水质评价模型1
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。
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我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： B 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）：浙江同济科技职业学院
参赛队员 (打印并签名) ：1. 吴泓学
2. 章鹏飞
3. 胡玉兰
指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：数学建模教学组
日期： 2012 年 07 月 11 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
编号专用页
赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
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）：
水质评价模型
摘要：近年来，随着工农业污水的的排放，已经严重威胁到水质的标准，水质
的状况也在逐年变化，本文依据水质分级标准，利用层次分析法和模糊层次分析法对某村的四口水井的水质情况作出了综合评价，并根据四口水井的水质来分析结果，对该地的居民如何健康用水和保护水资源提出一些针对性意见和建议。
针对问题一（1）方法一在分析各项水质监测数据的基础上，不难发现每项数据对水质的影响程度不同，分析各项指标对水质的影响程度，我们选取溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮等四项主要指标，采用层次分析法，分层比较、综合优化、合理排序，得到四井的水井排序为北井>南井>西井>东井。
（2）方法二通过对这四口井的水质情况(四个主要因子)分析，引入模糊数学理论中的隶属函数和隶属度来刻画水质分级界限，根据各污染因子对水质的影响差异确定其
权重，建立模糊综合评价模型，利用M()+
?,模型计算得到四口水井综合评价值及排序为
北井>南井>西井>东井。
（3）方法三考虑到水质类别差异对综合评价指标系数的影响，构造“EXCEL-VBA 决策模型”，对属于不同水质类别的同种污染指标进行“系数分析”，然后建立基于逼近理想点排序法的水质综合评价模型，得到了四口水井水质的综合评价值及排序为西井>东井>南井>北井。
针对问题二首先在模糊数学理论的基础上，通过对这四口井的水质数据分析，我们选取溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮等四项主要指标来刻画水质分级界限，根据各污染因子对水质的影响,用比较评分法确定其评价矩阵，采用最大隶属度和极差值法原则相结合的原则，运用矩阵分析的方法建立了水质模糊综合评价模型,从而进行了水质多指标的综合评价，确定水质级别。
针对问题三在问题一，问题二模型建立的基础上，对数据的综合分析比较之下，依据四口水井水质的优劣，提出比较针对性的意见和建议，推行健康用水，倡导保护水资源，实现人类社会的可持续发展。
关键词：层次分析水质模糊综合评价模型隶属函数 EXCEL-VBA决策模型
一、问题的重述
某村内有各相距500米以上的四口水井，分别位于村东、村西、村南和村北，由于农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染，水质监测资料如表1所示.
表1：水质监测数据
2011年10月15日某村井水水质监测数据
报告编号：商水监/ SM089-2009 监测日期：2011.10.15
2011 年10月15日某村井水水质监测数据
报告编号：商水监/ SM089-2009 监测日期：2011.10.15
所需要解决的问题：
（1）请用2种以上的数学方法（例如层次分析法，模糊层次分析法）对该村的四个井水
的水质进行排序，并比较是否由于方法的不同导致存在着异，以及差异产生的原因。
（2）请对该村的四个井的地表水分别进行水质等级判断（模糊综合评价包含隶属度）。
（水质分级标准参考附表1，或自己查有关资料）
（3）请结合你们的计算结果给该村村民写一篇关于健康用水和保护水源方法的短文。
二、问题的分析
本题要求我们根据PH 、溶解氧、总硬度、-
24SO 、Cl - 、铁、铜、锌、挥发酚、高
锰酸盐指数、化学需氧量、总磷、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、氟化物、氰化物、汞、砷、镉、六价铬、铅、粪大肠菌群等24项水质监测数据对该村的四个井水的水质进行排序，由于监测的数据之多且不容易进行分析比较，因此我们权衡24项指标的数据，选择了对水质标准影响最大的四种——溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮，以对四井的水质进行综合分析评价。
2.1 问题（1）的分析 方法一
解决该问题（1）我们根据四项监测值如图，可以发现评价指标有定性，也有定量的，是一个定性与定量向结合的综合评价选优排序问题，可以采用层次分析法进行分析决策。
表10-1 四项监测值数据表
通过构造比较矩阵，并运用MATLAB 程序求出矩阵的最大特征根，以特征根法确定相对权重向量，最后通过一致性检验——根据一致性指标1
max --=
n n
CI λ,将其与同阶的
随机一致性指标RI （实际经验给定）如表 之比得到的一致性比率指标RI
CI
CR =再与0.1进行比较：
（1）1.0 表10-2 随机一致性指标 的数值 方法二: 我们对这四口井的水质情况(四个主要因子)分析，建立两个水质评价表，其中一张是四口井的实际数值，另一张是水质评价标准。然后通过建立模糊综合评价模型求解， 得到其四口水井综合评价值，根据综合评价值进行排序。 方法三 根据题意，采用“EXCEL-VBA 决策模型” 建立基于逼近理想点排序法的水质综合评价模型。 2.2 问题（2）的分析 该村四口水井的水质受到多种微量元素的影响，以及水质等级的评价标准界限促使问题评价带有模糊性和主观性，解决该问题，我们采用模糊综合评价使结果尽量客观从而取得更佳的评价结果。 表10-3 水质分级标准表 2.3 问题（3）的分析 在问题一、问题二的模型基础上，通过对数据的分析比较为该村居民健康用水和保护水源提出合理的意见和建议。 三、模型的假设 （1）村东，村南，村西，村北水井的水质在测量时不相互影响，各自独立。 （2）问题中所给出的数据真实，能客观的反映水井的现实情况。 （3）数据测量期间忽略外界干扰因素，并保证该期间不出现降水情况。 四、符号的说明 :Z 目标层——水质的综合评价； :A 准则层——溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮； :B 方案层——该村参评的四口水井(东井、南井、西井、北井) :max λ最大特征根 :)(i w i =1，…n max λ对应的特征向量； :i a A 层的层次排序权值；:nj b B 层的层次排序权值 ():i u μ隶属函数 五、模型的建立与求解 5.1 问题（1） 5.1.1 层次分析法 （1） 建立水质综合评价层次结构图 根据题意，依据溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮等四项指标确定目标层Z 、准则层A 、和方案层B 。 