水资源短缺风险综合评价 修复的 The following text is amended on 12 November 2020.
水资源短缺风险综合评价 摘要： 本文通过建立模型来判定北京市水资源短缺风险的主要因子对北京市水资源短缺风险进行综合评价，进而提出调控办法。 对于问题一，影响水资源短缺的因子很多，主要有四方面：第一，农业用水；第二，工业用水；第三，人口规模；第四，气候条件与水利工程设施。以上四方面分别对应附表中农业用水量，工业用水量，第三产业及生活等其他用水量与水资源总量。对于主要因子，本文采用关联分析对关联度进行计算量化处理。首先对数据进行了预处理，以缺水量（总用水量-水资源总量）作为参考数列，把农业用水量，工业用水量，第三产业及生活等其他用水量与水资源总量作为参考数列，然后对个数列进行初始化处理，利用matlab 分别计算出以上四方面对缺水量（总用水量-水资源总量）的相关性。得出总体相关性大小排序如下： > > > 即：水资源总量>第三产业与生活等其他用水量>农业用水量>工业用水量为检验该模型的合理性，本文采用matlab作出以上四个量以及缺水量（总用水量-水资源总量）对时间的关系图，从图中可以直观显示农业与缺水量的相关性较大，与该模型结果吻合，模型具有较好的准确性。 对于问题二，本文建立了合适的模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分。本文将改革开放以来的三十年分成六个阶段，每个阶段分为五个点。采用熵值确定农业用水量，工业用水量，第三产业及生活等其他用水量三方面对水资源短缺影响的权重，得出水资源短缺的综合测评指数Q，再利用六个阶段的Q值与实际数据对比的
用模糊数学综合评价法对水质进行评价 付智娟 （中山市环境保护科学研究所，中山 542803） 摘 要：综合评价法作为模糊数学的一种具体应用方法，在很多领域中得到了广泛的运用。由于综 合评价法的数学模型简单、容易掌握，更适合于对多因素、多层次的复杂问题的评价。将其应用于对水质的评价能更客观、科学地反映水质情况。 关键词：模糊数学 ；综合评价法；水质评价法 Abstract:As the praxis of fuzzy mathematics,comprehensive evaluation is prevalent used in many fields ,Because it is a simple mathematical model and easy to use,comprehensive evaalution has advantage to solve the complex problem that have more different https://www.doczj.com/doc/0417275907.html,ing it to evaluate the quality of water can get an objective and scientific result. Key words: fuzzy mathematics; comprehensive evaluation; evaluate the quality of water 模糊数学理论是近年来发展起来的科学，水质的好坏具有模糊的概念，因此也可以用它来评价水质，对水质进行综合评价，打破以往仅用一个确定性的指标来评价水质的方法，并可以弥补其中的不足，更客观、科学地对水质进行评价。现引用对某水质进行评价的例子来说明模糊数学综合评价在水质评价中的运用。 1. 基本概念 1. 1隶属度 以往的水质分级中多用一个简单的数学指标为界限，造成界限两边分为截然不同的等级.例如参数DO ， I 级水的指标为7mg/L,则7.1mg/L 为I 级水，但DO 若为6.9mg/L 就的定为II 级水。事实上，由于水质的污染程度属于模糊概念,所以这里用隶属概念来描述模糊的水质分级界限。所谓隶属度系指某事物所属某种标准的程度：如:DO=7.1mg/L 时,隶属I 级水的程度为100%;6.9mg/L 时,隶属I 级水的程度达95%。 隶属度可用隶属函数表示。为方便起见，取线性函数： 10X X X X --或 11X X X X --，（X 0 水资源短缺风险综合评价思路 1.风险度量的确定：风险度量v=用水量-供水量 若v>0，则存在风险，若v<0，则无风险。 计算自1979年至今2010年（2000年后的数据自己收集）的风险度量v，将风险度量大于0的求出平均值与标准差。 2.风险因子的确定： 通过计算各个影响因素与风险度量之间的相关系数，根据相关系数确定哪些影响因素为风险因子。其中风险因子的确定可以考虑题目提供的因子，关键是能够找到历年数据的因子，这些数据可以在北京2009统计年鉴上找，可以进入中国统计局网站和北京市统计局网站上收集。 3.利用多元线性回归分析方法建立北京市水资源短缺风险的综合评价模型 利用上述讨论的风险因子及逐步回归方法建立以风险度量为因变量，风险因子为自变量的多元线性回归模型。模型中最后剩下的自变量即为主要风险因子，这些自变量前的回归系数即为该变量每变化一单位对风险度量的影响程度有多大，从而确定该如何调控风险因子，使得风险降低。