灰色聚类在邢台山前倾斜平原区孔隙水脆弱性评价中的应用.docVIP

灰色聚类在邢台山前倾斜平原区 孔隙水脆弱性评价中的应用 王占辉，姜正义，徐素娟，谭俊 （河北省地矿局第十一地质大队水环处，河北 邢台 054000） 摘 要：以DRASTIC模型为基础，采用层次分析法依据当地的实际情况确定权重，结合MAPGIS的叠加技术，形成了评价地下水污染难易程度的新体系，并将其应用于邢台市山前倾斜平原区孔隙水脆弱性评价。评价结果从趋势上反映了评价区域内孔隙水受污染的难易程度，与实际情况吻合较好。 关键词：地下水 脆弱性 DRASTIC模型 MAPGIS 0 引言 地下水脆弱性是1968年Margat提出的。他初步把地下水脆弱性定义为污染源从地表渗透与扩散到地下水面的可能性，并且通过图件来描述地下水对污染的脆弱程度。此后，随着对地下水脆弱性复杂影响因素的深入认识和研究水平的逐渐提高，地下水脆弱性概念也在不断的丰富、完善和发展。80年代中期以前，对地下水脆弱性的定义主要是从含水层的地质、水文地质特性等内部因素角度考虑，把地下水的脆弱性理解为含水层的一种内在的自然属性。也就是把地下水脆弱性单纯地理解为固有脆弱性。而80年代末以后，对地下水脆弱性的定义方式有所突破，除考虑地下水系统内部因素外，还考虑了土地利用和污染源等外部人为因素对脆弱性的影响。 1灰色聚类方法简介 灰色聚类是以灰数的白化权函数生成为基础，将一些观测指标或观测对象聚类成若干个可定义的类别的方法。 1.1灰色聚类样本的构成 记=1，2，…，n为聚类对象；j=1，2，…，m为聚类指标；=1，2，…，为聚类灰数，即灰类。dij为第i个聚类对象对于第j个聚类指标的样本值，D是以dij为元素的样本矩阵。 为便于对各样本指标进行综合分析并使聚类结果具有可比性，须对环境质量聚类样本各个指标的白化数和灰类进行标准化处理。数据标准化处理就是对水质聚类样本各个指标的白化值和灰类进行无量纲化处理，以便于对各样本指标进行 综合分析并使聚类结果具有可比性。常用的方法为污染指数法,这样即可达到无量纲化的目的，又可反映污染物的相对污染状况。 1.2白化函数的构成 白化函数反应了聚类指标对灰类的亲疏关系。第个指标的灰类1、灰类（k=2,3，…，h-1）和灰类h的白花函数分别为： 设为第j个聚类指标属于k灰类的白化函数，则白化函数有三种形式，其中为白化函数的阈值 1.3聚类权与聚类系数的计算 聚类权是衡量各指标对同一灰类的权重。在孔隙水含水层脆弱性分析中，由于聚类指标的意义、量纲相同，绝对值相差不大，因此需按式(1-2)进行处理，即按 (1－1) 若聚类指标的意义、量纲不同，且不同指标的样本值在数量上相关很大时，不能按上式计算，否则将会引起评估偏差。 聚类系数反映了聚类对象对灰类的隶属程度。 式中为指标，灰类的白化权函数，可由样本值代入相应的白化权函数计算式中求得： 若，则称聚类对象属于灰类。从各行找出最大聚类系数，该最大聚类系数所属灰类即为聚类对象（各测点）所属灰类（级别）。 2实例分析 2.1含水层环境背景 邢台市山前倾斜平原主要分布在东部，其孔隙水含水层水平方向岩性由西向东，由卵石、砾石逐渐变为粗砂、中砂，局部还有中细砂、细粉砂。其含水层由厚变薄，层数变多。富水性也由冲洪积扇轴部向其边缘减弱的规律。而垂直方向岩性由上到下，全新统较薄，一般透水不含水，上更新统为本区的主要含水层（局部疏干），又称为浅层水，岩性以底部卵砾石、粗砂为主，局部为中细砂。中更新统、下更新统岩性以中粗砂为主，又称为深层水，局部为中细砂，且砂多呈风化状、含粘土质较多，富水性较差。 2.2评价指标确定 结合邢台市孔隙水含水层具体情况，本次选取七个代表性指标：地下水埋深、含水层岩性、降水入渗补给量、土壤类型、地形坡度、含水层渗透系数和包气带介质类型，由于评价因子指标意义、量纲不同，利用进行评分。 孔隙水脆弱性分类指标表 序号 评价因子 I类 II类 III类 IV类 V类 1 地下水埋深（m） ≤0 10～15 15～20 20～25 25 评分 6 4 3 2 1 2 含水层岩性 以卵砾石为主 以粗砂含砾为主 以粗砂为主 以中砂为主 以细砂为主 评分 10 8 6 5 4 3 降水入渗补给量（mm/a） 175 150～175 125～150 100～125 ≤100 评分 7 6 5 4 3 4 土壤类型 裸露、洪积 冲积 冲洪积 风积 冰积、残破积 评分 10 9 6 3 1 5 地形坡度（°） 0～2 2～3 3～6 6～9 9～12 评分 10 8 7 5 3 6 含水层渗透系数（m/d） 400 300～400 200～300 100～200 ≤100 评分 10 8 6 4 2