第一层为目标层：水质的综合评价； 第二层为准则层：评价水质的四个重要指标，依次为溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮； 第三层为方案层：该村参评的四口水井； 如图所示： 图1 水质评价层次结构图 目标层Z ……………………………………………… 准则层A ……………… 方案层B ……………… （2） 确立准则层A 对目标层Z 的权重向量，构造准则层对目标层的两两比较矩阵（为 了直观，我们以表格代替矩阵）如下表： 表10-4 比较矩阵 A 溶解氧 化学需氧量 总磷 氨氮 东井 南井 西井 北井 1B 2B 3B 4 B 1A 3 A 4 A 2A 水质的综合评价 根据MATLAB 程序（附录二）可得到最大特征根及对应的归一化特征向量分别是 4max =λ ;)1475.0,3525.0,1475.0,3525.0()0(T w = 一致性指标03 44 40=--= CI 随机一致性指标9.00=RI 一致性比率1.009.00 000 <===RI CI CR ；通过一致性检验，则)1(w 可作为准则层A 对目标层Z 的权重向量。 （3） 确定方案层对准则层的相对权重关系。 表10-5 比较矩阵 A A A A A 同理可得： 4max =λ ;)5459.0,1351.0,3177.0,0013.0()1(T w = 1.009.00111 <===RI CI CR 通过一致性检验 表10-6 比较矩阵 A A A A A A 同理可得： 4max =λ ;)4850.0,4850.0,0015.0,0015.0()2(T w = 1.009 .00222 <===RI CI CR 通过一致性检验 表10-7 比较矩阵 同理可得： 4max =λ ;)6142.0,3042.0,0408.0,0408.0()3(T w = 1.009.00 333 <===RI CI CR 通过一致性检验 A A A A 表10-8 比较矩阵 A A A A A A A A A 同理可得： 4max =λ ;)35235.0,35235.0,0781.0,2172.0() 4(T w = 1.009.00 4 4 4<=== RI CI CR 通过一致性检验 在对监测数据分析，计算，检验的基础上，经层次单排序得到图 图2水质评赋权价层次结构图 溶解度 1 A 化学需氧量 2 A 总磷 氨氮 3 A 4 A 0.3525 0.1475 0.3525 0.1475 0.0013 0.3177 0.1351 0.5459 0.0015 0.0015 0.4850 0.4850 0.0408 0.0408 0.3042 0.6142 0.2172 0.0781 0.35235 0.35235 西井 南井 北井 2 B 3 B 4 B 东井 1 B 水质综合评价Z （4）确定方案层对目标层的组合权重向量，计算按表10-9所示方式进行，即： ∑==m j j ij i a b b 1 ，i =1,…，n. ，进行综合排序： 表10-9方案层层次总排序算法 方案层层次总排序权值的计算如下表所示： 表10-10 方案层层次总排序权值 一致性的检验：1.00)()(1 1<== ∑∑==j m j m j j a j RI a j CI CR ，则层次总排序结果具有较满意的一致性 并接受该分析结果，得出四口水井的水质排序：4B >2B >3B >1B . 方法二 5.1.2 模糊综合评价 （1）根据水质主要因子建立因素集 评价因子集合为U={4321,,,u u u u }，其中1u 为溶解氧，2u 为化学需氧量，3u 为总磷 ， 4u 为氨氮，具体内容如表10-11所示。 表10-11 各水井方案的评价标准 （2）确定四个井水方案集 问题方案集为V={4321,,,v v v v },其中1v ，2v ，3v ，4v 分别为东井，南井，西井，北井4个水井。如表10-12所示。 表10-12 水井方案评价指标数据 （3）模糊评价矩阵 建立隶属函数，用模糊矩阵R=（ij r ）44?表示，由表2可以看出，各因素的对应关系比较明显，在区间上均为线性函数，具体函数如下： ① 溶解氧的隶属函数为 0, 21≤μ; ()=1u μ 2 5.72 1--u , ;5.721<<μ 1, 5.71≥μ ② 化学需氧量的隶属函数为 1， 152≤μ； ()=2u μ 15 4015 12--- u ;40152<<μ 0 402≥μ； ③ 总磷的隶属函数为 1 ， 02.03≤μ； ()=3u μ 02 .04.002 .013--- u ;4.002.03<<μ 0, ;4.03≥μ ④ 氨氮的隶属函数为 1, 15.04≤μ ()=4u μ 15 .0215 .014--- u ;215.04<<μ 0, ;24≥μ 将表10-12调查数据分别代入各隶属函数，（附录三）得到各个水井的隶属度，可得到综合评价矩阵为： ??=0005636.0R 16579.018 .0 00 08909.0 ???? ???19737.019455.0 （4）根据影响的水质的主因的因素，确定其模糊权向量 上述4个因素权向量为(3.0~=ω 25.0 2.0 )25.0 （5）综合评价计算 利用 M () +?,模型，由 ij i i j r w b ∑==4 1 ， () 4,3,2,1及计算得 (),0.9784 0.2673 716,0.1691,0.8~=B 归一化处理得()4279,0.1169,0. ,0.3812 0.0740~ =B ，由计算结果可得出：4ν>2v >3ν>1ν 。 方法三 5.3 EXCEL-VBA 决策模型 综合分析各项指标的数据，利用EXCE 内置程序对评价对象的各水质指标均找出其价值比重，设成水质综和评价的重要系数，分别计算每一个评价对象（即水井）对于24种水质影响因数的影响值总和，影响值总和越小水质越好，从得到水质的排序。 计算结果如图所示 图3 水质综合评价模型图 水质综合评价模型 评价因素 pH 值 溶解氧 总硬 度 SO ４2- cl- 铁 锰 铜 锌 挥 发 酚 高猛酸指数 化学氧化物 重要性比重 0.1 0.2 2E-04 0.02 0.0 1 0.15 0.15 0 0.01 0.0 1 0.01 0.02 东井 1. 9 0.19 350 183 169 0.08 0.17 0 0.15 0.0 06 23.8 51.4 6.95306 西井 1. 34 0.16 327 138 160 0.11 0.19 0 0.15 0.0 03 16.2 65.1 6.101 93 南井 0.49 0.15 6 524 232 162 0.07 0.2 0 0. 27 0 1.9 10 6.707 2 北井 0.15 0.13 8 1020 209 312 1.08 0.65 0 0. 19 0 1.7 10 8.025 评价因素 总磷 硝酸盐氮 亚硝酸盐氮 氮 氧 氟 化 物 氰化物 汞 砷 镉 六价铬 铅 粪大肠菌群 重要性比重 0.1 0.03 0.03 0.03 0.0 1 0.01 0.01 0 0 0.0 02 0.01 0.000 2 东井 1 1 1 1 1 0 0 0 10 1.4 0 900 0.412 .7 8 92728 西井 2 2 2 2 2 0 0 0 13 1.7 2 0 1805 0.412 92728 南井 3 3 3 3 3 0 0 0 . 3 0.05 0.5 3 0 600 0.7220988 北井 4 5 6 7 8 0 0 0 0 2.1 8 0 968 1.2179712 综合评价结果 东井 7.365987 西井 6.514857 南井 7.429299 北井 9.242971 由图表可知:西井>东井>南井>北井 5.3 三种模型的比较及原因的分析： 模型一的建立是利用了层次分析法对该村四口水井的水质进行优劣评价，并依据水质作出排序。