该模型可以指出如果这些主要风险因子不加控制，将会对风险度量产生多大的影响，实质即为一综合评价模型。 4.风险等级的划分 风险等级的划分可以根据1计算所得的风险度量的均值和标准差来确定，如果1中计算所得的均值>0，则说明近几十年均存在水资源短缺的情况，等级的划分可以考虑为：均值+标准差—风险较大，均值+2标准差—风险很大，均值+3标准差—风险非常大。这样可以根据各年的风险度量来确定落在哪个范围，以判断其实什么级别的风险。 5.北京市未来两年水资源短缺风险的预测 可以考虑建立以时间为自变量，风险度量为因变量的一元回归模型，该模型有可能是线性的，也可能是曲线的，看具体的数据做出来的图像来判断。根据该模型可以对未来两年的风险度量进行预测，说明未来两年将处于什么等级的风险。也可以建立风险度量的时间序列模型来说明。注意：所建的预测模型是考虑主要风险因子并未发生变化的情况下的情形，可见需要进行调控。 第17卷第4期2006年 8月 水资源与水工程学报 Journal of Water Resources&Water Engineering Vol.17No.4 Aug.,2006 基于多元统计分析的水质综合评价 李传哲1,于福亮1,刘佳1,鲍卫锋2,杜子芳3 (1.中国水利水电科学研究院水资源所,北京100044;2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 武汉430072;3.中国人民大学统计学院,北京100872) 摘 要:以延河为例,运用因子分析方法和聚类分析方法就各监测断面水质污染程度和污染相似性进行定量化的综合评价。提出水质污染的逐步回归分析方法,并以年水质综合污染指数为例,对其进行逐步回归分析。为合理评价延河水环境状况提供一定的科学依据。 关键词:水质污染;因子分析;聚类分析;逐步回归分析 中图分类号:X824 文献标识码:A 文章编号:16722643X(2006)0420036205 Comprehensive evaluation of water quality based on multivariate statistical analysis LI Chuan-zhe1,YU Fu-liang1,LIU Jia1,BAO Wei-feng2,Du Zi-fang3 (1.Department of Water Resources,China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100044,China;2.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University,Wuhan430072,China;3.School of Statistics,Renmin University of China,Beijing100872,China) Abstract:Using the methods of factor analysis and cluster analysis,the paper has made the quan2 titative analysis and comprehensive assessment for the polluting status in degrees and in similari2 ties of monitoring sections in Yanhe River.A method of stepwise regression analysis on water polluting is discussed with examples of the comprehensive water polluting index.It can be pro2 vided some scientific bases to assess the water environment situation of Yanhe River. Key words:water pollution;factor analysis;cluster analysis;stepwise regression analysis 0 引 言 延安市的水资源问题制约着整个城市的发展,影响着整个市区的环境景观和人民的健康。如何科学准确评价母亲河——延河的水质状况,已成为延安市环保和水利等部门的重要课题。水质评价包含两方面内容:一是水质污染相似性的分类研究;二是水质污染程度的评价。水质系统是由多种因子构成的复杂系统,水质质量受到诸多指标(污染物含量或指数)的影响,每项指标从不同角度反映水质污染状况。本文运用因子分析方法将所取断面进行水质污染程度的综合评价、分析,确定影响水质质量状况的综合因子;以聚类分析方法对各断面水质污染相似性进行研究,给出分类处理结果;应用逐步回归的数理统计方法,寻求主要污染指标与水质综合污染指数间的关系。 1 断面和指标的选取 延安市地面水常规监测的主要河流为延河。根据《水环境监测技术规范》的要求,设1号杨家湾断面、2号柳树店断面、3号点四联队断面、4号点七里村断面、5号点王家川断面,共5个断面,均为省控断面,监测河段长80km。