基于熵权的属性识别模型在湖泊水质富营养化评价中的应用.pdf

基于熵权的属性识别模型在湖泊水质 富营养化评价中的应用 ＊ 王丽琼 泉州师范学院资源与环境科学学院, 福建 362000 摘要 针对模糊评价中对多因子赋权时因计算繁琐, 工作量大, 未考虑多个评价对象间联系等缺陷, 提出利用熵权法 对多评价因子赋权的新思路, 建立了基于熵权的属性识别模型, 并用此模型对福州市山仔水库的水质进行评价, 比较 了利用熵权法与传统的评价因子赋权的差异。 此模型为湖泊水质的富营养化评价提供一种简便实用的评价方法。 关键词 属性识别理论 水质评价 熵权法 权重 ＊福建省自然科学基金 F0210005 0 引言 随着工业和经济的发展, 大量氮 、磷等植物营养 物质进入湖泊水体 ,对于湖泊的富营养化问题 ,提出 了评价和防治湖泊水质富营养的多种数学模型。程 乾生教授提出的属性识别模型在解决有序分割问题 上具有显著的优越性 [ 1] ,此方法在天然水体的水质评 价中也得到了广泛的研究和应用。在运用属性识别 模型评价中 ,权重的设计是一项重要的内容 ,对评价 的结果有重要影响 。现有的一般是通过超标法来确 定各因子的权重 ,即根据某待测评价对象的各评价指 标的监测值相对于水质标准的超标程度经过归一化 计算所获得的结果作为因子权重 [ 2] ,当存在多个评价 对象时 ,都要分别计算在该对象下每个指标的权重 值,且计算得到的权重仅考虑个体因子的特征 ,而对 多个评价对象的相互联系却无法描绘 。本研究采用 信息熵计算各指标的权重 ,用评价指标值构成的判断 矩阵来确定指标权重 ,可以较好地消除各因素权重的 主观性 ,使属性识别模型结果更符合实际 ,并应用该 方法对福州山仔水库的富营养化进行综合评价,以验 证该方法的可行性。 1 基于熵权的属性识别模型 1. 1 模型分析 [ 3] 设 X 为环境评价对象空间 , 环境质量评价对象 集合为{ X1, X2, , Xn} , 其中的环境质量称为属性。 由评语组成K 个等级构成空间的评价集{ C1, C2, , Ck} , 又称为属性集。每个评价对象均有 m 个评价指 标,其指标集合为{ I1, I2, , Im} 。若第 i 个评价对 象的第j 个指标 Ij的数量值为Xij, Xi可表示为一个 向量{ Xi1, Xi2, , Xim} ,1≤i ≤n 。 对于每个指标 Ij均有其相应的评价等级分类标 准{ aj1, aj2, , ajk} , 1≤j ≤m , 则对于某一具体评价 对象空间, 其分类标准矩阵为 C1 C2 C3 Ck I1 I2  Im a11a12a1k a21a22a2k  am1am2amk 其中 ajh满足aj1 ajk,1≤h ≤k 。 对于某一环境要素 Xi,首先计算其第 j 个指标具 有属性 Ch的属性测度 Uijh,可假定 aj1坝前 七里。 表 4 各监测断面水质评分 评价断面七里库心日溪口坝前 分值3. 709 53 . 793 23 . 920 23. 735 0 3 评价结果比较 为了验证熵权赋值的有效性,本研究将熵权法属 性识别法与传统模糊隶属函数法进行了对比见表 5。 结果表明, 熵权法和模糊隶属函数法基本一致 。用传 统超标程度赋权方法 [ 7] 确定的各评价因子权重见 表6, 根据传统权重计算方法 , 以上 4 个监测点分别 确定了 4 次权重, 通过熵权法给各评价因子赋权, 并 对以上4 个监测点进行水质评价时, 只需计算 1次就 能得到所有监测点的权重, 减少了评价工作量, 而且 对于同一指标在不同监测点处 , 监测值相同 ,传统方 法确定的权重却有很大的不同。使用熵权法可将同 一评价指标的多个监测样本点结合起来确定权重 ,不 仅考虑了多个样本间的联系 , 且削弱了异常值的影 响,使得评价结果更合理 、 更科学。 表 5 评价结果对比 评价断面七里库心日溪口坝前 熵权结果富营养富营养富营养富营养 传统结果富营养富营养富营养富营养 表 6 传统赋权方法的赋权结果 评价断面TP CODMn SSSDTN 七 里0. 259 60. 087 00. 513 60. 011 30. 128 5 库 心0. 241 10. 097 80. 464 50. 011 40. 185 2 日溪口0. 161 90. 103 50. 246 70. 011 10. 476 8 坝 前0. 263 80. 114 10. 504 50. 008 90. 108 7 4 结论 水体富营养化综合评价需要考虑多指标的属性。 本研究将属性识别理论模型应用于水体富营养化评 价中, 可通过评分的方法对各监测点的水质进行测 评,进而根据分值的大小对各点水质进行比较 , 解决 了模糊隶属函数法中存在的很难细致地比较两监测点 水质级别相同 水质状况的缺陷; 同时引入熵权来确 定权重,避免了主观确定权重的随意性,有效地解决了 水质的优劣和所属问题,且结果合理,计算简便 。此评 价方法应用于空气质量评价、 城市环境评价及水资源 综合利用程度评价等方面也具有广泛的应用前景 。 参考文献 [ 1] 程乾生. 属性识别理论模型及应用. 北京大学学报, 1997, 33 1 12 -20. 下转第 88 页 71 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 量,培养合适的降解菌 , 通过对附着生长型微生物的 挂膜驯化 , 即使在冬季低温和高浓度 CODCr、 NH3- N 下,缺氧池填料上的细菌仍可保持 1. 010 6 ～ 1. 7 10 7 个 g ,有效地增强了缺氧池的抗冲击能力和减毒 作用 。在进水正常时 ,缺氧池的作用表面上看起来不 明显, 在进水不正常时 , 缺氧池的减毒作用就能极大 地减轻毒害物质对好氧活性污泥的影响,A 段对大分 子、 长链有机物质的降解功能增强, 出水的可生化性 平均提高 0. 07 。 通过对4 台鼓风机进行变频改造 ,根据生产的需 要,利用调整交流电的频率来控制电机的转子的转 速,在电机运行中的实测电流上显示当所需风量较小 时,电机的电流下降较大 ,根据进水的污染物的负荷 来调整变频器的开度大小 ,根据进水污染物的浓度与 池中溶解度的需求来确定最佳的调整值 。 当生化池的进水 CODCr的值 1 200 mg L , 可以 开启 2 台鼓风机对生化池进行供氧, 以保证生化池内 溶解氧的含量保持在 2～ 4 mg L 。从平时生化池进水 维持在 800 mg L 的水平 , 仪表显示电流为 200 A, 当 处于工频状态时 ,仪表显示电流为250 A,由此可见当 处于变频状态时既有利于调节生化池的风量 ,也处于 良好的节能状态 。 自沉降段投用后 , 取改造前与改造后各 30 d 的 监测数据见表 2, 效果非常好 , 尤其是外排水悬浮物 和CODCr2项重要的指标, 呈明显的下降趋势, 生物炭 运行平稳, 从水质数据可以看出, 外排水 CODCr平均 降低了50 mg L,SS 下降了 12,按此计算 , 仅 CODCr 一项每年可减少污染物排放量 82 t , SS 每年可减少 29 t 。 