基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

• 作者: 王梓璇 王圃 王颖 彭翰 华佩 张晋
• 来源期刊: 环境科学学报
• 关键词: 地表水水质预测 砷 变量选择 BP人工神经网络(BPNN) 遗传优化算法 小波分解
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 页码范围: 2942-2950
• 页数: 9页
• 分类号: X522
• 语种: 中文
• DOI: 10.13671/j.hjkxxb.2020.0522

摘要

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷(As)污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998-2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络(BPNN)、遗传算法改进的BPNN(GABP)、小波-遗传BPNN耦合模型(W-GABP)对后6年(2011-2016年)As浓度预测结果的均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)、平均绝对百分比误差(MAPE),以确立最优模型.结果表明:①多水质参数BPNN(GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51％、15.98％、14.46％,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78％、16.74％、7.83％;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.