本文选取的监测指标为悬浮物、总硬度、高锰酸盐指数、生化需氧量、非离子氨、亚硝酸盐氨、硝酸盐氨、挥发酚、砷、六价铬、石油类等11项。数据资料为2002年这5个监测断面11项监测指标的年平均值,见表1。 收稿日期:2006202215; 修稿日期:2006203216 基金项目:延安市水资源综合规划项目;全国水资源综合规划专题(01-06-02) 作者简介:李传哲(19832),男(汉族),湖北荆州人,硕士研究生,主要从事水资源合理配置、规划评价等方面的研究。 综合水质评价方法概述 目前在综合水质评价中应用较多典型评价方法包括：单因子评价法、污染指数法、模糊数学评价法、灰色系统评价法、层次分析评价法、物源分析评价法、人工神经网络评价法，以及水质标识指数评价法。 单因子评价法 单因子评价法是分别将各个水质标准规定的水质指标进行对比分析，在所有参与综合水质评价的水质指标中，选择水质最差的单项指标所属类别来确定所属水域综合水质类别；单因子指数评价计算简单，且可清晰判断出主要污染因子及其主要污染区水域。我国在水质监测公报中，便采用了单因子评价水体综合水质。 单因子指数P由一位整数、小数点后二位或三位有效数字组成，表示为： X P i3 X X 1 2 式中：X1————第i项水质指标的水质类别； X2————监测数据在X1类水质变化区间中所处位置根据公式按四舍五入的原则计算确定。 X3————水质类别与功能区划设定类别的比较结果，视评价指标的污染程度，X3为一位或两位有效数字。 根据Pi的数值可以确定水质类别、水质数据、水环境功能区类别，可以比较水质的污染程度，Pi 越大，水质越差，污染越严重，如果Pi大于6.0，水质劣于V类水。 单因子评价法，优点：是简单、易操作。缺点：但单因子评价中污染因子占100％权重，其余因子权重为零，而随水质监测结果不断变化，浓度越大权重越大，随意性较大，不去考虑各因子对水环境影响的差异性，会忽略很多有用的信息，具有一定的局限性。 污染指数法 污染指数法的基本思想是：①针对单项水质指标，将其实测值与对应的水环境功能区类别与水质标准相比，形成单项污染指数；②对所有参与综合水质评价的单项水质指标，将各指标的单项污染指数通过算数平均、加权平均、连乘及指数等各种数学方法得到一个综合指数，来评价综合水质。 优点：指数法综合评价对水质描述是定量的，只要项目、标准、监测结果可靠，综合评价从总体上来讲是能基本反映污染的性质和程度的。并且对于全国流域尺度而言，污染指数法计算简便，便于进行不同水系之间或同一水系不同时问上的基本污染状况和变化的比较。缺点：选择不同的污染因子会使污染指数值出现波动，当水体的某些污染物评价标准值很低，而这些污染物未被检出时，依据数据的填报原则，就将其报为检出限的一半。此时进行污染指数计算就会夸大水污染程度。 模糊数学评价法 模糊数学理论是美国理论控制专家L.A.Zadeh于1965年提出的。在水环境质量综合评价中，涉及大量的复杂现象和多种因素的相互作用，也存在大量的模糊现象和模糊概念，因此水质评价也可以采用模糊数学的方法进行定量化处理。模糊数学评价法包括模糊综合评判法、模糊聚类法、模糊模式识别法等，其中最典型的方法是模糊综合评判法，其基本思想是：①构造水质指标对各类水质类别的隶属函数；②根据隶属度函数，计算水质指标实测值对各类水质类别的隶属度，构造模糊关系矩阵；③计算各类水质指标的权重，构造权重向量；④将权重向量和模糊关系矩阵相乘，得到综合水质对各类水质类别的隶属度，最终判断出评价样本的综合水质级别。 优点：当在水环境质量综合评价中，涉及到大量的复杂现象和多种因素的相互作用时，用模糊关系合成原理，可将一些边界不清、不易定量化的因素定量化。缺点：当水质评 2013高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们授权全国大学生数学建模竞赛组委会，可将我们的论文以任何形式进行公开展示（包括进行网上公示，在书籍、期刊和其他媒体进行正式或非正式发表等）。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）： 参赛队员 (打印并签名) ：1. 2. 3. 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期：年月日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 2013高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 赛区评阅记录（可供赛区评阅时使用）： 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）： 全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）： 水资源短缺风险综合评价 摘要 水资源短缺问题是影响我国发展的重大问题，本文针对水资源短缺风险问题找出了主要风险因子，建立了水资源短缺风险评价模型，对水资源短缺风险进行等级划分，并提出相应的有效措施规避风险。 