基于物元可拓法的地下水水质评价_以梨树县平原区浅层地下水为例

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引言
人们在开发利用地下水过程中 , 可能会导致污
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染物通过不同途径使地下水系统遭受破坏 , 影响其 使用价值 , 因此开展地下水水质评价可以掌握地下 水的污染现状 , 查明地下水对生活用水 、工业用水 、 农业灌溉用水的适宜性 , 也可为地下水水质改良提 供科学依据 。 在地下水水质评价方法的研究中 , 多采用层次 分析法
B -P 神经网络模型
等 。 其中模糊综合评价法使
用较多 , 但该方法在计算隶属度时采用最高和最低 的两级状态 , 没有考虑中间值的影响 , 故在某些情况 下容易丢失信息使评价结果与实际不符 。 本文考虑 到水质评价指标的多样性和由单指标给出的评价结 果的不相容性 , 符合物元可拓法解决不相容问题的 基本原则 , 故采用物元可拓法来建立水质评价模型 , 并进行了实例分析 。
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物元可拓评价模型
物元可拓法[ 5 -7] 于 20 世纪 80 年代由我国蔡文
教授创立 , 是将物元分析理论与可拓集合方法相结 合的一种方法 。 物元分析是研究物元及其变化并用 以解决矛盾问题的规律和方法 。 可拓集合是物元分 析的数学工具 , 是用关联度将模糊集合的[ 0 , 1] 闭合 区间的连续取值 , 拓展到( -, + ) 实数轴 , 将物元量 值的可拓集的关联度用代数式表达出来 , 使要解决 的矛盾问题定量化 。 1. 1 物元 物元是描述事物的名称 、 特征及量值 3 个基本
收稿日期 : 2008 -11 -23 基金项目 : 高等学校博士学科点专项科研 基金项目( 20060183026) 作者简 介 : 兰 双 双( 1982 -), 女 , 山东 乳 山人 , 博士 研 究 生 , 主 要从 事 地下 水 资 源评 价 与开 发 利 用等 研 究 , E-mail : lanshua ng s @ tom . co m 。
DO : 10 . 13278 j cnki . j juese . 2009 . 04 . 003 吉 林 大 学 学 报( 第 I39 卷 第/ 4. 期 地 球 科 学 版) Vo l . 39 No . 4 2009 年 7 月 Jour nal of Jilin U niver sity( Ea rth Science Editio n) July 2009
Abstract : In view of t he dive rsity of t he w ater quality evaluat ion and i ncompatibi li ty of evaluating result s given by single index , the aut ho rs est ablish t he g ro undw at er quality ev aluatio n mo del using t he mat terelement and ex tension me thod . As an exam ple , t he aut hors conduct a comprehensive ev aluatio n of g roundw at er quality to t he shallow g roundw ater i n Lishu plain areas . T hrough the calculation of t he i nt egrat ed deg ree of associ ation and ex tension index , t he result s sho w t hat the g roundwa ter has been po lluted along the riverside of Do ng li ao River , such as Gujiazi , Donghe , Jinshan and so on . In some ot her areas , t he g ro undw at er quality is det eri orating f rom Ⅱ to Ⅲ rank . By com paring t he mat terelem ent and ex tension means wi th t he m ethod of synt het ically com pariso ns , t he reliabili ty o f the ev aluatio n model is verified , and show s that using mat ter-element and ex tensi on means t o evaluate the g roundw ater qualit y no t only can ref lect t he ove rall sit uat ion of g ro undw at er quali ty objectively , but also can analy ze t he de teriorati ng direct ion of w ater-qualit y sam ple . So , t he mat te r-elem ent and ext ensi on m eans can