表 2 改造前后的监测数据mg L 时段 油 CODCr 氨氮挥发酚SS 进口外排进口外排二浮外排二浮外排外排 改造前 208. 334 . 31 1 487 . 41 131 . 4758 . 8514 . 6946. 540. 28133 改造后 62 . 174 . 53771. 9478 . 9446 . 141. 1941. 300. 06117 5 结论 1 通过对加药与浮选系统的改造 , 提高了一级 处理的处理效率 ,为二级处理的稳定运行提供可靠的 基础保障。 2 通过填料的换型与在好氧后半段设一沉降 段,有效的提高了污泥的硝化-反硝化能力, 提高了污 水的可生化性, 降低了后浮选进水的泥量 ,出水 SS 大 幅降低,保证了生物炭的正常运行。 3 通过改造 ,外排污水合格率提高 6, 年减排 污染物质约 140 t 。 参考文献 [ 1] 张景来等. 环境生物技术及应用. 北京 化学工业出版社, 2002. 5. [ 2] 王建龙. 生物固定化技术与水污染控制. 北京 科学出版社, 2002. 10 -11. 作者通讯处 高健 510115 广州市回龙路增沙街 20 号 广州市环 境保护工程设计院有限公司 电话 020 83354900 2006- 03-07 收稿 上接第 71页 [ 2] 孙瑛. 模糊数学方法在湖泊水质评价中的应用. 山东工业大学学 报, 1994, 24 2 155 -157. [ 3] 张先起等. 基于熵权的属性识别模型在地下水水质综合评价中 的应用. 四川大学学报, 2005, 37 3 28 -31. [ 4] 孟庆生. 信息论. 西安 西安交通大学出版社, 1989 19 -36. [ 5] 邹志红. 模糊评价因子的熵权法赋权及其在水质评价中的应用. 环境科学学报,2005, 25 4 552 -556. [ 6] 刘瑞民. 地统计学在湖泊水质研究中的应用. 万方硕士论文集, 2001, 6. [ 7] 孔健健. 属性识别理论模型在湖泊水质富营养化评价中的应用. 环境工程,2004, 22 5 66 -68. 作者通讯处 王丽琼 362000 福建泉州师范学院资源与环境科学 学院 E -mail liqiongwang163. com 2005- 12-26 收稿 88 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 Keywords wet crushing, discarded printed circuit boards, application, reuse of resources and secondary pollution NEW PROCESS OF MAKING FERTILIZER BY FAST DRYING AND INCINERATING OF SLUDGE FROM A SEWAGE TREATMENT PLANTLuo Baihua Gao Guangzhong 64 Abstract In order to solve the sludge risk by sewage treatment plants, it is expounded a process of making a fertilizer, by which the organic sludge from urban sewage treatment plant can be mixedwith dried sludge and aided materials, and then pelletized by a special pelleter, and finally is dried by a drier. A composite fertilizer meeting national standard can be produced, which can be used for parks and grassplots. Keywords sludge, composite fertilizer, incineration of sludge, sewage treatment plant, secondary pollution and dry DEVELOPMENT AND USE OF SAMPLER FOR RESUSPENDED PARTICULATES Chen Kui Bai Zhipeng 67 Abstract A sampler for resuspended particulates has been developed. The working principle and structure of the sampler are described. PM10and PM2, 5-collecting efficiency and sampling time of the sampler are studied, finally the suitable sampling time of the sampler is also selected. Keywords open source, sampler for resuspended particulates, collection efficiency and sampling time APPLICATION OFATTRIBUTE RECOGNITION MODELBASED ON COEFFICIENTOF ENTROPY TO UATING EUTROPHICATION OF WATER IN A LAKEWang Liqiong 69 Abstract Considering the difficulties of calculation using fuzzy synthetic uation and the relationship among uators being ignored, a new weight uation process using entropy was established. Aiming at the water quality assessment on Shanzi Reservoir, the differences of entropy and the traditional were compared in the weight calculation of uating indicators using the fuzzy mathematics. This model provides a simple and pracical for uating