艾尼瓦爾·蘇來曼

(新疆喀什水文水資源勘測局，新疆 喀什 844000)

熵權云模型組合在新疆喀什地區(qū)地下水供水安全評估中的應用

艾尼瓦爾·蘇來曼

(新疆喀什水文水資源勘測局，新疆 喀什 844000)

以新疆較為干旱的喀什區(qū)域為研究對象，將區(qū)域劃分為8個分區(qū)，該區(qū)域地下水資源占據(jù)總水資源量的40%以上，是區(qū)域水資源的重要組成部分。選取11種地下水安全影響指標構建地下水安全指標體系，通過構建新疆喀什地區(qū)地下水安全評價指標體系，結(jié)合熵權云模型對區(qū)域地下水供水安全進行定量評估。評估結(jié)果表明：熵權云模型可綜合考慮地下水安全評估的隨機性和模糊性，評估結(jié)果和實際情況吻合度較高，喀什地下水供水安全綜合評價值在0.094 5～0.252之間。區(qū)域地下水供水總體達到較安全的程度。研究成果對于地下水供水安全評估提供新的方法參考。

地下水安全評價指標體系；熵權云模型；地下水供水安全評估；新疆喀什地區(qū)

當前，隨著人類活動和氣候變化的雙重影響，區(qū)域地下水供水安全程度逐漸減弱，對地下水供水安全進行準確評估，對于地下水資源的保護至關重要，特別是對干旱半干旱以及干旱區(qū)域，地下水資源為其水資源的重要組成。對于地下水供水安全的評估，國內(nèi)許多學者展開過相關研究[1-5]，但是這些地下水供水安全評估成果大都采用層次分析方法進行研究，而地下水安全由于受到多個因素的影響，存在較強的隨機性和模糊性特點。而傳統(tǒng)層的分析方法在分析具有隨機性和模糊性變量存在一定的局限。近些年來，熵權云模型采用數(shù)據(jù)挖掘技術，可對具有隨機性和模糊性的變量進行定量客觀評估，并在許多領域的評價體系中得到應用[6-9]，且評估效果較好，但是熵權云模型在地下水安全評估領域中還未得到相關應用，為此本位引入熵權云模型，以新疆較為干旱的喀什區(qū)域為研究區(qū)域，對該區(qū)域的地下水供水安全進行定量評估。研究成果對于區(qū)域地下水資源保護措施的制定提供科學的決策依據(jù)。

1 熵權云模型原理

云模型計算假定U為計算論域，C表示為定性概念，x為定量評價指標值，若x～N(Ex、，En2)，且En′～ N(Ex，He2)，模型對定性概念C的隸屬度計算方程為：

(1)

其中在方程(2)中μ(x)表示為模型論域U上的正態(tài)分布云函數(shù)；EX表示為云模型的期望值；En表示為云模型的熵權值。云模型在具體計算時，首先生成具有正態(tài)分布的隨機數(shù)，計算方程為：

En′～N(En，He2)

(2)

其中在方程(2)中En表示為隨機數(shù)組的期望；He2表示為隨機數(shù)組的方程值，并在此基礎上進一步在計算正態(tài)隨機數(shù)組，計算方程為：

x～N(Ex，En2)

(3)

其中在方程(3)中Ex表示正態(tài)隨機數(shù)組序列的期望，En表示為正態(tài)隨機數(shù)組序列的方差。在兩次正態(tài)隨機數(shù)組計算的基礎上，利用特征值x和期望值Ex代入到方程(1)計算云模型的指標隸屬度。為客觀定量確定評價指標的權重，本文結(jié)合熵權方法對各個評價指標進行權重的確定，熵權方法的計算步驟為：

假定m個評價對象，每個對象包含n個評價指標，并構建評價判定矩陣，該判定矩陣的表達式為：

R=(rij)m×n

(4)

其中在方程(4)中R為判定矩陣；r為判定指數(shù)；i表示為評價對象；j表示為評價指標。在判定矩陣確定的基礎上，確定各個指標的熵值，計算方程為：

(5)