该模型建立过程中我们通过构造比较矩阵，并以MATLAB 程序计算特征根，用特征根法确定相对权重向量，并对水质指标进行一致性检验，得出了组合权重向量，实现了对水质的优劣排序。但是该模型在构造比较矩阵时，其矩阵的成立带有主观性，这就造成了整个模型建立过程中的偏差的产生，以致最后结果也带有一定的偏差性 模型二的建立是依据模糊层次分析法，由于水质的评价是多层次，多目标、多因素控制的复杂模糊系统，采用模糊层次分析法较好的利用这一点，但正因为数据本身对解决本题存在模糊概念，致使最终得到的结果带有一定的出入性。 模型三的建立是根据EXCEL 内置的程序所给出的水质综合评价模型，也因题本身数据的模糊性，导致最终结果与模型一二的出入较大。因此，综合上述三种模型，通过对三种模型的分析比较，其评价结果是由建立模型过程中所利用的评价模型方法的各自的优缺点所造成的，但这不影响我们队模型的选择。 5.3 问题(2)：水质评价等级判断（水质模糊综合评价模型） （1） 建立因数集 依据各井将其分为四类及每类得指标分别如下所示： U={}4321,,,U U U U , 1U ={}4321,,,u u u u ，2U ={}4321,,,u u u u ， 3=U {}4321,,,u u u u , =4U {}4321,,,u u u u ,其中1U 为东井，为南井2U ， 为北井为西井，43U U 。 4321,,,u u u u 分别为溶解氧，化学需氧量，总磷，氨氮。 （2） 确定评价集 V={}54321,,,,v v v v v ,其中1v ，2v ，3v ，4v ，分别为Ⅰ类，Ⅱ类，Ⅲ类，Ⅳ类，Ⅴ类。 （3） 建立模糊评价矩阵 通过三个成员组成评判小组（根据表10-11，表10-12数据，进行打分或投票），得评价矩阵为： =1R ??11.011.012.013.0 13.012.013.012.0 16.017.015.037.0 23.021.022.018.0 ???? ???37.039.038.02.0 =2R ??36.013.035.02.0 23.029.025.035.0 2.028.02.022.0 11.014.01.011.0 ???? ???1.016.01.012.0 =3R ??06.01.009.031.0 12.011.011.027.0 23.022.023.02.0 25.021.022.01.0 ???? ???34.036.035.012.0 =4R ??36.029.031.023.0 24.028.030.034.0 23.025.021.021.0 1.012.012.01.0???? ?? ?07.006.007.012.0 （4） 确定评价指标的模糊向量（利用极差法求权重见附录四）为 1~w =()0.2476 0.2667 0.2476 0.2381 =2 ~w ()0.2857 0.1758 0.2747 0.2637 =3~w ()0.2772 0.2574 0.2574 0.2079 =4 ~w ()0.2900 0.2300 0.2400 0.2400 （5） 采用M ()∨∧,模型()(){}()m j r w r w b ij i n i ij i n i j ,,.2,1,min max 11 ???==∧∨=≤≤=进行综合评价计 算（见附录五），可得 =1~ B ()0.2667 0.2300 0.2381 0.1300 0.1300 2~ B =()0.1600 0.1400 0.2200 0.2637 0.2857 =3~ B ()0.2772 0.2500 0.2300 0.2022 0.2079 =4~ B ()0.1200 0.1200 0.2300 0.2400 0.2900 按最大隶属度原则，可以得出东井水质等级为五类，南井水质等级为I 类，西井水 质等级为五类，北井水质等级为I 类。 5.3 问题（3） 健康用水和保护水源 一、健康用水 综合上述模型的分析评价，发现北井的水质最好，而东井的水质最差。因此我们建议村民们根据各口水井的水质指标含量状况建立优化取水方案，具有针对性的对四口水井进行合理分配用水，以使水资源得到充分合理的利用。例如，依据每一口水井中含微量元素的不同将其分为生活用水和农业用水，或者可以针对四处水井的水质改善其周边环境，利用周边生态环境净化水源，同时提高当地居民的健康用水意识，确保居民健康用水。 二、保护水源 1.总体思路 坚持以科学发展观为指导，坚持以小流域污染综合防治为重点，依靠科技进步，完善环境法制，强化监管制度，综合运用法律、经济、技术、宣传和必要的行政手段解决水源地保护问题。大力发展循环水务，建设资源节约型、环境友好型社会，确保水源地水质安全，让群众喝上干净的水。 2.水源地保护原则 污染 治 理与经济发展协调，统筹规划、突出重点。在全面普查饮用水水源地状况的基础上，制定水资源地保护规划方案。坚持节约、清洁、可持续发展，在发展中落实保护，在保护中促进发展，实现可持续的科学发展观。 防治 并 重，建管并举。坚持以预防为主，综合治理，运用法律、行政、科学技术和宣传教育等手段，注重对水资源源头的控制，强化生态管理，全过程，全方位防治污染，解决水源地保护问题。 统筹污染源与水源地管理、地表水与地下水管理，统筹区域与流域管理，污水治理与再生水回用，统筹法律、制度与机制建设，因地制宜，分步分类实施。 三、措施建议: “水是生命之源”水资源的合理利用与分配将为人们的生产生活制造更多的财富价值，真正达到自然与人类社会的可持续发展。这就要求： 1、加强宣传与教育，提高人们节约用水，保护用水的意识，强化人们合理利用水资源。 2、综合治理，防治结合 针对各流域的水源综合考虑影响水源的各项因素，在此 基础上对水源进行综合治理。 3、利用生态平衡的原则，加强对流域周边地区生态环境的保护，实施绿化造林，建设生态清洁小流域，利用大自然的净化能力实现生态的平衡，水源的净化。 4、利用现代科学技术提高农业生产领域化肥的清洁指标，尽可能采用绿色化肥保护水资源的同时，保护土地资源。 5.建立健全水源污染应急监测预警体系，提高对突发性事件的应急响应与处置能力，建立和完善水源地保护管理的长效机制，保证水污染的及时处理。 6、建立生态水源保护小队，加强流域垃圾的管理，实施垃圾废物的合理处置。 、 六、模型的评价 6.1.1模型的优点： （1）运用层次分析法，将研究的问题转化成一个系统，再进行综合分析评价，并把定性与定量方法结合起来，处理解决了实际问题，增加了决策的有效性和实用性，同时以层次的形式层层分析，具有一定的简洁性。 （2）由于本题中的数据本身对问题的分析存在一定的模糊概念，采用模糊层次分析法，较好的利用了模糊概念解决了实际问题。 6.1.2模型的缺点: 运用层次分析法，模糊层次分析法，带有一定的主观性和模糊性，通常在解题过程中会出现一定的偏差影响最终结果的产生。 七、参考文献 [1] 杨启帆谈之弈何勇，数学建模.杭州：浙江大学出版社，2006 [2] 薛定语陈阳泉，高等应用数学问题的matlab求解.北京：清华大学出版社，2008 八、附录 附录一 附录二 function mifa%A为比较判断矩阵；ep为精度要求；N为最大迭代次数；m为绝对值最大的特征值；u为对应最大特征值的特征向量。 