灰色预测模型GM(1,N)在邯郸市成安县地下水矿化度预测中的应用

摘要

成安县位于河北平原南部，作为典型的平原农业区，对供水的需求很大，对水质的要求也很高。为了满足农业生活和经济发展的需要，成安县深层地下水多年严重超采，引发一系列的地质环境问题，水质变化则是地质环境问题中比较大的一个。水质变化的主要表现在矿化度改变、水化学类型改变等方面。因此，对成安县地区地下水矿化度的模拟预测分析，深入了解区域内矿化度的趋势变化，将为邱县地区地下水合理开采和保护提供依据，并推进邯郸平原地区地下水生态修复工作，缓解地质环境问题。 文章以邯郸市成安县作为研究区域，收集整理成安县的自然地理概况、社会经济概况、区域地下水的利用情况。在了解研究区内水质变化、水文地质条件、地下水开采程度等基础资料的前提下，选择了区域内数据收集较全面的张庄和张辛庄两个监测井，以地下水矿化度为目标因子，引入井水位、区域开采量及区域降雨量主要影响因子，利用MATLAB软件辅助建立GM(1,N)灰色预测模型模拟预测求解。采用2010-2015年间的监测资料进行模拟拟合，预测未来2016-2020年间的地下水矿化度值，绘制出模型的模拟拟合曲线，作出趋势线，并确定拟合曲线的拟合精度。同时，用GM(1,1)模型、SPSS多元线性回归预测模型对成安县的矿化度进行模拟，分别进行对比分析，确定GM(1,N)预测模型的优越性和准确性，以该模型最终预测结果作为监测井未来几年的预测值。 根据结果不难看出，成安县地下水矿化度相应的模拟预测运用到GM(1,N)灰色预测模型时，监测井的拟合精度都高达90%以上，说明该模型用于成安县矿化度预测上是可行的;而且GM(1,N)模型下的实测值和模拟值之间的相对误差和均方根误差都要小于GM(1,1)和SPSS多元线性回归预测模型，进一步说明了该模型的准确性和优越性。用GM(1,1)模型只反应了矿化度随时间的演化发展状况，虽然GM(1,1)具有对统计数据数量需求少的优点，而地下水相应的矿化度与诸多因素关联密切。GM(1,N)模型能够将诸多影响因素与目标因素间的相关性有效的呈现出来，较之GM(1,1)模型做预测的精度高，更切合实际情况。SPSS多元线性回归利用了SPSS辅助软件对研究区进行数值模拟，较GM(1,N)而言，该模型更适合中长系列的数据预测，对于成安县数据短缺的情况，GM(1,N)表现了更高的模拟精度。运用GM(1,N)模型预测结果能够清楚认识到两监测井相对应的矿化度值随着时间推移而增长，这在一定程度上也反映出了成安县地区水资源在较长一段时间内处于短缺状态，且不断朝着恶化趋势演变。由于成安县地处无山无川，主要依靠的地下水来支撑该县工农业的发展，导致地下水矿化度逐年升高。最后，针对该地区的地下水超采造成的水环境问题提出保护对策。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1地下水水质变化的研究进展

1.2.2 地下水水位相关研究进展

1.2.3 地下水数值模拟研究进展

1.3研究内容

1.4 技术路线

第2章 研究区域概况

2.1 自然概况

2.1.1 位置交通

2.1.2 气象条件

2.2 地形地貌

2.3河流水系及引排水渠道

2.4构造

2.5 地层

2.6水文地质

2.7土壤

2.8社会经济概况

2.9本章小结

第3章地下水资源的评价及利用现状分析

3.1 地下水总补给量

3.1.1 降水入渗补给量

3.1.2 渠系渗漏补给量

3.1.3灌溉田间补给量

3.1.4井灌田间补给量

3.1.5地下水资源总量

3.2 水资源开发利用现状

3.2.1供水量

3.2.2用水量

3.3 地下水动态特征

3.3.1 地下水动态年内变化

3.3.2 地下水动态年际变化

3.4 地下水开发利用存在的问题

3.4 本章小结

第4章 地下水矿化度GM(1,N)预测模型

4.1预测模型概述

4.2 灰色系统理论介绍

4.2.1 灰色系统的基本概念

4.2.2灰色预测的类型

4.2.3 灰色预测中算子生成方法

4.2.4灰色预测系统的检验方法

4.3 GM(1,N)预测模型

4.3.1 GM(1,N)的基本原理过程

4.3.2 GM(1,N)预测模型的应用

4.5 本章小结

第5章 地下水矿化度模型的对比分析

5.1 GM(1,1)模拟预测模型

5.1.1GM(1,1)的基本原理过程

5.1.2 GM(1,1)基础数据

5.1.3 GM(1,1)模拟结果

5.2 SPSS多元线性回归预测

5.2.1多元线性回归预测的基本原理

5.2.2多元线性回归预测的基础数据

5.2.3基于多元线性回归预测的矿化度的应用

5.3 预测模型结果分析

5.4 本章小结

第6章 地下水利用管理建议

6.1 节水措施

6.1.1 农业节水灌溉措施应用

6.1.2 工业节水管理办法

6.2 其他管理措施

6.2.1 加强地下水监测工作

6.2.2 认真落实地下水人工补给工作

6.2.3 加强地下水资源的宣传教育工作

6.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况