对于问题一，我们建立主成分和灰色关联度分析模型，分析附表和相关资料，先确立了北京市水资源短缺风险的风险因素主要包括自然因素，即降雨量和常住人口，和社会因素，即农业用水，工业用水，第三产业及生活其他用水，污水处理率，城市绿化覆盖率。然后利用主成分分析得到个各个因子的贡献率，再利用灰色关联度分析，得到各个因子与缺水量的关联度的大小，基本与主成分分析一致，最后得到主要风险因子。 对于问题二，我们用综合评价的RSR 模型,对模型一所确定的主要风险因子做相应高优和低优指标处理，并对北京市水资源短缺进行风险等级划分。最后对主要风险因子进行调控，来降低风险等级。 对于问题三，我们建立 模型，要对北京市未来两年水资源的短缺风 险进行预测，我们通过对主要风险因子进行预测，并对预测模型进行后验差检验，然后再用RSR 模型，给未来的两年划分风险等级。 对于问题四，我们通过分析上面的数据和查找相关资料，给北京市水行政主管部门写一份建议报告。 关键词：主成分分析 灰色关联度分析 RSR 模型 (1,1)GM 模型 后验差检验 (1,1) GM 水质综合污染指数 飞水质综合污染指数的计算 水质综合污染指数是在单项污染指数评价的基础上计算得到的。考虑到上海地表水污染特点，在计算水质综合污染指数时通常选择上海市具有代表性的污染物，包括高锰酸盐指数、五日生化需氧量、化学需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、总磷和汞。也可以根据需要选择必要的污染物参与评价。 Ci Pi = Si 其中，O-污染物实测浓度; &-相应类别的标准 综合污染指数的计算方法: 应该注意到，水质综合污染指数的计算与水质类别标准密切相关，因此综合污染指数的比较只能在同一类别标准基础上进行。 1、水质污染程度的判别 根据水质综合污染指数来判别污染程度是相 对的，即对应于水体功能要求评判其污染程度。如 II类水体的水质要求明显高于III类、IV类、V类水体，假如不同类别水体的水质相同，则要求越高的水体，其对应的污染程度越严重。根据水质综合污染指数判别水质污染程度必须基于下列条件： （1）污染程度是对应于相应类别的水质要求的。 （2）污染程度的分级是为了定性反映水质的现状， 水体污染说明该水域原定的功能不能安全、全面地 发挥效应，其功能得不到保证。不同功能水体即使达到相同的污染程度，其危害和影响也是各不相同的。 （3）根据水质综合指数的大小可将水体分为合格、基本合格、污染和重污染四类。当采用上述八项污染物进行评价时，不同类型水体相对应的综合指数和水质现状阐述如下： 合格：P W0.8各项水质指标基本上能达到相应的功能标准，即使有个别指标超标，但超标倍数较小（1 倍以内），水体功能可以得到充分发挥，没有明显的制约因素。 基本合格：0.8 水资源短缺综合风险评价 摘要 近些年来，由于气候变化和经济社会不断发展，我国，特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，成了被人们关注的焦点。对水资源短缺进行综合评价，识别影响水资源短缺的主要风险因子，对风险造成的危害进行等级划分，对不同的风险因子采取相应有效的措施，对社会经济稳定、可持续战略发展情具有重要意义。本文对北京水资源短缺问题进行了详细的研究。 对问题一，将影响北京水资源短缺的风险因素分为减少水资源短缺风险和增加水资源短缺风险。减少水资源短缺风险的因子有降水量、地表水资源量、地下水资源量、再生水资源量、污水处理能力和水源涵养（以植被覆盖率表示），增加水资源短缺风险的因子有农业用水、工业用水、生活用水、环境用水、人均生活用水量和万元GDP水耗，共十二风险因子。然后利用主成分分析方法找出影响水资源短缺风险的主要风险因子，从而得出影响北京市水资源短缺风险的主要风险因子有降水量，污水处理能力，工业用水，环境用水，人均年生活用水量和万元GDP水耗六个指标。 对于问题二，我们根据问题一所得到的主要风险因子为自变量，风险度量（风险度量=全年水资源总量-用水量）为因变量，建立多元线性回归模型，对北京市水资源短缺风险进行综合评价，并做出相应的等级划分，利用残差分析方法对主要风险因子进行调控，使得风险降低。 对于问题三，我们利用风险度量和年份采用曲线拟合的方法，预测出未来两年北京市水资源的风险度量，再根据问题二中得到的等级划分对北京市未来两年的水资源短缺风险进行相应的预测。 对于问题四，根据前三个问题的相关结论，特别是影响水资源短缺的主要风险因子，以此给水利部门写一篇建议报告。 关键词：主成分析法多元线性回归数据拟合风险因子 水资源风险评价 摘要 由于水资源风险评价中的各项指标的模糊行和不确定性，所以“水资源风险评价”数学模型是基于模糊概率理论的综合评价模型。通过对风险率、脆弱性、重现周期、可恢复行、风险度的分析建立基于模糊概率的评判模型，在通过logistic回归模型模拟和预测水资源短缺的风险概率。通过对1979-2008水资源短缺风险的研究，建立模型通过对的风险预测和验证，分析模型的可信度，然后预测未来五年的水资源短缺风险情况。我们了解到造成水资源短缺的主要风险因子有：水资源总量、工业用水、农业用水、生活用水及其他用水、水污染等。