A=[1 1/5 1/3;5,1,3;3,1/3,1]; N=100; ep=1e-6; n=length(A); u=ones(n,1); index=0; k=0; m1=0; while k<=N v=A*u; m=max(abs(v)); u=v/m if abs(m-m1) index=1; break; end m1=m; k=k+1; end m %特征值 u/norm(u) %特征向量 [vv,ll]=eig(A); %matlab求解的特征值和特征向量 [mm,ii]=max(abs(diag(ll))); m_matlab=mm v_matlab=vv(:,ii) 附录三 x=[5.1 51.4 0.78 10.7;6.4 9 0.15 0.05;6.9 65.1 0.98 13.0;7.2 9 0.03 0.1]'; R=ones(4,4); for j=1:4 if x(1,j)<=2 模糊神经网络的预测算法 ——嘉陵江水质评价 一、案例背景 1、模糊数学简介 模糊数学是用来描述、研究和处理事物所具有的模糊特征的数学，“模糊”是指他的研究对象，而“数学”是指他的研究方法。 模糊数学中最基本的概念是隶属度和模糊隶属度函数。其中，隶属度是指元素μ属于模糊子集f的隶属程度，用μf(u)表示，他是一个在[0,1]之间的数。μf(u)越接近于0，表示μ属于模糊子集f的程度越小；越接近于1，表示μ属于f的程度越大。 模糊隶属度函数是用于定量计算元素隶属度的函数，模糊隶属度函数一般包括三角函数、梯形函数和正态函数。 2、T-S模糊模型 T-S模糊系统是一种自适应能力很强的模糊系统，该模型不仅能自动更新，还能不断修正模糊子集的隶属函数。T-S模糊系统用如下的“if-then”规则形式来定义，在规则为R i 的情况下，模糊推理如下： R i:If x i isA1i,x2isA2i,…x k isA k i then y i =p0i+p1i x+…+p k i x k 其中，A i j为模糊系统的模糊集；P i j(j=1,2,…,k)为模糊参数；y i为根据模糊规则得到的输出，输出部分（即if部分）是模糊的，输出部分（即then部分）是确定的，该模糊推理表示输出为输入的线性组合。 假设对于输入量x=[x1,x2,…,x k]，首先根据模糊规则计算各输入变量Xj的隶属度。 μA i j=exp(-(x j-c i j)/b i j)j=1,2,…,k;i=1,2,…,n式中，C i j，b i j分别为隶属度函数的中心和宽度；k为输入参数数；n为模糊子集数。 将各隶属度进行模糊计算，采用模糊算子为连乘算子。 ωi=μA1j（x1）*μA2j（x2）*…*μA k j i=1,2,…,n 根据模糊计算结果计算模糊型的输出值y i。 Y I=∑n i=1ωi(P i0+P i1x1+…+P i k xk)/ ∑n i=1ωi 3、T-S模糊神经网络模型 T-S模糊神经网络分为输入层、模糊化层、模糊规则计划层和输出层四层。输入层与输入向量X I连接，节点数与输入向量的维数相同。模糊化层采用隶属度函数对输入值进行模 《经济数学模型》结业论文 学 院： 计算机工程学院 班 级： 14级计算机科学与技术2班 学生姓名： 余安琪 学 号： 2014404010218 课程题目： 长江水质的综合评价与预测 完成日期： 2015 年 12 月 12 日 指导教师评语: 成 绩: 教师签名: JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 目录 1、问题的提出 (1) 2、问题的分析 (1) 3、模型假设 (2) 4、符号说明 (2) 5、模型建立 (3) 5.1污染物分指数的计算 (3) 5.2各污染物权重计算 (3) 5.3水质综合污染物指数计算 (5) 5.4污染物浓度计算 (5) 6、模型求解 (7) 7、模型有缺点和改进方向 (15) 8、建议意见.............................................. 错误！未定义书签。 9、总结.................................................. 错误！未定义书签。参考文献................................................. 错误！未定义书签。附录（表1、表2）........................................ 错误！未定义书签。 长江水质的综合评价与预测 摘要 本文针对“长江水质评价和预测”问题,首先概括地介绍了这个问题的立意与背景,建立了一个综合评价模型，提出了水质质量指数概念,把影响水质的因素量化，并利用了模糊数学的层次分析法分析各因素权重,通过做加权平均,得出水质质量分指数量化值，从而对长江水质作出了定量的综合评价,并分析各地区的污染状况。巧妙的建立了一个流速、流量、河长与浓度的关系,从而得出没有污染时,观测点的理想值,并作出对比图像,简单明了的分析出长江主要污染物高锰酸盐和氨氮污染源所在地区。根据灰色系统理论,建立GM(1,1)预测模型,利用长江前十年各等级水质所占河长及百分,预测出各等级水质未来十年所占河长。另外，在模型三的基础上，建立了多元线形回归模型，较好的解决了若未来十年长江干流第IV类和第V类水的比例控制在20%以上，且没有劣V类水，每年需要处理的污水量的问题。 【关键词】:长江水质；水质类型;综合评价与预测;水质模型分类；综合评价灰色预测 定量安全评价方法 定量安全评价方法是运用基于大量的实验结果和广泛的事故资料统计分析获得的指标或规律（数学模型），对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况进行定量的计算，安全评价的结果是一些定量的指标，如事故发生的概率、事故的伤害（或破坏）范围、定量的危险性、事故致因因素的事故关联度或重要度等。 按照安全评价给出的定量结果的类别不同，定量安全评价方法还可以分为概率风险评价法、伤害（或破坏）范围评价法和危险指数评价法。（1）概率风险评价法。是根据事故的基本致因因素的事故发生概率，应用数理统计中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的关联度（或重要度）或整个评价系统的事故发生概率的安全评价方法。故障类型及影响分析、事故树分析、逻辑树分析、概率理论分析、马尔可夫模型分析、模糊矩阵法、统计图表分析法等都可以由基本致因因素的事故发生概率计算整个评价系统的事故发生概率。 （2）伤害（或破坏）范围评价法。是根据事故的数学模型，应用计算数学方法，求取事故对人员的伤害范围或对物体的破坏范围的安全评价方法。液体泄漏模型、气体泄漏模型、气体绝热扩散模型、池火火焰与辐射强度评价模型、火球爆炸伤害模型、爆炸冲击波超压伤害模型、蒸气云爆炸超压破坏模型、毒物泄漏扩散模型和锅炉爆炸伤害ＴＮＴ当量法都属于伤害（或破坏）范围评价法。 （3）危险指数评价法。危险指数评价法应用系统的事故危险指数模型， 根据系统及其物质、设备（设施）和工艺的基本性质和状态，采用推算的办法，逐步给出事故的可能损失、引起事故发生或使事故扩大的设备、事故的危险性以及采取安全措施的有效性的安全评价方法。常用的危险指数评价法有： 道化学公司火灾爆炸危险指数评价法，蒙德火灾爆炸毒性指数评价法，易燃、易爆、有毒重大危险源评价法。 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。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： B 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）：浙江同济科技职业学院 参赛队员 (打印并签名) ：1. 吴泓学 2. 章鹏飞 3. 