(biāo)分出層次進行排序，從而確定各指標(biāo)對水體污染的貢獻度。門寶輝[3]采用物元分析法分析評價了松花江位于哈爾濱江段的水質(zhì)情況，選取關(guān)于標(biāo)準值和實測值等數(shù)據(jù)的三樣參數(shù)作為物元，建立分析模型，將抽象的評級轉(zhuǎn)換為具體的定量評價。Ali Karnib[4]等利用一種基于模糊推理系統(tǒng)提出的服務(wù)質(zhì)量指數(shù)評價方法（QSI）對黎巴嫩的供水水質(zhì)進行了評價。張長等[5]在洛陽市大氣環(huán)境評價中使用屬性識別理論模型，得出了“在大氣環(huán)境評價中使用屬性識別模型是合理可信的”結(jié)論。張霞等[6]將模糊綜合評價法、單因子評價法、改進密切值法、屬性識別模型等方法的優(yōu)缺點進行比較，然后指出屬性識別模型是四種方法中優(yōu)異性及可靠性最高的首選方法?；诖?，文中采用的是熵權(quán)法與屬性識別模型相結(jié)合的水質(zhì)評價方法，選取合肥市兆河水系經(jīng)過的八家自來水水廠的水源水樣進行評價，為巢湖流域農(nóng)村地區(qū)水資源的開發(fā)利用和規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)，并為科學(xué)評估該區(qū)域的水源水質(zhì)提供高效精確的方法。

1 檢測方法與評價方法

1.1 檢測方法與評價標(biāo)準

檢測方法與評價標(biāo)準見表1、表2。

1.2 評價方法

1.2.1 屬性測度的處理過程

對各樣品的各項指標(biāo)進行屬性測度，計算方法如下[8]：設(shè)aij為各指標(biāo)的標(biāo)準值，xij為各樣品中各指標(biāo)的實測值，當(dāng)xij≤ajl時取表3中公式（1）結(jié)果，當(dāng)xij≥ajl時，取表3中公式（2）結(jié)果，當(dāng)ajl≤xij≤ajl+1時，按表3中公式（3）進行計算，這樣可以得到各指標(biāo)的屬性測度μijk。

1.2.2 熵權(quán)屬性識別模型

熵權(quán)屬性識別模型法的計算步驟如下[9]：

第一步：由于樣本的各個評價指標(biāo)各有不同，因此，需要對矩陣A進行歸一化處理，得到歸一化矩陣H=（hij）m*n（i=1，2，…，m;j=1，2，…，n），歸一化方式見表4公式（4）。

第二步：計算第j個評價指標(biāo)的熵ej，再通過熵ej算出熵權(quán)Wj，熵的計算使用表4公式（5），熵權(quán)的計算使用表4公式（5），即得熵權(quán)值Wj。

第三步：在計算出熵權(quán)之后，利用表4中的公式（9）將熵權(quán)值與屬性測度矩陣復(fù)合，算出綜合屬性測度μik，其置信度K判別方式利用表4中的公式（10），最后可知各個水廠水源水類別。

1.2.3 水質(zhì)屬性級別分數(shù)的確定

該法不僅可以將樣本水質(zhì)分類，還可以進一步對這幾個樣本的污染嚴重程度做出比較，具體評分方法如下[10]：

2 評價與分析

2.1 基于熵權(quán)法的屬性測度分析評價

從表5可以看出8家自來水廠水質(zhì)均為Ⅰ類水，在8家自來水廠中龍王、盛橋、白湖自來水的綜合屬性測度值相較于其他水廠較低，這可能與水中的某些因子有關(guān)，如高錳酸鹽指數(shù)、氨氮。在計算過程中發(fā)現(xiàn)龍王水廠的高錳酸鹽指數(shù)相較于其他水廠的高錳酸鹽指數(shù)的含量較高。雖然楊柳自來水廠的高錳酸鹽指數(shù)也很高，但氨氮含量較少，k1值為0.8912。所以可以認為綜合屬性測度值的高低與高錳酸鹽指數(shù)和氨氮兩個因子有關(guān)。

2.2 水質(zhì)屬性級別評分分析

通過綜合屬性測度表（表5），運用公式11得出各水廠分數(shù)如下表表6所示。

從表6中的結(jié)果來看，在這8個水廠中水質(zhì)最差的是龍王水廠，排名第八。其次依次為：盛橋、白湖、楊柳、清源、樂橋、萬年、桂元。水質(zhì)最優(yōu)的是桂元自來水廠的水源，排名第一。在屬性識別模型中這8個水廠均為Ⅰ類水，但通過評分準則的計算與比較后，可以在同類水中進一步細化，從而進一步比較出各自來水廠水源水水質(zhì)的優(yōu)劣程度。

3 結(jié)論

水質(zhì)評價的方法多種多樣，文中僅選取了屬性識別模型這一方法，并結(jié)合信息熵權(quán)重法對合肥市兆河水系的八家自來水廠的水源水質(zhì)進行了評價。該模型頗具特色，可高效精準的識別巢湖流域水源水質(zhì)。（1）由于熵值權(quán)重的定義，使其強調(diào)了實測值的極值作用，并且運用到全部實測數(shù)據(jù)來確定權(quán)重，在評價時更能表現(xiàn)出較強的客觀性。（2）該方法運用屬性測度模型對于各自來水廠的水源水質(zhì)進行屬性測度，并且與熵權(quán)值進行復(fù)合，得到各水廠水質(zhì)的綜合屬性測度。（3）通過評分準則的計算與比較，可以對各水源水質(zhì)優(yōu)劣進行精確的排序，能夠進一步證明信息熵權(quán)重下的屬性識別模型法的評價結(jié)果是科學(xué)的、精準的。

參考文獻：

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〔2〕郭彥英，鄧云峰，任珺.AHP法在地表水水質(zhì)綜合評價指標(biāo)權(quán)重確定中的應(yīng)用[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，25（03）：70-72.

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〔6〕張霞，李衛(wèi)紅，吳榮.4種水質(zhì)綜合評價方法的比較[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，32（06）：60-64.

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