通过对再生水回用和南水北调工程的作用分析，可知再生水回用，南水北调工程可有效缓解北京水资源短缺的压力，但是由于旱灾的频发，全球的气候恶化等原因，北京水资源短缺的问题依然不能得到根本解决，因此有效利用水资源，降低水资源风险问题的研究仍然刻不容缓。最后根据水资源短缺造成的原因，提出详细的水资源利用建议报告。 关键词：风险率、脆弱性、重复中期、可恢复性、风险度、模糊概率、logistic 模型 一、问题重述 2010年西南地区百年一遇的特大旱灾刚过去，一场五十年活百年一遇的旱灾正在袭击长江中下游的湖北、湖南、江西、安徽、江苏5省。截至五月三十一日，仅湖北省受灾人数就超过一千万，长江的洪湖、洞庭湖、鄱阳湖正在集体饱受史无前例的浩劫，其中的生物链也正在经受毁灭性的打击。接连不断的旱情进一步加剧了全国特别是北方地区本来就存在水资源短缺，水资源已经成为制约社会经济可持续发展的重要瓶颈。据国务院权威部门的消息：我国655个城市近400个缺水，近200个严重缺水。以北京为例，以北京市为例，北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 请根据附表中给出的北京市水资源数据，利用包括《北京统计年鉴》在内的所有可利用的资料，借组合法获取的一切信息，讨论一下问题。 1.以北京水资源资料为例，分析水资源短缺的风险因子，并对这些风险因子进行重要分析； 2.建立水资源短缺评价的数学模型； 3.从用水量、用水结构、水资源存量几个方面对北京市未来五年水资源进行预测； 4.给有关部门提交一份研究报告，至少从水资源短缺成因、水资源风险控制以及水资源保护几方面提出建议和对策。 二、模型假设 1、降雨量、地下水量等一切水资源来源都看成可以用水资源，定义为可利用水总量； 2、不考虑地表水蒸发、地表水与地下水重复的问题； 3、污水排放、生活用水量、农业用水量等一切可以是水资源流失的因素都归类为用水总量中去； 4、假设水量与农业用水、工业用水、第三产业将生活用水等其他用水、降水量、 A题：水资源短缺风险综合评价 水资源，是指可供人类直接利用，能够不断更新的天然水体。主要包括陆地上的地表水和地下水。 风险，是指某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。 水资源短缺风险，泛指在特定的时空环境条件下，由于来水和用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。 近年来，我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，水资源成为焦点话题。 以北京市为例，北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 《北京2009统计年鉴》及市政统计资料提供了北京市水资源的有关信息。利用这些资料和你自己可获得的其他资料，讨论以下问题： 1评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？ 影响水资源的因素很多,例如：气候条件、水利工程设施、工业污染、农业用水、管理制度，人口规模等。 2建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分并陈述理由。对主要风险因子,如何进行调控，使得风险降低？ 3 对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。 4 以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。 附表1979年至2000年北京市水资源短缺的状况 水质综合评价的方法 水环境质量评价，就是通过一定的数理方法与手段，对某一水环境区域进行环境要素分析，对其作出定量描述通过水环境质量评价，摸清区域水环境质量发展趋势及其变化规律，为区域环境系统的污染控制规划及区域环境系统工程方案的制定提供依据。 1.指数评价法 指数评价法可分为单因子污染指数法和水质综合污染指数法，单因子污染指数表示单项污染物对水质污染影响的程度，水质综合污染指数表示多项污染物对水质综合污染的影响程度。 (1)单因子污染指数法 单因子污染指数法是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较以确定水质类别的方法。即将每个水质监测参数与《国家地面水环境质量标准》(GB3838—2002)进行比较，确定水质类别，最后选择其中最差级别作为该区域的水质状况类别。 (2)水质综合污染指数法 水质综合污染指数法是指在求出各个单一因子污染指数的基础上，再经过数学运算得到一个水质综合污染指数，据此评价水质，并对水质进行分类的方法。对分指数的处理不同，决定了指数法的不同形式，有诸如简单迭加型指数、算术平均型指数、加权平均型指数、罗斯水质指数、内梅罗指数、黄浦江污染指数、豪顿水质指数等。 单因子污染指数只能代表一种污染物对水质污染的程度，不能反映水质整体污染程度：综合污染指数法是对整体水质做出的定量描述，这样的评价结果只能定性地说明污染程度是轻、严重还是非常严重，不能确定其功能类别为几类。