本發(fā)明屬于水源地安全評價
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種河流型水源地綜合安全評價方法。
背景技術(shù)：
：近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，大量的工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)非點源污染以及水源保護區(qū)不合理開發(fā)活動等嚴(yán)重威脅飲用水水源安全，絕大部分地區(qū)飲用水源地上游來水存在水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象。河流型飲用水源地是我國城市飲用水的重要取水來源，因其供水量大、水質(zhì)達標(biāo)率低、污染成因復(fù)雜，在河流型飲用水源地的日常管理和保護工作中，存在安全風(fēng)險高、治理難度大的特點，主要表現(xiàn)在：上游岸線開發(fā)利用布局不合理，重污染工業(yè)密集；水體富營養(yǎng)化、新型污染物問題突出；部分水源地保護區(qū)內(nèi)因物權(quán)糾紛仍存在?；穫}庫、貨運碼頭等高風(fēng)險設(shè)施；流域大型水利項目導(dǎo)致區(qū)域水文條件發(fā)生重大改變等。飲用水安全保障關(guān)系到廣大人民群眾的根本利益和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。目前國內(nèi)外對河流型飲用水源地的污染防治大多集中于污染物削減、風(fēng)險評價等方面，關(guān)于水源地安全評價大多局限于水源地水質(zhì)安全和水生態(tài)系統(tǒng)安全，關(guān)于水源地安全評價要素的全面性和科學(xué)性尚有待進一步完善。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是一種河流型水源地綜合安全評價方法，實現(xiàn)在錄入指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的前提下輸出河流型水源地綜合安全評價結(jié)果，具有全面、準(zhǔn)確、快速的特點。技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種河流型水源地綜合安全評價方法，包括如下步驟：S1、建立水源地綜合安全評價指標(biāo)體系指標(biāo)體系包括水源地自身生態(tài)系統(tǒng)健康的自然屬性指標(biāo)和水源地服務(wù)于人類社會可持續(xù)發(fā)展的社會服務(wù)屬性指標(biāo)；所述的自然屬性指標(biāo)包括水源地水質(zhì)、水生態(tài)健康、自然形態(tài)、水文狀況，所述的社會服務(wù)屬性指標(biāo)包括供水、防洪、岸線開發(fā)利用；S2、建立水源地綜合安全評價模型基于建立的水源地綜合安全評價指標(biāo)體系，采用層次分析法和模糊綜合評價法建立一個包含指標(biāo)錄入及預(yù)處理、指標(biāo)權(quán)重層次分析、模糊綜合評價分析三個計算模塊的綜合安全評價模型；S2.1數(shù)據(jù)錄入及預(yù)處理模塊對定量指標(biāo)進行一致化、歸一化和無量綱化處理，將極小型指標(biāo)、居中型指標(biāo)和區(qū)間型指標(biāo)轉(zhuǎn)化為極大型指標(biāo)：極小型轉(zhuǎn)化：或xj′＝Mj-xj，其中居中型轉(zhuǎn)化：其中Mj＝max{xij}，mj＝min{xij}；區(qū)間型轉(zhuǎn)化：其中[a，b]為x的最佳穩(wěn)定區(qū)間，c＝max{a-m，M-b}，M和m分別為x可能取值的最大值和最小值；對定性指標(biāo)進行量化處理，按照相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)，從優(yōu)到差分成A、B、C、D、E不同的等級，構(gòu)造模糊隸屬函數(shù)的連續(xù)量化方法，取偏大型柯西