应用灰色聚类模型对给水管网水质的综合评价.pdf
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1、第 2 9卷第 6期 2 0 0 7年 1 2月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y Vo 1 2 9 No 6 De c 2 0 0 7 应用灰色聚类模型对给水管网水质的综合评价 王 丹 宁 , 赵 明 , 赵 洪宾 ( 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 , 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 摘要 : 灰 色聚类 法是灰 色系统 理论 的一种 , 它 以模 糊数 学为基础 , 并在 此基础 上有 所发 展 、 创 新 。灰 色聚 类 模 型 的 特 点 是 对
2、数 据 的 分 辨 力 高 , 多 个评 价 因子 的 绿 合 评 价 中有 独 到 的 优 势 。 给 水 管 网 水 质 是 多 个 因子 的 综 合 作 用 结 果 , 不 利 于 直 观 判 断 。 因而 可 借 助 灰 色 聚 类 模 型 理 论 , 确 定 实 际 的 各 项 指 标 的 数 值 与 评 价 标 准 的 关 系 , 把 各 个 因子 定 量 的 监 测 数 据 转 化 成 综 合 性 的 结 论 。依 靠 灰 色 聚 类 理 论 来 确 定 管 网 水 质 的 归 类 以 此 方 法 来 评 价 给 水 管 网各 个 监 测 点 的 水 质 情 况 , 确 定 管
3、网 水 质 的 归 类 , 最 后 用 实例 验 证 模 型 计 算值 与 实 际 情 况 的 一 致 性 。 关键词 : 给 水管 网; 灰 色理 论模 型 ; 水质评价 中 图分 类号 : T U9 9 1 2 1 ; 文献 标 志码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 6 7 3 2 9 ( 2 0 0 7 ) O 6 一o 0 9 8 0 3 S y n t h e t i c E v a l u a t i o n o f Wa t e r Qu a l i t y i n W a t e r S u ppl y Ne t wo r ks Ba s e d o n Gr e y C
4、l a s s i f i e d M o d e l W a n g Da n ni n g,Zh a o M i n g,Zh a o Ho ng b i n ( Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y, S c h o o l o f M u n i c i p a l En v i r o n m e n t a l En g i n e e r i n g Ha r b i n 1 5 0 0 9 0 ) Ab s t r a c t: Gr e y c l a s s i f i e d t he o r y i s
5、one ki n d o f g r e y s ys t e m I t d e v e l o ps a nd i na u gu r a t e s o n t he ba s i s of f uz z y ma t h e ma t i c s Th e a b i l i t y t o d i f f e r e n t i a t e d a t a c l e a r l y i s i t s p r o mi n e n t v i r t u e W a t e r q u a l i t y i n wa t e r s u p p l y n e t wo r k
6、s i s wi t h c o mb i n e d r e s u l t s a n u mb e r o f f a c t o r s ,i t i s u n f a v o r a b l e t o t h e i n t u i t i v e j u d g me n t A g r e y c l a s s i f i e d m o d e l i s u s e d t o d e t e r m i n e t he a c t ua l nu me r i c a l r e l a t i on s h i p wi t h t he e v a l ua t
7、 i o n c r i t e r i a, a nd t r a ns f o r m e a c h mon i t o r i ng d a t a wi t h q u a nt i t a t i v e f a c t o r i n t o a c o m p r e he ns i v e c o nc l u s i on I n t h i s a r t i c l e,Gr e y c l a s s i f i e d t h e o r y i s us e d t o e v a l u a t e t he wa t e r q ua l i t y a nd