但是，只要项目、标准、监测结果可靠，综合评价在总体上是可以基本反映水体污染性质与程度的，而且便于同一水 体在时间上、空间上的基本污染状况和变化的比较，所以现在进行水质污染评价时常采用这种方法。 2.基于模糊理论的水环境评价法 由于水体环境本身存在大量的不确定因素，各个项目的级别划分、标准确定都具有模糊性。因此，模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。具有代表性的方法有：模糊综合评判法、模糊概率法、模糊综合指数法等，其中应用较多的是模糊综合评判法，这种方法根据各污染物的超标情况进行加权，但污染物毒性与浓度不成简单的比例关系，因此，这种加权不一定符合实际情况。从理论上讲，模糊评价法体现了水环境中客观存在的模糊性和不确定性，符合客观规律，具有一定的合理性。但从目前的研究情况来看，采用线性加权平均极型得到的评判集易出现失真、失效、跳跃等现象，存在水质类别判断不准或结果不可比的问题，可操作性较差。 3.基于灰色系统理论的水环境评价法 由于水环境质量数据都是在有限的时间和空间内监测得到的，信息是不完全的或不确切的，因此，可将水环境系统视为一个灰色系统，即部分信息已知、部分信息未知或不确知的系统，据此对水环境进行综合评价。基于灰色系统理论的水质评价法通过计算评价水质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度大小确定评价水质的级别。根据同类水体与该类标准水体的关联度大小还可以进行优劣比较，水质综合评价的灰色系统方法有灰色聚类法、灰色贴近度分析法、灰色关联评价法等。 灰色评价法体现了水环境系统的不确定性，在理论上是可行的，虽然分辨率低，但具有简单、可比的优点，而且由于影响水环境的变化因素不断增多、不断变化，水环境的不确定性逐渐增加，所以灰色评价法在水环境质量评价中应用日益广泛。 4.基于人工神经网络的水环境评价法 2011年中央民族大学 数学建模选拔赛题目：北京市水资源短缺风险综合评价 水资源短缺风险综合评价 摘要 北京是全球水资源严重匮乏的大都市之一，北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险，对社会经济的稳定可持续发展战略的实施具有重要的意义。 对此，本文将主要研究北市水资源的短缺风险的问题，通过层次分析法，假设出该问题的模型，即建立模糊优先关系矩阵与模糊一致矩阵相结合的模型和logistic回归模型，对提供的数据进行抽样分析： 求解问题一：探求水资源短缺风险因子。据近年北京市水资源相关的数据，针对三方面指标分析出缺水主要因子：人口密度、地下水、农业及工业用水。 求解问题二：建立PRM-CRF和Logistic回归两种模型，依据求解结果进一 步作出风险综合评价，给出相关性建议。我们选取扮演北京水资源重要角色的五条代表性河流进行综合分析，并建立两种模型： （1）模型一：PRM-CRF模型。鉴于缺水风险评定中各指标存在不确定性和模糊性，因此我们建立了该模型的六种基本综合评定指标；并引进单因素模糊优先关系矩阵，然后将该矩阵转化为模糊一致矩阵；从而得到单因素优属度，以及权重值；最终得到各地区的优属度。据此将其进行比较，数值越大则风险越低，进而划分各地区风险等级。 （2）模型二：logistic回归模型。鉴于模拟概率分布实现风险的预测通常计算复杂且结果不确定，因此我们将相关数据利用Matlab拟合出曲线，求得回归模型方程的系数，对北京市水资源短缺风险分析。 求解问题三：运用模型二，预测北京水资源短缺风险。2012年缺水风险都处于中等以上的风险水平，而2013年三种定义指标都处于高风险水平。 求解问题四：基于以上分析，作出建议报告。我们认为在保证合理规划生活农业用水的前提下，加快南水北调工程的外部供给，再加上加大再生水的利用规 模和循环是解决北京市水资源缺乏的最好方法之一。 求解问题五：模型分析。两种模型比较，都能很好的避免了隶属度的复杂运算，从一定程度上达到了评价的效果。更加准确的，客观的，全面的说明北京水资源状况，得出结论——北京市水资源的短缺，且提出相应较科学合理的建议。 关键词：水资源、风险因子、模糊优先关系矩阵、模糊一致矩阵、logistic回归模型、南水北调、再生水 一、问题的提出与分析 1.1问题的提出 北京是全世界水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2009年期间北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。尽管政府采取了一系列措施,但是气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资 水质综合污染指数 水质综合污染指数的计算 水质综合污染指数是在单项污染指数评价的基础上计算得到的。考虑到上海地表水污染特点，在计算水质综合污染指数时通常选择上海市具有代表性的污染物，包括高猛酸盐指数、五日生化需氧量、化学需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、总磷和汞。