分布和對數(shù)函數(shù)作為隸屬函數(shù)：其中α、β、a、b為待定常數(shù)；采用標(biāo)準(zhǔn)差法將評價指標(biāo)無量綱化：令其中xij為標(biāo)準(zhǔn)觀測值，S2.2指標(biāo)權(quán)重層次分析模塊采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，在確定目標(biāo)集O和評價指標(biāo)集G的前提下，將指標(biāo)集中的評價指標(biāo)兩兩比較求得相應(yīng)最重要的判斷矩陣[gij]n×n，以gij∈G(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n)表示評價指標(biāo)，gij表示gi對gj的相對重要性數(shù)值；通過評價指標(biāo)兩兩比較可得到判斷矩陣U：求解U×A＝λmax×A，計算判斷矩陣U的最大特征值λmax，其所對應(yīng)的單位特征向量A即為所要確定的各指標(biāo)權(quán)重向量ω，單位特征向量A各向量即為各評價指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，記為ω＝(ω1，ω2，ω3，...，ωn)；S2.3模糊綜合評價分析模塊首先進行單層次模糊評價，設(shè)因素集U＝{u1，u2，...，un}，評價集V＝{v1，v2，...，vn}，對因素集U中的ui(i＝1，2，...，n)作單因素評判，考慮到對決策評價集V的隸屬度，第i個因素的單因素評判集為ri＝(ri1，ri2，...，rim)；根據(jù)n個因素的評判集，形成總判斷矩陣R，代表因素集U到評價集V的模糊關(guān)系，可表示為R＝[rij]n×m的n×m階矩陣：通過模糊變換進行綜合評判：利用加權(quán)平均法，按照普通矩陣乘法符號計算bi：采用多層次模糊綜合評價法，針對各因素子集，利用單層次評價模型得出模糊綜合判斷總矩陣：設(shè)U1，U2，...，Uk的權(quán)向量為ω，ω＝(ω1，ω2，ω3，...，ωk)，且滿足構(gòu)建模糊綜合評價模型：由最低層向上層逐層評判，得到目標(biāo)層的模糊綜合評價值；根據(jù)最大隸屬度原則，若bj＝max(b1，b2，...，bn)，則待評價水源地的綜合安全級別應(yīng)評價為第j類。步驟S1中，所述的自然屬性指標(biāo)包括水質(zhì)情況、水生生物、水文及形態(tài)學(xué)；所述的水質(zhì)狀況包括水質(zhì)達標(biāo)率、新型污染物和綜合污染指數(shù)；所述的水生生物包括魚類、底棲動物、浮游生物和浮游植物；所述的社會屬性包括供水規(guī)模、防洪能力和環(huán)境風(fēng)險；所述的環(huán)境風(fēng)險包括固定污染風(fēng)險源、移動污染風(fēng)險源和應(yīng)急能力。步驟S2.2中，對判斷矩陣U進行一致性檢驗：其中，CR為判斷矩陣U的隨機一致性比率，CI為判斷矩陣U的一般一致性指標(biāo)，RI為判斷矩陣U的平均隨機一致性指標(biāo)；CR＜0.1時，即可認(rèn)為判斷矩陣U具有滿意的一致性；說明權(quán)重合理；否則，調(diào)整判斷矩陣U，直至出現(xiàn)滿意的一致性。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種河流型水源地綜合安全評價方法，從河流型水源地健康、安全、服務(wù)角度出發(fā)，統(tǒng)籌考慮水源地水質(zhì)、水文、水生態(tài)、防洪、開發(fā)利用、環(huán)境風(fēng)險等多方面影響，通過層次分析、模糊評價結(jié)合定性和定量分析，構(gòu)建綜合評價模型對河流型水源地安全狀況進行綜合評判，有利于避免主觀判斷的不確定性，實現(xiàn)多源影響因子量化評估，為保障河流型飲用水源地安全提供技術(shù)支持。附圖說明圖1為河道型水源地綜合安全評價模型流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。