胡玉兰 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：数学建模教学组 日期： 2012 年 07 月 11 日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 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）： 水质评价模型 摘要：近年来，随着工农业污水的的排放，已经严重威胁到水质的标准，水质 的状况也在逐年变化，本文依据水质分级标准，利用层次分析法和模糊层次分析法对某村的四口水井的水质情况作出了综合评价，并根据四口水井的水质来分析结果，对该地的居民如何健康用水和保护水资源提出一些针对性意见和建议。 针对问题一（1）方法一在分析各项水质监测数据的基础上，不难发现每项数据对水质的影响程度不同，分析各项指标对水质的影响程度，我们选取溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮等四项主要指标，采用层次分析法，分层比较、综合优化、合理排序，得到四井的水井排序为北井>南井>西井>东井。 （2）方法二通过对这四口井的水质情况(四个主要因子)分析，引入模糊数学理论中的隶属函数和隶属度来刻画水质分级界限，根据各污染因子对水质的影响差异确定其 权重，建立模糊综合评价模型，利用M()+ ?,模型计算得到四口水井综合评价值及排序为 北井>南井>西井>东井。 （3）方法三考虑到水质类别差异对综合评价指标系数的影响，构造“EXCEL-VBA 决策模型”，对属于不同水质类别的同种污染指标进行“系数分析”，然后建立基于逼近理想点排序法的水质综合评价模型，得到了四口水井水质的综合评价值及排序为西井>东井>南井>北井。 针对问题二首先在模糊数学理论的基础上，通过对这四口井的水质数据分析，我们选取溶解氧、化学需氧量、总磷、氨氮等四项主要指标来刻画水质分级界限，根据各污染因子对水质的影响,用比较评分法确定其评价矩阵，采用最大隶属度和极差值法原则相结合的原则，运用矩阵分析的方法建立了水质模糊综合评价模型,从而进行了水质多指标的综合评价，确定水质级别。 针对问题三在问题一，问题二模型建立的基础上，对数据的综合分析比较之下，依据四口水井水质的优劣，提出比较针对性的意见和建议，推行健康用水，倡导保护水资源，实现人类社会的可持续发展。 关键词：层次分析水质模糊综合评价模型隶属函数 EXCEL-VBA决策模型 水 利学报SHUILI XUEBAO 2010年7月 第41卷第7期 文章编号：0559-9350（2010）07-0778-08城市饮用水水源地安全评价（Ⅰ）：评价指标和方法 朱党生1，张建永1，程红光2，耿雷华3 （1.水利部水利水电规划设计总院，北京100120；2.北京师范大学环境学院，北京 100875； 3.南京水利科学研究院，江苏南京 210029）摘要：在全国城市饮用水水源地安全保障规划相关成果基础上，提出了城市饮用水水源地安全的概念和内涵。利用层次分析方法构建了城市饮用水水源地安全评价指标体系，从水质、水量、风险及应急能力等方面提出具体评价指标，确定了各指标的含义和计算方法。针对城市饮用水水质安全、水量安全、风险及应急能力状况及城市饮用水源总体状况，给出了定性和定量相结合的评价方法，可为城市饮用水水源地安全评价工作提供重要依据。关键词：城市；饮用水水源地；安全评价；指标；评价方法 中图分类号：TV148文献标识码：A 收稿日期：2009-09-02 基金项目：全国城市饮用水水源地安全保障规划（水利部重大专项） 作者简介：朱党生（1965-），男，江苏泗阳人，教授级高级工程师，博士，主要从事水资源保护和管理研究。E-mail ：shuiku@https://www.wendangku.net/doc/0617341731.html, 1研究背景 水是人类生存和经济社会发展的基本需求。经济社会发展、人口增长和城市化进程加快，对饮用 水安全保障提出了更高的要求。当前，我国城市饮用水水源安全形势仍十分严峻［1］，主要问题有：① 城市供水短缺加剧，随着城镇化率及城镇居民用水量的不断提高，以及局部地区的连续干旱，城市供水短缺给城镇居民生活造成了困难，也影响了城市的整体发展；②水污染严重，目前全国城市水域大部分受到污染，有机污染凸现，水性疾病种类增多，发病率明显升高，严重威胁人民的生命健康；③饮用水突发污染事故增多，应急能力低下，水源地监控体系不健全。城市饮用水安全受到社会高度关注，而城市饮用水水源地安全更是饮用水安全的重中之重［2］ 。对城市饮用水水源地安全状况进行全面合理的评价，是制定城市饮用水安全保障对策措施的依据，也是相关规划措施布局的重要基础。 国外对于饮用水水源地评价的研究主要集中在水质评价以及水源的适宜性评价方面［3］，不同国家采取的评价指标和方法具有不同特点。如欧盟制定的地表水体取水导则，根据水体满足公众饮用的处理水平及取水的适宜度将水体分为3种类别：①经过简单物理处理和消毒就能满足饮用要求的水体；②需常规处理、消毒以满足饮用要求的水体；③需要强化处理才能满足饮用要求的水体［4］。美国国家环保局（USEPA ）选取了饮用水源状况及其生态脆弱性方面的15个指标，用定性分级的方法对水源地进行总体评价［5］。新西兰的饮用水源监测和分级框架草案，通过确定水体水质等级和风险等级，评价饮用水源的适宜性，并说明每种等级对应水体所需的处理水平［6］。我国目前的水源地水质评价工作主要依据有关水质标准，采用单因子法进行评价，也有部分研究采用综合指标评价方法［7］，但总体上侧重水质指标评价［8］，且仅针对具体水源地，对水源水量、风险和应急能力以及城市饮用水源总体安全状况的评价比较薄弱，无法对城市饮用水安全状况进行全面评价。 城市饮用水水源地安全涉及因素复杂，这些因素彼此间相互作用而构成一个系统。在水源地评价中如仅仅关注这一系统的单一侧面，则在水源地规划和管理中将会弱化其它方面的需求。因此，有必要重新审视饮用水水源地安全的内涵，并以此为基础开展水源地安全评价。 1基于安全相似域的风险评估模型 本文从评估实体安全属性的相似性出发,提出安全相似域的概念,并在此基础上建立起一种网络风险评估模型SSD-REM 风险评估模型主要分为评估操作模型和风险分析模型。评估操作模型着重为评估过程建立模型,以指导评估的操作规程,安全评估机构通常都有自己的操作模型以增强评估的可实施性和一致性。风险分析模型可概括为两大类:面向入侵的模型和面向对象的模型。 面向入侵的风险分析模型受技术和规模方面的影响较大,不易规范,但操作性强。面向对象的分析模型规范性强,有利于持续评估的执行,但文档管理工作较多,不便于中小企业的执行。针对上述问题,本文从主机安全特征的相似性及网络主体安全的相关性视角出发,提出基于安全相似域的网络风险评估模型SSD-REM(security-similar-domain based riskevaluation model)。该模型将粗粒度与细粒度评估相结合,既注重宏观上的把握,又不失对网络实体安全状况的个别考察,有助于安全管理员发现保护的重点,提高安全保护策略的针对性和有效性。 SSD-REM模型 SSD-REM模型将静态评估与动态评估相结合,考虑到影响系统安全的三个主要因素,较全面地考察了系统的安全。 定义1评估对象。从风险评估的视角出发, 评估对象是信息系统中信息载体的集合。根据抽象层次的不同,评估对象可分为评估实体、安全相似域和评估网络。 定义2独立风险值。独立风险值是在不考虑评估对象之间相互影响的情形下,对某对象进行评定所得出的风险,记为RS。 定义3综合风险值。综合风险值是在考虑同其发生关联的对象对其安全影响的情况下,对某对象进行评定所得出的风险,记为RI。 独立域风险是在不考虑各评估实体安全关联的情况下,所得相似域的风险。独立网络风险是在不考虑外界威胁及各相似域之间安全关联的情况下,所得的网络风险 评估实体是评估网络的基本组成元素,通常立的主机、服务器等。