也可以根据需要选择必要的污染物参与评价。 单项污染指数的计算方法: 丹=—— Si 〔中，Ci-污染物实测浓度； Si-相应类别的标准值。 综合污染指数的计算方法：P=匸丄￡尺n i-1 应该注意到，水质综合污染指数的计算与水质类别标准密切相关，因此综合污染指数的比较只能在同一类别标准基础上进行。 1、水质污染程度的判别 根据水质综合污染指数来判别污染程度是相对的，即对应于水体功能要求评判其污染程度。如II类水体的水质要求明显高于III类、IV类、V类水体，假如不同类别水体的水质相同，则要求越高的水体，其对应的污染程度越严重。根据水质综合污染指数判别水质污染程度必须基于下列条件： （1）污染程度是对应于相应类别的水质要求的。 （2）污染程度的分级是为了定性反映水质的现状， 水体污染说明该水域原定的功能不能安全、全面地 发挥效应，其功能得不到保证。不同功能水体即使达到相同的污染程度，其危害和影响也是各不相同的。 （3）根据水质综合指数的大小可将水体分为合格、基本合格、污染和重污染四类。当采用上述八项污染物进行评价时，不同类型水体相对应的综合指数和水质现状阐述如下： 合格：P W0.8，各项水质指标基本上能达到相应的功能标准，即使有个别指标超标，但超标倍数较小（1 倍以内），水体功能可以得到充分发挥，没有明显的制约因素。 基本合格：0.8 北京水资源短缺风险综合评价 【摘要】 一﹑问题重述 北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2009年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 1 评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？ 2建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分并陈述理由。对主要风险因子,如何进行调控，使得风险降低？ 3 对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。 4 以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。 二、基本假设和符号说明 2.1 基本假设 （1）假设所查找的数据真实有效； （2）假设影响北京水资源短缺的多个因子相互独立； （4）假设除了降雨量、平均气温、植被覆盖率、水资源总量、人口总数、人均GDP、污水处理率、生活用水总量、农业用水总量、工业用水总量、农业灌溉定额等风险因子之外没有其他的水资源短缺风险因子。 （3）假设这些因子在未来没有突变情况发生（政府政策的干预，自然灾害）等） 2.2 符号说明 三模型建立与求解 3.1.1问题1分析 所谓的水资源短缺风险是指在特定的环境条件下，由于供水与用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的概率以及由此产生的损失。北京市水资源开发利用中存在的问题主要有上游来水衰减趋势十分明显，长期超采地下水导致地下水位下降，水污染加重了水危机，人口膨胀和城市化发展加大了生活用水需求等。因此，导致北京水资源短缺的主要原因有资源型缺水和水质性缺水等。则影响北京水资源短缺风险的因素可归纳为以下两个方面：（1）供给因素气候条件；①气候条件，包括降水量，平均气温，平均气压，日照时数，②水利工程；（2）使用因素，①农业用水，②工业用水，③管理制度，④人口规模九个风险因子根据所建模型，筛选出水资源短缺的主要风险因子。 水资源短缺风险评价 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT 水资源短缺风险评价体系 摘要：目前,水资源短缺的问题越来越突出,而且成为制约我国社会经济可持续发展和水资源可持续利用的主要障碍,关于如何对水资源的短缺风险进行综合评价,目前没有统一定义和标准评价方法.如何建立科学的评价方法、建立一个规范化并和国际接轨的评价体系已成为一个亟待解决的重要课题. 基于对水资源短缺风险评价的需要,本文以北京市为例,我们在原模糊综合评判模型的基础上改进模型.首先用层次分析法构建了北京市水资源短缺风险因子分析模型,通过计算,最终确定出导致风险的主要因子,为进一步进行风险评价奠定了基础.随后运用改进的模糊综合评判模型, 对北京市的水资源短缺程度、短缺原因及变化趋势进行了比较全面的分析,对风险等级进行了划分.同时,选取了短缺性、危险性、易损性、承险性作为水资源短缺风险的评价指标,通过建立隶属函数和评价矩阵,对水资源短缺风险进行了定量评价,以最大隶属原则为依据,得出北京市水资源短缺处于较高风险，同时也为制订风险的防范措施和对策提供了理论依据.在应用模糊综合评判模型的同时,我们为了准确的确定短缺性、危险性、易损性、承险性的权重,通过发放调查问卷,采用确定权重的统计方法,即加权统计方法,得到了其权重. 在用该模型分析水资源短缺风险的分析过程中,通过计算发现该方法克服了以往假设模型中条件的限制,在目前信息收集不完整、数据质量不高的情况下有着独特的优势.