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      基于粗集權(quán)重的汾河水質(zhì)模糊綜合評價研究

      2015-12-16 08:25:50
      山西水利 2015年12期
      關(guān)鍵詞:水質(zhì)評價汾河評判

      武 婧

      (山西省水文水資源勘測局,山西 太原 030001)

      1 引言

      水資源質(zhì)量調(diào)查評價是水資源綜合評價的主要組成部分。目前水質(zhì)評價的方法主要包括單指數(shù)法、函數(shù)評價法、分級評分法、綜合指數(shù)法、概率統(tǒng)計法等。權(quán)重的計算在水質(zhì)評價中尤為關(guān)鍵,計算權(quán)重的方法不同,其水質(zhì)評價結(jié)果也各有差異。目前,關(guān)于確定指標權(quán)重的方法很多,包括拉開檔次法、熵值法等客觀賦權(quán)法以及層次分析法、專家評分法、灰色關(guān)聯(lián)法等主觀賦權(quán)法。主客觀方法確定權(quán)重,提高了綜合評價模型評價結(jié)果的適用性和合理性,但這些方法各有不足,有時得到的評價結(jié)果還可能與客觀實際相反。自粗集理論提出以來,該方法基于基本數(shù)據(jù)和事實驅(qū)動的特點,不需要太多的樣本數(shù)據(jù),可很好地解決冗余性問題和權(quán)重確定過程中的主觀隨意性問題,且允許同時使用定性和定量數(shù)據(jù)?;诖?,在前人研究的基礎(chǔ)上,利用粗糙集理論確定權(quán)重,采用模糊綜合評價模型對汾河監(jiān)測斷面進行水質(zhì)評判,以為汾河水環(huán)境治理提供指導(dǎo)。

      2 粗集權(quán)重構(gòu)造

      粗集又稱為粗糙集,是由波蘭華沙理工大學(xué)計算機系教授Zdzislaw Pawlak和波蘭的其他一些科學(xué)家和邏輯學(xué)家,于20世紀70年代,在研究信息系統(tǒng)邏輯特性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

      確定權(quán)重的主要步驟為:首先求得重要度并進行歸一化,然后求得屬性的重要度并進行歸一化,最后確定權(quán)重。

      3 評價步驟

      鑒于水質(zhì)分級的模糊性,采用模糊數(shù)學(xué)方法,用模糊隸屬度來描述水質(zhì)分級界限。假定有n種因素(或指標)和m種評判,由于人們對m種評判的認識具有一定的模糊性和不確定性,所以得出的評判結(jié)果并不是絕對地肯定或否定,即綜合評判是V上的一個模糊子集。

      模糊綜合評判模型的步驟為:建立因素集,給出評判集,建立隸屬函數(shù),結(jié)合粗集理論構(gòu)造屬性權(quán)重并根據(jù)所選用的方法進行綜合評判。

      4 汾河流域水質(zhì)分析

      山西省汾河流域東西寬188 km,南北長412.5 km,呈帶狀分布,總面積39471 km2,占全省國土面積的25.3%,包括全省6個地市的44個市(縣、區(qū))。按自然縱坡可分為四段:河源至蘭村段、靈石至洪洞趙城河段,河水穿行于山峽之間,縱坡較大,約2.5‰~4.4‰;蘭村至介休義棠、趙城以下至河口兩段,流經(jīng)太原、臨汾盆地,縱坡平緩,約0.3‰~0.5‰。

      4.1 確定評價標準與評價因子

      根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》,結(jié)合《生活飲用水衛(wèi)生標準》以及《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》,根據(jù)汾河實際,選用6個斷面的11個評價參數(shù),包括溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、砷、汞、銅、鋅、鎘、氟化物和鉛,根據(jù)各監(jiān)測點實測數(shù)據(jù)確定建立的因素集,并把河流的水質(zhì)劃分為優(yōu)、良、中、差、劣五級,確定水質(zhì)標準值。

      4.2 建立隸屬函數(shù)及隸屬度矩陣

      水質(zhì)污染程度是一個模糊概念,水質(zhì)分級標準也是模糊的,因此用隸屬度來劃分界限較為合理,按照Ⅰ級、Ⅱ~Ⅳ級、Ⅴ級,根據(jù)各個因素的標準作出相應(yīng)的隸屬函數(shù),進而確定各水質(zhì)監(jiān)測斷面的隸屬度矩陣。由于DO值越大越好,因此其隸屬函數(shù)與其他因素正好相反。

      4.3 各斷面因子權(quán)重及綜合評判

      根據(jù)Rosetta軟件計算可得到整個信息系統(tǒng)的約簡集。依據(jù)所求得的約簡集和相關(guān)定義,劃分核心集、相對必要屬性集、不必要屬性集。然后計算出各監(jiān)測斷面的初始權(quán)重。經(jīng)歸一化處理后可得到各監(jiān)測斷面的權(quán)重集如下:

      利用模型計算,根據(jù)隸屬度的大小判斷各監(jiān)測斷面的水質(zhì)類別,其結(jié)果為:

      5 結(jié)論

      通過對上述計算結(jié)果分析可知:靜樂監(jiān)測斷面對Ⅲ級水的隸屬度0.4288為最大,因此靜樂監(jiān)測斷面的水質(zhì)級別為Ⅲ級,水質(zhì)狀況為中。其他各監(jiān)測斷面的評價結(jié)果為:寨上監(jiān)測斷面的水質(zhì)級別為Ⅲ級,蘭村監(jiān)測斷面的水質(zhì)級別為Ⅱ級,小店橋、義棠和柴莊監(jiān)測斷面的水質(zhì)級別為Ⅳ級,屬重污染。

      上述各斷面模糊綜合評判結(jié)果表明:汾河上游雖然受黃河南干引水的影響,但水質(zhì)較好,經(jīng)過凈化稀釋后在蘭村斷面可達到Ⅱ類水質(zhì)標準;在汾河經(jīng)過太原市區(qū)域污水排放后,河流水體明顯遭到污染,導(dǎo)致小店橋、義棠和柴莊監(jiān)測斷面的水質(zhì)均不符合水功能區(qū)的水質(zhì)要求。

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