eutrophication of water in lakes. Keywords attribute recognition model,water quality uation, entropy and weight of uating indicator THE INITIAL STUDY ON ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT ON PAPER MAKING FACTORIES BASED UPON GISFeng Jiangfan Teng Xuewei Wu Yaodong et al 72 Abstract The ecological risk of paper making factories is the hot issue of the state and local environmental department, ecological risk assessment is one of the toolsfor helping the decision -making process. In order to analyze and uate the ecological risk in Jiangsu Province, this research used the combination of geographical ination system GISwith AHP, and the result of uation should reflect the spatial pattern of regional ecological risk. The proposed for risk assessment isone of the important s to reflect the condition of ecological risk, optimize recovery measure, and control measures. Keywords GIS, ecological risk assessment and AHP RESEARCH ON SIMULATION AND ANALOGY OF INVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT ON TRANSMISSION LINEWu Gaoqiang Cheng Shenggao Wu Xiong et al 74 Abstract According to the instruction of “ Technical Code” to the simulation and analogy of environmental impact assessment on transmission line engineering, integrating the theoretical calculation of the power -frequency electromagnetic field intensity and radio interference intensity under transmission line and analyzing the factorswhich influence the value and distribution of the electromagnetic field, radio interference under transmission line, it has been summarized some experience in the selection of analogy line, which can provide a basis and reference for the selection of analogy line of other environmental assessment on electromagnetism in the future. Keywords environmental assessment, transmission line, simulation andanalogy, power -frequency electromagnetic field and radio interference IDENTIFICATION OF WEIGHTING PARAMETERS FOR WATER QUALITY FUZZY NEARNESS MODEL BY GENETIC ALGORITHMMa Tailing Chaolunbagen Gao Ruizhong et al 77 Abstract According to the principle of minimizing nearness, genetic algorithm GAis employed to optimise the weighting parameters for water quality fuzzy model. A case study is carried out and its results are compared with those from other models. The results show that fuzzy nearness based on GA to optimise the weighting parameters could get better agreement with practical water environmental quality. Keywords genetic algorithm, weighting parameters and fuzzy nearness PRACTICE OF TREATING WASTEWATER CONTAINING ARSINE Luo Guogen Xu Shiguo Weng Huili 80 Abstract It was introduced the practice of treating wastewater containing arsine using Fenton reagent oxidation and ferric salt neutralization deposition by lime, which has a certain practical value. Keywords arsine, Fenton reagent, neutralization and deposition 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006