地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包

《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》前言前言数学地质是在大量地质资料积累的基础上产生的，是地质学中一门新兴的边缘学科，它通过数学模型模拟地质现象，并应用数字计算机快速、有效和正确地处理大量复杂的地质数据，把传统地质学从定性描述阶段推向定量研究的新阶段。地质科学的发展和探测手段现代化，在各类地质工作中取得了大量地质勘测数据。通过数学地质方法的应用，可以对取得的大量地质勘测数据及时进行系统的处理和分析，从而定量了解地质现象的规律和发展过程，以便作出较合理的推断、解释与评价。随着微型计算机的广泛应用及地质工作的飞速发展，广大地质工作者(特别是常年从事野外勘察工作的同志)迫切需要能够较好的掌握有关的数学地质方法，并采用这些方法，对所获取的大量勘测数据进行数学分析，以期更深入地探求地质规律，尽可能定量化地做出更合理、可靠的各种地质评价，把地质工作推向一个新高度。为此，有必要在微型计算机上建立一个功能比较强、更加方便实用的普通型地质勘测数据分析计算程序包。研究编制中，本着切实应用的原则，仅对在处理地质勘测数据中常用到的多元统计、模糊数学及灰色系统理论等包括回归分析、趋势面分析、判别分析、聚类分析、主成分分析、对应分析、典型相关分析以及模糊聚类分析、模糊综合评判、灰色关联度分析、灰色GM建模计算的各种计算方法的基本概念、数学模型及计算步骤做了简要的介绍，而主要是较多地通过丰富的计算实例对其方法的应用进行分析研究。从而让应用本成果的地质技术人员，能够基本了解各种计算方法及其可能解决的张焕智USERi2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》前言张焕智USERii2011-1-29USER问题，并且在具备一定的微型计算机操作知识后，就能够使用计算程序包进行计算。程序包采用了屏幕汉字提示、键盘输入有关指令的人机对话形式进行编制。从输入原始数据──选择计算方法进行计算──输出计算结果──结束，只要按照屏幕提示，准确地给定指令，就可以很快得出计算结果。这就极大方便了广大从事地质勘察工作的技术人员，因此称之为普通型计算程序包。成果研究与编写过程中，参考了较多的文献资料，并引用了部分文献中的算例。在此，对这些文献资料的编著者们表示谢忱。由于参加研究与编制人员的水平所限，成果中肯定还有许多错误和不足，恳请批评指正。编者1997年10月《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》整理说明整理说明本成果编著者最初作为个人工作的总结完成于1991年，鲁万滨进行了图、表的制作，并对文字进行修饰，曾投寄于“地质出版社”，由于需要一定的“出版费”，未能进行下去；其后许多内容曾分别发表于专业期刊。1997年，对程序包部分又进行了调整、补充和完善，并作为一项成果，由水利厅科技处组织专家评审，获得好评。后经多次补充、整理，主要在计算程序中对试验数据录入进行了修改，更方便了使用。为了保留一套完整的资料，重新进行了整理。成果原名为《地质勘测数据综合分析方法及其计算程序包》，本次整理后更名为《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》，特此说明。2011年1月张焕智USERi2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》目录目录第一篇地质勘测数据综合分析方法（数学地质计算方法概述）1多元统计分析方法-----------------11.1回归分析-------------------11.1.1一元回归分析计算-------------11.1.2多元回归分析计算-------------21.1.3逐步回归分析计算-------------41.2趋势面分析计算----------------61.3判别分析-------------------71.3.1二组判别分析计算-------------71.3.2多级逐步判别分析计算-----------91.4聚类分析-------------------111.4.1聚类分析计算---------------111.4.2最优分割法----------------131.5主成分分析计算----------------141.6对应分析计算-----------------161.7典型相关分析-----------------181.7.1典型相关分析计算-------------181.7.2典型趋势面分析计算------------212模糊数学分析方法----------------252.1模糊聚类分析计算-------------252.2模糊综合评判-----------------28张焕智USERI2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》目录2.3多对象多因素的模糊综合评判----------313灰色系统分析方法-----------------343.1灰色关联度分析计算--------------343.2灰色GM建模计算---------------34第二篇在水文、工程、环境地质中的应用研究1回归分析--------------------411.1在抽水试验数据分析中的应用--------411.1.1确定井孔涌水量曲线方程---------411.1.2辅助计算水文地质参数-----------431.1.3群孔试验数据的分析------------491.1.4确定管井出水量与降深、井径关系式----511.1.5确定管井滤水管实用长度-----------561.2在地下水资源评价中的应用-----------591.2.1预报开采量---------------601.2.2泉群流量的回归分析-----------601.2.3济南地区地下