式中 : c1 , c2 , … , c n 代表物元特征 ; aci 、 bci 分别表示节 域物元特征量值 X ci 的上下限值 , i =1 , 2 , … , n 。 显 然有 X 0 i X ci 。 1. 4 关联函数
关联函数 k ( x) 表示被评价单元与某标准的隶 元素的简称 。 将所研究的事物记作 M , M 的特征记 作 C , M 关于 C 的量值记作 V , 则称有序三元组 R = 属程度的函数 , 关联函数的数值代表关联度 。 关联 1) 所示 : ( M , C , V) 为物元 。 若事物 M 有多个特征 , 需用 n 函数的计算如公式( ρ ( x j , x ij ) 个特征 c 1 , c2 , … , c n 和相应的量值 v 1 , v 2 , … , v n 来 , x j ∈ x ij ; |x ij | 描述 , 则 n 维物元矩阵可表示为 k i( x j )= ρ ( x j , x ij ) M c1 v1 , xj x ij 。 ρ ( x j , x pj )-ρ ( x j , x ij ) c2 v 2 i = 1 , 2 , …, m ; j =1 , 2 , … , n 。 ( 1) R( x )= 。 其中 :x ij = aij -bij ; ρ ( x j , x ij ) 指实数轴上点 x j cn v n 与区间 x ij = ( a ij , bij ) 之间的距离 ; ρ ( x j , x pj ) 是指实
1 1 ρ ( x j , x ij )= |x j - ( aij +b ij ) | - ( bij -a ij ); 2 2 2. 1 评价因子的选取 i = 1 , 2 , …, m ; j =1 , 2 , … , n 。 ( 2) 选取具有代表性的 2001 年枯水期( 35 月) 的 1 1 ρ ( x j , x pj )= |x j - ( apj +bpj ) | - ( bpj -apj ) ; 水质监测井的观测值为评价对象 。 为了合理地评价 2 2 研究区浅层地下水的水质优劣 , 以 1986 年的水质监 j =1,2, …,n 。 ( 3) 测值为背景值 , 通 过对比选取了 Ca 2 + 、Cl - 、SO 2 4 、 1. 5 综合关联度 K j ( p) 及等级评定 + H CO 3 、NH 4 、F 、NO 3 、总矿化 度 、总硬度 9 项指 综合关联度是关联度与权系数的乘积 , 即 : 标进行评价 。 n K j( p)= ∑ ai ×k j ( x i )。 ( 4) 2 . 2 评价准则
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吉 林 大 学 学 报( 地 球 科 学 版) 第 39 卷
数点 x j 与节域区间 x pj = ( a pj , bpj ) 之间的矩 。 计算 公式分别如下 :
因 , 平原区浅层地下水也受到严重的析 , 对该 区水资源的可持续发展具有重要的意义 。
Evaluation of Groundwater Quality Based on Matter-Element and Extension Means
-Taking Shallow Groundwater of Plain Areas in Lishu for Example
LAN Shuang-shuang , JIANG Ji-yi , WANG Bin
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1. Col lege o f E nvir onmen t and Resour ces , Ji l in Uni versi ty , Chang chun 130026 , Chi na 2. Inst it ute of D isast er-P revent ion Science an d Technolog y , Sanhe , Hebei 065201 , Chi na 3. Zhej i ang N on f errous Meta ls Geolog ical S urvey Bureau , S hao xing , Zh ej i ang 312000 , Ch ina
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、 综合污染指数法
[ 4]
、 模糊综合评价法
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及
1. 3 确定评价标准的物元集 1. 3. 1 经典域物元集 由事物的特征及其标准量值范围组成的物元矩 阵称为经典域 , 记为 R0 : M c1 R0 = c2 cn [ a01 , b01 ] [ a02 , b02 ] [ a0n , b0n] 。
第 4 期 兰双双 , 姜纪沂 , 王 滨 : 基于物元可拓法的地下水 水质评价 — — — 以梨树县平原区浅层地下水为例
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make the resul ts of the evalua tion closer t o the act ual si tuation . Key words : w ater-quali ty evaluat ion ; m att er-element and ex tensi on ; shallow g roundw at er 1. 2 确定待评物元 把实测得到的数据用物元 P R( x )= c1 c2 cn 表示 , 称为待评物元 。 其中 : P 表示待评价对象 ; v n 为关于 c n 的量值 。