目前水源地安全評價基礎(chǔ)指標(biāo)大多集中于水質(zhì)安全、水量安全、水生態(tài)系統(tǒng)安全等方面，忽視了水源地的自然屬性、社會服務(wù)屬性和管理需求，具有一定的局限性。本發(fā)明針對河流型水源地安全影響因素數(shù)量眾多、類型復(fù)雜、差異明顯的特點，提出了一種河流型水源地綜合安全評價方法。本發(fā)明根據(jù)河流型集中式飲用水源地的管理需求和服務(wù)需求，從整體出發(fā)，確定維系水源地自身生態(tài)系統(tǒng)健康的自然屬性指標(biāo)和水源地服務(wù)于人類社會可持續(xù)發(fā)展的社會服務(wù)屬性指標(biāo)，在構(gòu)建水源地綜合安全評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，基于多因素層次分析和模糊關(guān)系分析原理建立一個包含數(shù)據(jù)錄入及預(yù)處理、指標(biāo)權(quán)重層次分析和模糊綜合評價分析三個模塊組成的多層次水源地綜合安全評價指標(biāo)評價模型。如圖1所示，一種河流型水源地綜合安全評價方法，包括如下步驟：1、建立水源地綜合安全評價指標(biāo)體系根據(jù)河流型集中式飲用水源地的管理需求和服務(wù)需求，從整體出發(fā)，分析維系水源地自身生態(tài)系統(tǒng)健康的自然屬性指標(biāo)和水源地服務(wù)于人類社會可持續(xù)發(fā)展的社會服務(wù)屬性指標(biāo)。其中，自然屬性指標(biāo)主要包括水源地水質(zhì)、水生態(tài)健康、自然形態(tài)、水文狀況等指標(biāo)，社會服務(wù)屬性指標(biāo)主要包括供水、防洪、岸線開發(fā)利用等滿足人類需求的指標(biāo)。指標(biāo)篩選遵循系統(tǒng)性、全面性、層次性、科學(xué)性、實用性、可操作性的原則。以長江江蘇段沿江八市集中式飲用水源地為例，遵循上述篩選原則得到綜合評價指標(biāo)如表1所示。自然屬性指標(biāo)包括水質(zhì)情況、水生生物、水文及形態(tài)學(xué)；水質(zhì)狀況包括水質(zhì)達標(biāo)率、新型污染物和綜合污染指數(shù)；水生生物包括魚類、底棲動物、浮游生物和浮游植物；所述的社會屬性包括供水規(guī)模、防洪能力和環(huán)境風(fēng)險；環(huán)境風(fēng)險包括固定污染風(fēng)險源、移動污染風(fēng)險源和應(yīng)急能力。2、建立水源地綜合安全評價模型基于建立的水源地綜合安全評價指標(biāo)體系，采用層次分析法和模糊綜合評價法建立一個包含指標(biāo)錄入及預(yù)處理、指標(biāo)權(quán)重層次分析、模糊綜合評價分析三個計算模塊的綜合安全評價模型。(1)數(shù)據(jù)錄入及預(yù)處理模塊對定量指標(biāo)進行一致化、歸一化和無量綱化處理，將極小型指標(biāo)、居中型指標(biāo)和區(qū)間型指標(biāo)轉(zhuǎn)化為極大型指標(biāo)：極小型轉(zhuǎn)化：或xj′＝Mj-xj，其中居中型轉(zhuǎn)化：其中Mj＝max{xij}，mj＝min{xij}；區(qū)間型轉(zhuǎn)化：其中[a，b]為x的最佳穩(wěn)定區(qū)間，c＝max{a-m，M-b}，M和m分別為x可能取值的最大值和最小值。對定性指標(biāo)進行量化處理，按照相應(yīng)評價標(biāo)準(zhǔn)，從優(yōu)到差分成A、B、C、D、E不同的等級，構(gòu)造模糊隸屬函數(shù)的連續(xù)量化方法，取偏大型柯西分布和對數(shù)函數(shù)作為隸屬函數(shù)：其中α、β、a、b為待定常數(shù)。采用標(biāo)準(zhǔn)差法將評價指標(biāo)無量綱化：令其中xij為標(biāo)準(zhǔn)觀測值，(2)指標(biāo)權(quán)重層次分析模塊采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，在確定目標(biāo)集O和評價指標(biāo)集G的前提下，將指標(biāo)集中的評價指標(biāo)兩兩比較求得相應(yīng)最重要的判斷矩陣[gij]n×n，以gij∈G(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，n)表示評價指標(biāo)，gij表示gi對gj的相對重要性數(shù)值(即標(biāo)度)，gij的取值按表2進行。