我们以下面的向量来描述{ID,Ai,RS,RI,P,μ} 式中ID是评估实体标识;Ai为安全相似识;RS为该实体的独立风险值;RI为该实体合风险值;P为该实体的信息保护等级,即信产的重要性度量;属性μ为该实体对其所属的域的隶属 附件：3 生活饮用水一般水质处理器卫生安全与功能评价规范 （征求意见稿） １范围 本规范规定了生活饮用水水质处理器的定义，与水接触材料的卫生要求，卫生安全性与功能性试验及出水水质要求；本规范还规定了水质处理器流量、去除率以及额定产水总量的测定方法。 本规范适用于以市政自来水或符合水源水水质卫生要求的水源水为原水的小型和大型生活饮用水水质处理器。生产纯水的生活饮用水水质处理器另作规定。 ２规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 5749 生活饮用水卫生标准 GB/T 5750 生活饮用水标准检验方法 生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范 生活饮用水化学处理剂卫生安全评价规范 美国NSF/ANSI 53，饮水处理装置-健康作用 美国NSF/ANSI 42，饮水处理装置-感官作用 日本工业标准 S 3201:1999，家用净水器检验方法 ３定义 3.1生活饮用水水质处理器：以市政自来水或符合水源水水质卫生要求的水源水为原水，经过进一步处理，旨在改善饮水水质，去除水中某些有害物质为目的的饮用水水质处理器。 3.2大型水质处理器：是指供团体使用，体积大，不宜搬动的水质处理装置，必须同时符合下列条件： 1、长度或宽度或高度≥200cm； 2、重量≥100kg； 3、一般水质处理器净水流量≥16.7L/min或反渗透（或纳滤）水质处理器净水流量≥3L/min。 3.3净化效果：当水以一定流量经过水质处理器时，水质处理器对特定物质的去除能力，以去除率（%）表示。 3.4额定产水总量：当水以一定流量经过水质处理器，水质处理器对特定物质的去除效果达到给定的去除率时所经过水质处理器的水的总体积，以L或m3表示。 常用水质模型原理 环境一班 110180112 赵晨光 河北工程大学城市建设学院 摘要：随着科技的发展，人类生产获取的物质越来越多，但是伴随着物质的生产，大 量的污染物物质流入环境，其中相当大的一部分污染物质以无机化合物，有机化合物 的形式进入河流。河流被污染后不仅难以紫荆，造成严重的生态环境问题，也给你人 的生产生活带来极大的的危害。对各类水环境污染问题，尤其是河流水污染的水质报 告已成为我国水利、环保部门的重要工作之一。详细阐述了常用河流水质模型及格参 数意义，今儿给从事水环境监测、水环境影响评价等工作者提供借鉴。 摘要：With the development of science and technology, the human production of material is increasing, but with the production of material, a large amount of pollutant substances into the environment, of which a considerable part of the pollutants in inorganic compounds, organic compounds in the form of into the river. River pollution is not only difficult to Chinese redbud, causing serious ecological environment problems, and also give you people's production and life bring great harm. For all kinds of water environmental pollution problems, especially a report on the water quality of river water pollution is become one of the important work of our country's water conservancy, environmental protection department. Expounds the river water quality model is commonly used to pass the parameter meaning, today to engage in water environment monitoring, water environmental impact assessment and other workers. 关键词：河流；水质；模型； 一，水质模型简介 水质模型是用来描述水体中污染物与实践、空间的定量关系，描述物质在水环境的混合、迁移过程的数学方程。根据模型中的变量是否为随机变量、水质模型可分为确定 性水质模型和不确定性水质模型。 二，河流水质模型 全国数学建模竞赛经典赛题解析 第四讲 2005A 长江水质的评价和预测 （定量的综合评价方法） 中国矿业大学 赵国贞 htt//di t/th d2*******ht l 二○四年八月 https://www.wendangku.net/doc/0617341731.html,/thread-219074-1-1.html 二○一四年八月 2014/8/161 版权所有，请勿传播 1、如何读题、解题、寻找题目的突破口？（大声读3遍，细细再读几遍，注意标记有用信息） 2、如何从题目和附件中挖掘有用的信息和思路，出题人、如何从题目和附件中挖掘有用的信息和思路出题人在出题的时候不自然的就把一些他的思路和意图加入到题目和附件中，对我们正确把握题目方向有很大的帮助。、并不是所有的数据都要用到（附件）、并不题目中给 3、并不是所有的数据都要用到（附件2）、并不题目中给出的数据就是我们所有的数据，有些数据需要我们自己查找丰富附件 找和丰富（附件3）。 4、微分方程模型并不难，而在于如何一步步的分析建立 5、数学建模不是套用模型，而是一步步寻找适合模型的过程，不一定非要追求名字好听、华丽和大气的模型，我 们需要追求的是模型的合理性； 6、不论你用了什么模型，记住一定要对模型进行检验，可以从两方面入手，一是改变模型重要参数的数值，评价 模型的稳定性；是寻找新的数据，代入到模型中，检验模型的稳定性；二是寻找新的数据，代入到模型中，检验 模型的普遍适用性； 7、写信、建议书、汇报等一定要认准对象，就像给女朋 信建议书报等定认准对象就像给女 友写情书一样，要用点心。 课程要点 ◆一般综合评价 ◆动态加权综合评价◆赛题解答 ◆赛题总结 附件四 A 生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范 ——一般水质处理器 Sanitary Standard for Hygienic Safety and Function Evaluation on Treatment Devices of Drinking Water —— General Devices 生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范 ——一般水质处理器 Sanitary Standard for Hygienic Safety and Function Evaluation on Treatment Devices of Drinking Water —— General Devices １范围 本规范规定了生活饮用水水质处理器的定义，与水接触材料的卫生要求，卫生安全性与功能性试验及出水水质要求。 