该模型能使评估更加客观、准确、系统、有效.然后用MATLAB软件对北京市水资源状况的相关数据进行拟合,从用水量、用水结构、水资源总量几个方面对北京市未来五年水资源进行了预测,得到了可靠的预测结果.最后,在我们研究结论的基础上,提出了缓解北京市水资源短缺的对策和措施. 关键词：水资源短缺风险；模糊综合评判模型；层次分析法；预测 一、问题重述 水资源是城市形成、发展的必要条件,在自然和人类活动影响下, 城市旱涝、缺水及水环境污染现象时有发生, 水资源问题已严重阻碍了当今城市发展水资源短缺、供需的失衡始终是我国社会经济可持续发展、水资源可持续开发利用和管理保护所面临的重大问题和难题. 那么如何对水资源短缺风险的主要因子进行识别,以及在这些水资源短缺的风险因子中,哪些因子是主要的,这对于研究水资源短缺风险将是十分必要的,因此,对以上几个问题的分析将是必不可少的.那么能不能建立一个水资源短缺风险评价的数学模型由此 水资源短缺风险综合评价 水资源，是指可供人类直接利用，能够不断更新的天然水体。主要包括陆地上的地表水和地下水。 风险，是指某一特定危险情况发生的可能性和后果的组合。 水资源短缺风险，泛指在特定的时空环境条件下，由于来水和用水两方面存在不确定性，使区域水资源系统发生供水短缺的可能性以及由此产生的损失。 近年来，我国、特别是北方地区水资源短缺问题日趋严重，水资源成为焦点话题。 以北京市为例，北京是世界上水资源严重缺乏的大都市之一，其人均水资源占有量不足300m3，为全国人均的1/8，世界人均的1/30，属重度缺水地区，附表中所列的数据给出了1979年至2000年北京市水资源短缺的状况。北京市水资源短缺已经成为影响和制约首都社会和经济发展的主要因素。政府采取了一系列措施, 如南水北调工程建设, 建立污水处理厂,产业结构调整等。但是，气候变化和经济社会不断发展，水资源短缺风险始终存在。如何对水资源风险的主要因子进行识别，对风险造成的危害等级进行划分，对不同风险因子采取相应的有效措施规避风险或减少其造成的危害，这对社会经济的稳定、可持续发展战略的实施具有重要的意义。 《北京2009统计年鉴》及市政统计资料提供了北京市水资源的有关信息。利用这些资料和你自己可获得的其他资料，讨论以下问题： 1评价判定北京市水资源短缺风险的主要风险因子是什么？ 影响水资源的因素很多,例如：气候条件、水利工程设施、工业污染、农业用水、管理制度，人口规模等。 2建立一个数学模型对北京市水资源短缺风险进行综合评价，作出风险等级划分并陈述理由。对主要风险因子,如何进行调控，使得风险降低？ 3 对北京市未来两年水资源的短缺风险进行预测，并提出应对措施。 4 以北京市水行政主管部门为报告对象，写一份建议报告。 附表1979年至2000年北京市水资源短缺的状况 所谓水质指标是用以评价一般淡水水域、海水水域特性的重要参数。可以根 据这些参数对水质的类型进行分类，对水体质量进行判断和综合评价。水质指标已形成比较完整的指标体系。 许多水质指标是表示水中某一种或一类物质的含量，常直接用其浓度表示，有些水质指标则是利用某一类物质的共同特性来间接反映其含量。例如水中有机物质具有易被氧化的共同特性，可用其耗氧量作为有机物含量的综合性指标；还有一些水质指标是同测定方法直接联系的，例如混浊度，色度等用人为规定的并配制某种人工标准溶液作为衡量的尺度。水质指标按其性质不同，可分为物理的，生物的和化学的指标。关于生物指标，根据水生生物的组成（种类与数量）以及它们的生态学特征而提出的各项指标已在有关课程中介绍。本节概要讨论一下几项常用的水质物理指标的含义。对于化学指标的含义将在本书的其他有关部门章节中作有关深入的讨论，这里按测定所使用的不同方法作粗略的分类。 （一）水质的物理指标 水体环境的物理指标项目颇多，包括水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。 1.温度 温度是最常用的物理指标之一。由于水的许多物理特性、水中进行的化学过程和生物过程都同温度有关，所以它经常是必须加以测定的。天然水的温度因水源的不同而异.地表水的温度与季节气候条件有关，其变化范围大约在0.1--30℃;地下水的温度则比较稳定，一般变化于8--12℃左右，而海水的温度变化范围为-2--30℃。 2．嗅与味被污染的水体往往具有不正常的气味，用鼻闻到的称为嗅，口尝到的称为味。有时嗅与味不能截然分开。常常根据水的气味，可以推测水中所含杂质和有害成分。水中的嗅与味的来源可能有：水生植物或微生物繁殖和衰亡；有机物的*分解；溶解气体H2S等；溶解的矿物盐或混入的泥土；工业废水中的各种杂质如石油、酚等；饮用水消毒过程的余氯等。不同的物质有着不同的气味，例如湖沼水因藻类繁生或有机物产生的鱼腥及霉烂气味；浑浊河水常含有泥土的涩味；温泉水常有硫酸味；有些地下水的H2S气味；含溶解氧较多的带甜味；含有机物较多的也常具有甜味；水中含NaCl带有咸味，含MgSO4,Na2SO4等带有苦味；含CuSO4带有甜味，而Fe的水资源短缺风险综合评价思路
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