熵权云模型组合在新疆喀什地区地下水供水安全评估中的应用

艾尼瓦尔·苏来曼

(新疆喀什水文水资源勘测局，新疆 喀什 844000)

熵权云模型组合在新疆喀什地区地下水供水安全评估中的应用

艾尼瓦尔·苏来曼

(新疆喀什水文水资源勘测局，新疆 喀什 844000)

以新疆较为干旱的喀什区域为研究对象，将区域划分为8个分区，该区域地下水资源占据总水资源量的40%以上，是区域水资源的重要组成部分。选取11种地下水安全影响指标构建地下水安全指标体系，通过构建新疆喀什地区地下水安全评价指标体系，结合熵权云模型对区域地下水供水安全进行定量评估。评估结果表明：熵权云模型可综合考虑地下水安全评估的随机性和模糊性，评估结果和实际情况吻合度较高，喀什地下水供水安全综合评价值在0.094 5～0.252之间。区域地下水供水总体达到较安全的程度。研究成果对于地下水供水安全评估提供新的方法参考。

地下水安全评价指标体系；熵权云模型；地下水供水安全评估；新疆喀什地区

当前，随着人类活动和气候变化的双重影响，区域地下水供水安全程度逐渐减弱，对地下水供水安全进行准确评估，对于地下水资源的保护至关重要，特别是对干旱半干旱以及干旱区域，地下水资源为其水资源的重要组成。对于地下水供水安全的评估，国内许多学者展开过相关研究[1-5]，但是这些地下水供水安全评估成果大都采用层次分析方法进行研究，而地下水安全由于受到多个因素的影响，存在较强的随机性和模糊性特点。而传统层的分析方法在分析具有随机性和模糊性变量存在一定的局限。近些年来，熵权云模型采用数据挖掘技术，可对具有随机性和模糊性的变量进行定量客观评估，并在许多领域的评价体系中得到应用[6-9]，且评估效果较好，但是熵权云模型在地下水安全评估领域中还未得到相关应用，为此本位引入熵权云模型，以新疆较为干旱的喀什区域为研究区域，对该区域的地下水供水安全进行定量评估。研究成果对于区域地下水资源保护措施的制定提供科学的决策依据。

1 熵权云模型原理

云模型计算假定U为计算论域，C表示为定性概念，x为定量评价指标值，若x～N(Ex、，En2)，且En′～ N(Ex，He2)，模型对定性概念C的隶属度计算方程为：

(1)

其中在方程(2)中μ(x)表示为模型论域U上的正态分布云函数；EX表示为云模型的期望值；En表示为云模型的熵权值。云模型在具体计算时，首先生成具有正态分布的随机数，计算方程为：

En′～N(En，He2)

(2)

其中在方程(2)中En表示为随机数组的期望；He2表示为随机数组的方程值，并在此基础上进一步在计算正态随机数组，计算方程为：

x～N(Ex，En2)

(3)

其中在方程(3)中Ex表示正态随机数组序列的期望，En表示为正态随机数组序列的方差。在两次正态随机数组计算的基础上，利用特征值x和期望值Ex代入到方程(1)计算云模型的指标隶属度。为客观定量确定评价指标的权重，本文结合熵权方法对各个评价指标进行权重的确定，熵权方法的计算步骤为：

假定m个评价对象，每个对象包含n个评价指标，并构建评价判定矩阵，该判定矩阵的表达式为：

R=(rij)m×n

(4)

其中在方程(4)中R为判定矩阵；r为判定指数；i表示为评价对象；j表示为评价指标。在判定矩阵确定的基础上，确定各个指标的熵值，计算方程为：

(5)

其中在方程(5)中Hj表示为各评价指标的熵权值；fij表示为指标的熵值参数，其计算方程为：

(6)

其中在方程(6)中rij、m的变量含义同方程(4)中变量含义。在各指标熵值确定的基础上，需要对各评价指标的熵权值进行确定，计算方程为：

(7)

其中在方程(7)中Hj表示为各评价指标的熵值。

2 熵权云模型在新疆喀什地区具体应用分析

2.1 地下水安全指标选取

以新疆喀什为研究区域，并将该区域划分为8个分区，该区域地下水资源占据总水资源量的40%以上，是区域水资源的重要组成部分，为此地下水安全对于区域水资源安全至关重要，选取11中地下水安全影响指标构建地下水安全指标体系，选取的地下水安全指标属性值见表1，结合各地下水安全指标，结合熵权云模型对该区域的地下水供水安全进行综合评估。

表1 区域地下水供水安全评估各指标的属性值

2.2 各评价指标的隶属度矩阵

结合方程(1)和各指标正态云标准值，假定N=1 000，结合对应的指标正态云模型标准值。结合正向标准算法计算不同指标的隶属度矩阵，各评价指标隶属度矩阵计算结果见表2。

表2 各评价指标正态云隶属度计算结果

2.3 地下水供水安全指标计算

结合熵权方法对地下水供水安全的各个指标进行熵权值的计算，计算结果见表3。从表3中可以看出，含水层深度和地下水含水层的富水程度的熵权值最高，这主要是因为其实地下水供水量的重要保证，因此其熵权值较高，其次是面源污染程度直接影响地下水的水质，因此其对地下水供水安全影响权重值也较高。

表3 各评价指标的熵权值

2.4 地下水供水安全综合评价结果

在各指标隶属度确定的基础上，结合熵权云模型组合方法对区域各个分区的地下水供水安全进行综合评估，综合评估结果见表4。从表4中可以看出，喀什地区地下水综合评价值在0.094 5～0.252之间，经评价，区域地下水供水安全总体为较安全程度，从各分区综合评价结果可以看出，1#、2#、5#、7#分区综合评价结果为较安全，经实地调查，这几个分区由于近些年来地下水保护措施力度逐年在加大，因此该区域地下水供水一直较为平稳，且水质情况较好，评价结果和区域实际情况较为吻合。3#和8#分区由于靠近水源保护区，区域地下水资源保护程度较好，因此该区域地下水供水安全，这和模型评价结果较为吻合。4#分区经过实地调查发现，该区域地下水存在一定程度的超采现象，使得该区域地下水供水安全受到一定程度的影响，供水安全呈现较不安全的程度，因较大对该分区水资源的保护力度。

表4 区域地下水安全综合评价结果

3 结语

通过构建地下水供水安全评价指标体系，并结合熵权云模型对新疆喀什地下水安全进行综合评估，结果可知，熵权云模型可综合考虑地下数供水安全的随机性和模糊性，评估结果更符合实际情况，可对传统层次评估方法进行改进；新疆喀什地下水供水安全总体达到较为安全的程度，但也有区域地下水供水安全处于较不安全的程度，应对不安全区域加大地下水资源的保护力度。

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2016-12-11

艾尼瓦尔·苏来曼(1976-)，男，新疆喀什人，工程师，主要从事水文水资源方面工作。

P641.8

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1004-1184(2017)04-0240-03