8、 d e t e r m i ne t he wa t e r qu a l i t y r a nk i n wa t e r s u p pl y n e t wo r k s, The r e a r e go o d a g r e e me n t s b e t we e n t h e c a l c ul a t e d a n d a c t ua l me a s ur i n g da t a Ke y wo r d s :wa t e r s u p pl y n e t wo r ks ;g r e y t h e o r y mod e l ;wa t e r q
9、ua l i t y e v a l u a t i on 对 管 网的水 质 监测 数 据 进 行评 价 分 析 , 确 定 管 网 中的水质等级 , 以便对管 网中不满足要求地点 的水质 进行分 析处理 , 从而确保 城市 给水 管 网水 质 , 这 已成 为 城市给水管网共同面临的问题 1 。 给 水管 网水质评价 是一 个多 因素耦 合 的动态 性 综 合系统 , 科学问题需要数学模型来描述 , 以实现其严谨 性 。由于给水 管 网水质 问题 是多个 因子 的综 合作 用 结 果 , 管 网 中水质 评 价 因子 数 目较 多 , 不 利 于直 观判 断 。 因而可借助灰色聚类模 型理
10、论 , 确定实际的各项指标 的数值与评价标准的关系 , 把各个因子定量 的监测数 据转化成综合性的结论 , 依靠灰色聚类理论来确定管 网水质 的归类 。 1 灰色聚类法模型 灰色 聚类 原理 以模糊 数 学 为 基 础 , 吸 收 了模 糊 数 学 的优点 , 并有 所发 展 、 创 新 2 引。灰 色 聚类 模 型在 多 个评价因子的综合评价中有独到的优势 4 。以此方 法 来评价给水管网各个监测点 的水质情况可以得到客观 的评价结论 , 该方法可通过与管网各个监测点的实测 数据 联 网 , 利 用 计 算 机 编 程 运算 , 从 而得 出 水 质 评 价 结论 。 1 1 聚类 系数 6
11、 * 收稿 日期 : 2 0 0 7 0 7 0 2 作者简介 : 王丹宁( 1 9 7 1 一) , 女 , 博 士生。 主要从事给水管网水质宏观评价研究 一 ( z ) W ( 1 ) i = 1 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 王 丹 宁 , 等 : 应 用灰 色聚类模 型对 给水 管 网水质 的综合评 价 9 9 式 中w一第 i 个水质评价因子在第 个灰类 中的权 重系数 Y ( ) 一第 h个聚类对象中第i 个水质评价因 子在第 个灰类 中的白化函数 L 一第 h个 聚类对 象对 第 个灰 类 的聚 类 系数 由各个灰类的聚类系数
12、构成聚类行向量 L 一( L L L ) , 由聚类 系数 最 大值 所 属 级 别确定为该聚类对象 的级别。 1 2 权重 系数 的计 算 灰类 的聚类法中应用的权重系数充分考虑到了各 个评价因子在不同级别中的区别 , 如公式 ( 2 ) 所示 。 w 一 虹 ( c ) f 一 1 式 中五一第 i 个因子的实测值 ( 2 ) 式 中 准值 C 。 一第 i 个因子在第 个灰类 中的代表值 1 3 水 质评 价 因子在 各 个灰类 中的 白化 函数 在管网水质评价 中, 选取 个评价因子 , 且每个因 子 又划分 为 m 个 评价级 。即 m 个灰 类 , 这样 每个 评价 因子有 个白化
13、函数 。白化函数主要有三种形式 : 灰 类为 1的白化函数 , 灰类为 2 一 一1的白化 函数 , 灰 类 为 m 的 白化 函数 8 。 如果评价级别为三级 , 即当灰类为三类时 , 白化函 数的计算式为( 3 ) , ( 4 ) , ( 5 ) 。 f 1 E E 0 , 1 I Y f l ( 蕾 )一 E ( l , c 2 ) ( 3 ) 。 。 Y l 2 ( xi 、= E E O , C i l E ( c i 1 , C ) ,_, 、 ( 4 ) L Ci 3 C 2 E , 。 。 = 亭 Y ( ) 一第 i 水质评价因子第 m 个灰类的白 化 函数 2 实 例 2
14、1 实例 选取 对北方某市给水管 网的水质进行监测 , 选出有代 表性 的三 个 监 测点 , 水 质 评价 因 子优 选 出 1 5项 , 实测 数据见表 1 。 表 1 北方某市给水管 网水质 实测数据 水质评 监测点 分级标 准 水 质评 监测点 分级标准 价 因子 1 2 3 I级 级 级 价因子 1 2 3 I级 级 级 色度 7 5 7 1 6 7 5 1 5 3 0 锌0 1 0 2 0 3 0 5 1 0 1 5 浑浊度 1 2 3 0 1 3 挥发酚类0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 5 臭 和 味0 0 0 0 1
15、2 褰 。 。 s 。 。 。 s 。 s 总碱度8 2 2 9 8 4 6 6 2 0 0 4 5 0 6 5 0 硫 酸盐 1 7 5 2 2 5 1 5 0 1 2 5 2 5 0 4 0 0 铁0 2 1 0 2 5 0 3 0 0 1 5 0 3 0 1 0 氯 化物 1 0 5 1 2 5 2 0 0 1 2 5 2 5 0 4 0 0 锰0 0 6 0 0 8 0 0 8 0 0 5 0 1 0 0 1 5 溶解性总 固体 2 0 8 8 8 6 7 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 铜0 1 0 3 0 4 0 5 1 0 1 5 细菌总数0 0 0 1 0 1
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