其中在方程(5)中Hj表示為各評價指標的熵權值；fij表示為指標的熵值參數(shù)，其計算方程為：

(6)

其中在方程(6)中rij、m的變量含義同方程(4)中變量含義。在各指標熵值確定的基礎上，需要對各評價指標的熵權值進行確定，計算方程為：

(7)

其中在方程(7)中Hj表示為各評價指標的熵值。

2 熵權云模型在新疆喀什地區(qū)具體應用分析

2.1 地下水安全指標選取

以新疆喀什為研究區(qū)域，并將該區(qū)域劃分為8個分區(qū)，該區(qū)域地下水資源占據(jù)總水資源量的40%以上，是區(qū)域水資源的重要組成部分，為此地下水安全對于區(qū)域水資源安全至關重要，選取11中地下水安全影響指標構建地下水安全指標體系，選取的地下水安全指標屬性值見表1，結(jié)合各地下水安全指標，結(jié)合熵權云模型對該區(qū)域的地下水供水安全進行綜合評估。

表1 區(qū)域地下水供水安全評估各指標的屬性值

2.2 各評價指標的隸屬度矩陣

結(jié)合方程(1)和各指標正態(tài)云標準值，假定N=1 000，結(jié)合對應的指標正態(tài)云模型標準值。結(jié)合正向標準算法計算不同指標的隸屬度矩陣，各評價指標隸屬度矩陣計算結(jié)果見表2。

表2 各評價指標正態(tài)云隸屬度計算結(jié)果

2.3 地下水供水安全指標計算

結(jié)合熵權方法對地下水供水安全的各個指標進行熵權值的計算，計算結(jié)果見表3。從表3中可以看出，含水層深度和地下水含水層的富水程度的熵權值最高，這主要是因為其實地下水供水量的重要保證，因此其熵權值較高，其次是面源污染程度直接影響地下水的水質(zhì)，因此其對地下水供水安全影響權重值也較高。

表3 各評價指標的熵權值

2.4 地下水供水安全綜合評價結(jié)果

在各指標隸屬度確定的基礎上，結(jié)合熵權云模型組合方法對區(qū)域各個分區(qū)的地下水供水安全進行綜合評估，綜合評估結(jié)果見表4。從表4中可以看出，喀什地區(qū)地下水綜合評價值在0.094 5～0.252之間，經(jīng)評價，區(qū)域地下水供水安全總體為較安全程度，從各分區(qū)綜合評價結(jié)果可以看出，1#、2#、5#、7#分區(qū)綜合評價結(jié)果為較安全，經(jīng)實地調(diào)查，這幾個分區(qū)由于近些年來地下水保護措施力度逐年在加大，因此該區(qū)域地下水供水一直較為平穩(wěn)，且水質(zhì)情況較好，評價結(jié)果和區(qū)域?qū)嶋H情況較為吻合。3#和8#分區(qū)由于靠近水源保護區(qū)，區(qū)域地下水資源保護程度較好，因此該區(qū)域地下水供水安全，這和模型評價結(jié)果較為吻合。4#分區(qū)經(jīng)過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域地下水存在一定程度的超采現(xiàn)象，使得該區(qū)域地下水供水安全受到一定程度的影響，供水安全呈現(xiàn)較不安全的程度，因較大對該分區(qū)水資源的保護力度。

表4 區(qū)域地下水安全綜合評價結(jié)果

3 結(jié)語

通過構建地下水供水安全評價指標體系，并結(jié)合熵權云模型對新疆喀什地下水安全進行綜合評估，結(jié)果可知，熵權云模型可綜合考慮地下數(shù)供水安全的隨機性和模糊性，評估結(jié)果更符合實際情況，可對傳統(tǒng)層次評估方法進行改進；新疆喀什地下水供水安全總體達到較為安全的程度，但也有區(qū)域地下水供水安全處于較不安全的程度，應對不安全區(qū)域加大地下水資源的保護力度。

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2016-12-11

艾尼瓦爾·蘇來曼(1976-)，男，新疆喀什人，工程師，主要從事水文水資源方面工作。

P641.8

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1004-1184(2017)04-0240-03