本规范适用于以市政自来水或其他集中式供水为水源的家庭和集团用生活饮用水水质处理器。生产纯水的生活饮用水水质处理器另作规定。 ２引用资料 生活饮用水水质卫生规范（2001） 生活饮用水检验方法规范（2001） 生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范（2001） 活性炭净水器（CJ 3023-93） ３定义 生活饮用水水质处理器以市政自来水或其他集中式供水为原水，经过进一步处理，旨在改善饮水水质，去除水中某些有害物质为目的的饮用水水质处理器。。 ４生活饮用水水质处理器与水接触材料卫生要求 生活饮用水水质处理器所用材料必须按照本规范要求进行检验和鉴定，符合要求的产品方可使用。 4.2用于组装生活饮用水水质处理器的材料和直接与饮水接触的成型部件及过滤材料，应按照卫生部《水质处理器中与水接触的材料卫生安全证明文件的规定》提供卫生安全证明文件，否则必须进行浸泡试验。 生活饮用水水质处理器所用材料浸泡试验步骤、浸泡水配制方法和 水质评价问题的数学模型 摘要 本文以某村四个水井因农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染为背景，通过对这四个水井的24个水质监测数据的统计，对四个水井的综合水质进行了细致的分析。 针对问题一：首先从水质监测数据中选取相对有用的五种关键数据（分别为溶解氧，高锰酸盐指数，总磷，氨氮，粪大肠菌群）作为评价因子，对各个水井的各种污染物的检测数据进行无量纲标准化处理得到新数据并列出图表，并对比水质分级标准的三组数据，运用层次分析法建模，并利用MATLAB7.0.1编程求解，最后求得北井的水质最好，南井和东井水质次之，西井水质最差。 此外，我们还运用了逼近于理想值的排序方法，即TOPSIS法，首先确定四个水井水质监测数据中各项指标的正理想值和负理想值，然后求出各个方案与正理想值、负理想值之间的加权欧氏距离，由此得出各评价因子与最优数据指标的接近程度，作为评价水井水质优劣的标准。经计算得出四个水井的综合评价指标值分别为90，73，210，505，可见北井水质最好，南井水质较好，东井水质中等，西井水质最差。 针对问题二：对四个井的地表水进行水质等级判断时，没有明确的界限，因此我们选择在模糊数学中采用隶属函数来描述水质分界，同时采用格贴近度公式，分别求得四个水井与三个水质等级的贴近程度，根椐择近原则，算出西井、东井均属于Ⅲ类，南井属于Ⅱ类，北井属于Ⅰ类。 最后，我们就模型存在的不足之处提出了改进方案，并对优缺点进行了分析。 关键词：层次分析法；TOPSIS法；模糊数学统计算法；水质等级判断。 目录 摘要 (1) 一、问题重述 (3) 二、模型假设 (3) 三、符号说明 (3) 四、问题分析 (4) 4.1问题一的分析 (4) 4.1.1层次分析法 (4) 4.1.2 TOPSIS分析法 (5) 4.1.3 两种方法差异分析 (5) 4.2 问题二的分析 (5) 五、模型的建立和求解 (5) 5.1 问题一求解 (5) 5.1.1各衡量指标数据的无量纲化处理 (5) 5.1.2. 模型一层次分析法 (8) 5.1.3 模型二 TOPSIS分析方法 (11) 5.1.4 两种方法的结果分析 (14) 5.2 问题二：模糊性模型 (14) 5.2.1 建立因素集 (14) 5.2.2 设置偏大型柯西分布隶属函数 (15) 5.2.3 综合指标 (17) 六、模型的评价与推广 (18) 6.1 模型的评价 (18) 6.1.1模型优点 (18) 6.1.2模型缺点 (18) 6.2 模型的推广 (19) 参考文献 (20) 附录 (21) 安全评价的程序、内容、方法 一、安全评价程序 主要包括： 1.前期准备， 2.辨识与分析危险、有害因素 3.划分评价单元 4.定性、定量评价 5.提出安全对策措施建议 6.做出安全评价结论 7.编制安全评价报告 具体程序如图4-l所示 1、前期准备：明确被评价对象，备齐有关安全评价所需的设备、工具，收集国内外相关法律法规、技术标准及工程、系统的技术资料。 2、辨识与分析危险、有害因素：根据被评价对象的具体情况，辨识和分析危险、有害因素，确定危险、有害因素存在的部位、存在的方式和事故发生的途径及其变化的规律。 3、划分评价单元：在辨识和分析危险、有害因素的基础上，划分评价单元。评价单元的划分应科学、合理．便于实施评价、相对独立且具有明显的特征界限。 4、定性、定量评价：根据评价单元的特征，选择合理的评价方法，对评价对象发生事故的可能性及其严重程度进行定性、定量评价。 5、安全对策措施建议：依据危险、有害因素辨识结果与定性、定量评价结果，遵循针对性、技术可行性、经济合理性的原则，提出消除或减弱危险、有害因素的技术和管理措施建议。 6、安全评价结论：根据客观、公正、真实的原则，严谨、明确地做出评价结论。 7、安全评价报告的编制：依据安全评价的结果编制相应的安全评价报告。安全评价报告是安全评价过程的具体体现和概况性总结，是评价对象完善自身安全管理、应用安全技术等方面的重要参考资料；是由第三方出具的技术性咨询文件，可为政府安全生产管理、安全监察部门和行业主管部门等相关单位对评价对象的安全行为进行法律法规、标准、行政规章、规范的符合性判别所用；是评价对象实现安全运行的技术性指导文件。 二、安全评价的内容 安全评价主要内容包括：高度概括评价结果；从风险管理角度给出评价对象在评价时与国家有关安全生产的法律法规、标准、规范的符合性结沦；给出事故发生的可能性和严重程度的预测性结论以及采取安全对策措施后的安全状态等。 《农村饮水安全评价准则》 1、术语和定义 农村饮水安全工程：向县（市）以下（不含县城城区）的乡镇、村庄、学校、农场、林场等居民及分散住户供水的工程，主要满足农村居民日常生活用水需要；又称农村供水工程或村镇供水工程，包括集中供水工程和分散供水工程两类。 集中供水率：某区域农村集中式供水工程与城市供水管网延伸工程供水人口占该区域农村供水总人口的比例。供水人口指某区域农村户籍人口或常住人口，取高值，下同。 自来水普及率：某区域农村集中式供水工程和城市供水管网延伸工程供水到户（含小区或院子，下同）的农村人口占农村供水总人口的比例。 水质达标率：分为水样水质达标率与水样覆盖人口水质达标率两种。水样水质达标率是指水样的所有检测水质指标符合GB5749要求的样本数占总样本数的比例。水质覆盖人口水质达标率是指水样的所有检测水质指标符合GB5749要求的样本对应工程供水人口数占总样本对应工程供水总人口数的比例。 供水保证率：农村居民取得充足安全饮用水的可靠程度。 2、基本规定 2.1农村饮水安全，指农村居民能及时取得足量够用的生活饮用水，且长期饮用不影响人身健康。 2.2农村饮水安全评价指标包括水量、水质、用水方便程度和供水保证率4项。 2.3农村饮水安全评价4项指标全部达标才能评价为安全；4项指标中全部基本达标或基本达标以上才能评价为基本安全，只要有1项未达标或未基本达标，就不能评价为安全或基本安全，农村饮水安全指标评价标准和方法见附录A。 2.4对未实现基本达标要求的评价指标，当地政府及有关部 门应督促指导供水单位采取适宜措施，限期达标。 2.5农村供水工程分类应符合表1的规定。 2.6供水单位应综合采取改造、配套、升级、联网等方式，不断提高农村供水保障水平。 2.7千吨万人供水工程应连续供水，供水入户，水量充足，水质达标；千吨万人以下集中式供水工程宜连续供水，供水入户，水量充足，水质达标或基本达标。 3、指标评价 3.1 水量评价 3.1.1评价内容 水量，包括居民生活饮用水量、散养畜禽用水量、家庭小作坊生产用水量以及居民点公共用水量等，不包括规模化养殖畜禽，二、三产业及牧区牲畜用水量。 