水开采量的回归分析----611.2.4娘子关泉流量的回归分析---------621.2.5建立地下水均衡回归方程---------631.3静力触探试验[R]=f(ρs)的探求--------652趋势面分析-------------------682.1渗透系数的趋势分析-------------682.2哈尔滨地区水文地质要素趋势面计算-----703判别分析--------------------73张焕智USERII2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》目录3.1矿井涌水水源的判别分析-----------733.2井孔出水量类别的判别分析----------743.3盐泉含钾性的判别分析------------784聚类分析--------------------824.1岩溶含水层的富水性分析-----------824.2包气带水分变化阶段分析-----------844.3水质分类与评价中的聚类分析---------875因子分析(娘子关泉域泉流量与降水量的主成分分析)--906对应分析(盐泉成因与分类的对应分析)-------937典型相关分析------------------977.1井孔出水量与井径及水文地质因素的典型相关分析-977.2含水层富水性综合研究的典型趋势面分析----998模糊数学分析法-----------------1028.1模糊数学方法在水质评价中的应用-------1028.1.1水质级别的模糊综合评判---------1028.1.2水质类型的模糊聚类分析---------1098.2井孔出水量类别的模糊聚类分析--------1108.3模糊数学在工程地质中的应用---------1128.3.1边坡稳定性的模糊综合评判--------1128.3.2膨胀土胀缩等级的模糊综合评判-----1138.3.3岩体质量的模糊综合评判---------1149灰色分析与模拟-----------------1189.1地下水系统的灰色模拟和预测---------1189.1.1某水源地下水位的GM(1，1)模型与预测--118张焕智USERIII2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》目录9.1.2某长观井年平均水位的模拟与预测----1199.1.3某水源地开采量的模拟与预测-------1209.1.4泉流量模拟的GM(1，3)模型--------1219.1.5娘子关泉流量与降水量的灰色模拟----1229.1.6水质监测数据的灰色模拟分析-------1239.2在工程地质工作中的应用-----------1249.2.1地基变形的灰色模拟-----------1249.2.2滑坡体稳定性的灰色模拟预测-------125第三篇地质勘测数据分析计算程序包设计1设计思想及总体结构---------------1271.1设计思想------------------1271.2总体结构------------------1272程序包设计-------------------1282.1总控程序(菜单系统)--------------1282.2功能块-------------------1292.2.1计算分析方法功能块------------1292.2.2建立数据文件功能块------------1382.2.3修改数据文件功能块------------1392.2.4使用说明功能块--------------1392.2.5特点-------------------1393程序包应用---------------------1403.1数据文件的准备-----------------1403.2进入程序包-------------------143张焕智USERIV2011-1-29USER《地质勘测数据综合分析方法、应用研究及其计算程序包》目录张焕智USERV2011-1-29USER3.3补充说明（增）-----------------144参考文献----------------------159附表1相关系数检验的临界值（Rα）表----------161附表2F检验的临界值（Fα）表------------162附表3X2分布表-------------------165附件:1地质勘测数据分析计算程序包使用说明--------1662地质勘测数据分析计算程序包源程序清单-------1823成果鉴定意见-------------------258《第一篇地质勘测数据综合分析方法》1多元统计分析方法张焕智USER-1-2011-1-29USER第一篇地质勘测数据综合分析方法1多元统计分析方法1.1回归分析1.1.1一元回归分析计算一元线性回归方程一般为bxayLxxLxybxbya其中：mxximyyi2)(xxLxxi))((yyxxLxyii相关系数为LxxLyyLxyyyxxyyxxRiiii22)()())((2)(yyLyyiLyy为离差平方和。对存在曲线关系的变量，可以通过适当的变量代换，把它们化为直线关系。经常遇到的曲线类型及曲线化直线方式列于表1。同时用相关指数R2描述变量间拟合关系，其计算公式为：2222)(1)ˆ(11iiiiymyyyLyyQR这里的残差平方和必须由配得的回归方程直接算出y^i来计算。《第一篇地质勘测数据综合分析方法》1多元统计分析方法表1曲线类型及曲线化直线变量代换表曲线化直线变量代换型式曲线类型及方程YXabY’=A+BLgX’Y’LgX’AB对数LgY’=A+BX’LgY’X’AB幂Y’=AX’BLgY’LgX’lgABY’=AeBX’LgY’X’lgAB指数-B／X’Y’=AeLgY’1／X’lgA-B1／Y’=A+B／X’1／Y’1／X’AB双曲线Y’=A+B／X’Y’1／X’ABY’=1／（A+Be-X′）1／Y’e-X’ABS曲线Y’=BX’+CX’2Y’／X’X’BC抛物线1.1.2多元回归分析计算如果Y与几个变量间存在线性相关