通過評價指標(biāo)兩兩比較可得到判斷矩陣U：求解U×A＝λmax×A，計算判斷矩陣U的最大特征值λmax，其所對應(yīng)的單位特征向量A即為所要確定的各指標(biāo)權(quán)重向量ω，單位特征向量A各向量即為各評價指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重，記為ω＝(ω1，ω2，ω3，...，ωn)。對判斷矩陣U進行一致性檢驗：其中，CR為判斷矩陣U的隨機一致性比率，CI為判斷矩陣U的一般一致性指標(biāo)，RI為判斷矩陣U的平均隨機一致性指標(biāo)；CR＜0.1時，即可認(rèn)為判斷矩陣U具有滿意的一致性(desirableconsistence)，說明權(quán)重合理；否則，調(diào)整判斷矩陣U，直至出現(xiàn)滿意的一致性；(3)模糊綜合評價分析模塊首先進行單層次模糊評價，設(shè)因素集U＝{u1，u2，...，un}，評價集V＝{v1，v2，...，vn}，對因素集U中的ui(i＝1，2，...，n)作單因素評判，考慮到對決策評價集V的隸屬度，第i個因素的單因素評判集為ri＝(ri1，ri2，...，rim)。根據(jù)n個因素的評判集，形成總判斷矩陣R，代表因素集U到評價集V的模糊關(guān)系，可表示為R＝[rij]n×m的n×m階矩陣：通過模糊變換進行綜合評判：利用加權(quán)平均法，按照普通矩陣乘法符號計算bi：采用多層次模糊綜合評價法，針對各因素子集，利用單層次評價模型得出模糊綜合判斷總矩陣：設(shè)U1，U2，...，Uk的權(quán)向量為ω，ω＝(ω1，ω2，ω3，...，ωk)，且滿足構(gòu)建模糊綜合評價模型：由最低層向上層逐層評判，得到目標(biāo)層的模糊綜合評價值。根據(jù)最大隸屬度原則，若bj＝max(b1，b2，...，bn)，則待評價水源地的綜合安全級別應(yīng)評價為第j類。發(fā)明目的和意義：本發(fā)明描述了一種基于多目標(biāo)的河流型水源地綜合安全指標(biāo)評價方法，全面涵蓋了具有自然、社會雙重屬性的水源地安全指標(biāo)，基于多因素層次分析法和模糊關(guān)系評價法，構(gòu)建了由數(shù)據(jù)錄入及預(yù)處理、指標(biāo)權(quán)重層次分析和模糊綜合評價分析三個模塊組成的多層次水源地綜合安全評價指標(biāo)體系和評價模型，有利于實現(xiàn)對河流型水源地全面、準(zhǔn)確、快速的安全評估，為識別水源地安全風(fēng)險、明確水源地安全保護重點、保障水源地供水安全提供技術(shù)指導(dǎo)，具有重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。本發(fā)明的描述和應(yīng)用實例是說明性的，發(fā)明使用范圍并非限制在上述實施例中。本發(fā)明專利使用人員及本領(lǐng)域技術(shù)人員須知曉并執(zhí)行的是，如對本發(fā)明技術(shù)方案的細節(jié)或形式進行的合理修改或替換，均落入本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。表1長江江蘇段沿江八市集中式飲用水源地綜合安全評價指標(biāo)體系表2判斷矩陣標(biāo)度及其含義標(biāo)度gij含義1gi與gj比較具有同等重要性(equally)3gi比gj稍微更具重要性(slightly)5gi比gj明顯更具重要性(significantly)7gi比gj更具強烈重要性(strongly)9gi比gj更具極端重要性(extremely)2，4，6，8分別表示相鄰判斷1-3，3-5，5-7，7-9的中值倒數(shù)gi與gj比較得gij，gj與gi比較得gji＝1/gij當(dāng)前第1頁1 2 3