基于模糊BP神经网络的苏南Y湖水质评价.pdf

苏南Y湖作为太湖平原上重要的水资源，承担着调蓄水量、饮用、工业用水、农业灌溉及渔业资源保护的重要角色。近年来，随着工农业的迅速发展，Y湖的水质问题日益凸显，成为保障地区人民生活质量及经济可持续发展的关键。水质评价是进行水环境保护的重要前提和基础，而对于开放、非线性的水环境系统，传统评价方法往往简化过度，与现实情况有所偏离。为此，研究者们采用了模糊BP神经网络这一先进方法进行水质评价，以期为Y湖的水环境治理提供科学依据。 模糊BP神经网络是将模糊逻辑理论与BP（Back Propagation）人工神经网络相结合的产物，该技术具有处理样本识别、滤除噪声、记忆特征量、学习与联想以及模糊信息处理等优势。在复杂系统的定量研究方面，这种结合模糊理论与神经网络的技术展现了其独特的潜力，能有效地进行水质评价。模糊BP神经网络在Y湖水质评价中的应用，证明了它能更准确地表达各个水域水质与标准水质接近程度，比单纯使用BP神经网络输出结果更具说明力。 研究以Y湖为对象，采集了东湖（YD）、中湖（YZ）、西湖（YX）、上游河流（YH）和湖内围网区（Yw）的水样，分析了水质中的溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、铵态氮（NH3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）等基本理化性质。采用模糊BP神经网络建立模型，以这五个水质指标为输入变量，构建了一个包含三个神经元的隐含层，以及一个水质类别输出结果的网络结构。通过学习训练，该网络能够完全正确识别样本的水质类别特征。 研究结果揭示了Y湖不同水域的水质情况，发现水体溶解氧和化学需氧量在这五个区域间表现出显著性差异，其中中湖、东湖和湖内围网区的溶解氧和化学需氧量最高，而上游河流则最低。相反，水体中氨氮、总氮和总磷含量在各个水域中没有显著性差异。根据BP网络的输出和模糊BP神经网络的计算结果，Y湖各水域的水质被判定处于Ⅳ类和Ⅴ类之间，其中西湖水质最优，上游河流次之，湖内围网区和东湖位于中等水平，湖中最差。 为了确保数据的准确性和可靠性，研究采取了规范的样品采集和处理方法。采样时间设定在2009年5月22日，采样点覆盖了Y湖的五个主要区域，采集样品后迅速送回实验室，在4℃的条件下保存，并利用Matlab、SAS和Excel等工具进行数据分析和处理。Matlab 7.0用于模糊BP神经网络的模拟，SAS 8.0用于进行不同区域间水质的方差分析和显著性检验，而Excel 2003则用于描述性统计分析和图表绘制。 通过这篇文章，我们了解到模糊BP神经网络在水质评价领域的应用潜力，并为解决复杂的非线性系统问题提供了新的视角。这项研究不仅为苏南Y湖的水质评价提供了准确的数据支持，也为其他地区水质评价工作提供了科学参考。