3.1.2评价标准和方法 对于年均降水量不低于800mm且年人均水资源量不低于1000m3的地区，水量不低于60L/（人*d）为达标，不低于35L/（人*d）为基本达标；对于年均降水量不足800mm或年人均水资源量不足1000m3的地区，水量不低于40L/（人*d）为达标，不低于20L/（人*d）为基本达标。 对于集中式供水工程的用水户，水量评价应根据工程实际 2008年2月 水 利 学 报 SH UI LI X UE BAO 第39卷 第2期 收稿日期:2007201217 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2006BAB04A09);南京水利科学研究院院基金(Y 50702) 作者简介:陈炼钢(1981-),男,湖南长沙人,硕士,主要从事环境风险评估与管理、环境水力学与水资源保护研究。 E 2mail :lgchen81@https://www.wendangku.net/doc/0617341731.html, 文章编号:055929350(2008)022******* 基于健康风险的水源地水质安全评价 陈炼钢 1,2 ,陈敏建3,丰华丽 1,2 (11南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210029; 21水利部水文水资源工程技术研究中心,江苏南京 210029;31中国水利水电科学研究院,北京 100044) 摘要:将健康风险评价引入水源地水质安全评价中,以致癌风险和危害指数分别反映源水中污染物对人体致癌危害与非致癌慢性毒害的程度。选取我国华东一重要城市的最大水源地进行分析,结果表明,该水源中12种致癌物 质总致癌风险为4176×10-5,其中砷是最主要的致癌污染物,致癌风险为4100×10-5 ;24种污染物总危害指数为 01906,其中位列第一、第二位的是氟化物和砷,其危害指数分别为01393和01207;不同类型污染物健康风险的分析 对比表明,无机污染物是最主要的风险贡献源,应予以重点监控;汛期与非汛期健康风险的对比表明,汛期应为水质重点监控时段,同时应重视面源污染的治理。关键词:水源地;健康风险;水质安全;评价中图分类号:T V21314;X 32211 文献标识码:A 水源地是饮用水安全保障中最重要的一个环节,其水质状况直接关系到供水区人民群众的身体健康。然而,目前主要基于水质标准进行的水源地水质安全评判,并不能直接反映源水水质对人体健康的影响。健康风险评价则将环境污染物与人体健康联系起来,能定量评价特定环境条件下化学或物理因子对人体造成损害的可能性及程度大小,因此有必要在水源地水质安全评价管理工作中引入健康风险评价。本文将从健康风险的角度对水源地水质安全进行评价,并初步探讨水源地水质安全风险管理。 1 健康风险评价基本模型 目前广泛采用的健康风险评价模式是由美国科学院国家研究委员会(U.S.National Research C ouncil of National Academy of Sciences )发展出来的,它由四部分组成:危害鉴定、暴露评价、剂量-效应评价和风 险表征[1] 。 在针对水源地水质进行的健康风险评价中,危害鉴定的目的是找出源水中所含有的污染物及其对饮用人群产生的健康效应,从而确定需要进行健康风险评价的污染物种类。 暴露评价包括测定源水中污染物的浓度,确定饮用人群的范围、性别年龄结构和活动特性,估计人群的饮水率、饮水持续时间等,然后依据上述信息计算饮用人群的暴露剂量。 剂量-效应关系是毒理学中确定有毒有害物质毒性类型和大小的最重要的一种关系,根据暴露历时的长短,污染物对人体的危害可以进一步分为急性危害(暴露历时2周以内,通常针对突发性污染事故短历时高浓度污染排放的情形)、亚慢性危害(暴露历时2周至7年,通常针对突发性污染事故结束后污染物在环境中后期残留的情形)和慢性危害(暴露历时7年至终生,主要针对常规污染状况下污染物长历时低浓度暴露的情形),饮水是人体终生的必需并且水源地源水中污染物浓度通常很低,因此其对 — 532— 水质评价问题的数学模型 水质评价问题的数学模型 摘要 本文以某村四个水井因农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染为背景，通过对这四个水井的24个水质监测数据的统计，对四个水井的综合水质进行了细致的分析。 针对问题一：首先从水质监测数据中选取相对有用的五种关键数据（分别为溶解氧，高锰酸盐指数，总磷，氨氮，粪大肠菌群）作为评价因子，对各个水井的各种污染物的检测数据进行无量纲标准化处理得到新数据并列出图表，并对比水质分级标准的三组数据，运用层次分析法建模，并利用MATLAB7.0.1编程求解，最后求得北井的水质最好，南井和东井水质次之，西井水质最差。 此外，我们还运用了逼近于理想值的排序方法，即TOPSIS法，首先确定四个水井水质监测数据中各项指标的正理想值和负理想值，然后求出各个方案与正理想值、负理想值之间的加权欧氏距离，由此得出各评价因子与最优数据指标的接近程度，作为评价水井水质优劣的标准。经计算得出四个水井的综合评价指标值分别为90，73，210，505，可见北井水质最好，南井水质较好，东井水质中等，西井水质最差。 针对问题二：对四个井的地表水进行水质等级判断时，没有明确的界限，因此我们选择在模糊数学中采用隶属函数来描述水质分界，同时采用格贴近度公式，分别求得四个水井与三个水质等级的贴近程度，根椐择近原则，算出西井、东井均属于Ⅲ类，南井属于Ⅱ类，北井属于Ⅰ类。 最后，我们就模型存在的不足之处提出了改进方案，并对优缺点进行了分析。 关键词：层次分析法；TOPSIS法；模糊数学统计算法；水质等级判断。 目录 摘要 (1) 一、问题重述 (3) 二、模型假设 (3) 三、符号说明 (3) 四、问题分析 (4) 4.1问题一的分析 (4) 4.1.1层次分析法 (5) 4.1.2 TOPSIS分析法 (5) 4.1.3 两种方法差异分析 (5) 4.2 问题二的分析 (5) 五、模型的建立和求解 (6) 5.1 问题一求解 (6) 5.1.1各衡量指标数据的无量纲化处理 (6) 5.1.2. 模型一层次分析法 (8) 5.1.3 模型二TOPSIS分析方法 (12) 5.1.4 两种方法的结果分析 (15) 5.2 问题二：模糊性模型 (15) 5.2.1 建立因素集 (15) 5.2.2 设置偏大型柯西分布隶属函数 (16) 5.2.3 综合指标 (18) 六、模型的评价与推广 (19) 6.1 模型的评价 (19) 6.1.1模型优点 (19) 6.1.2模型缺点 (19) 6.2 模型的推广 (20) 参考文献 (21) 附录 (22) 长江水质的评价和预测 摘要 本文在充分分析数据的基础上，运用了模糊综合评判方法对长江的水质做出了定量的综合评价，建立了一维水质模型对主要污染源进行了分析判定，运用回归分析和灰色预测对长江未来的水质状况进行了预测分析，并求得要控制污染每年所要处理的污水量，最后针对现实情况对如何解决长江水质污染问题提出了三方面建议。 问题一：针对水质评价具有的模糊性，建立了模糊综合评价系统，对17个观测点近两年水质状况进行定量评价，得出综合质量等级和综合质量系数，并据此进行排名，得出水质最好的两个地区是江苏南京林山和湖北丹江口胡家岭，水质最差的两个地区是江西南昌滁槎和四川乐山岷江大桥。并根据综合评价表格（见正文）分析了主要污染地区的主要污染指标。 问题二：由7个干流观测点，可分为6个河段。以河段为对象进行分析。首先建立了一维水质模型得到污染物浓度随河段长度的变化规律，然后将每个河段的污染源等效为中央污染源，根据污染物质量守恒得到排污方程，据此解出每个河段的排污量，求出每千米每月的平均排污量，由此指标的大小确定长江干流排污量最大的区段,即可以确定主要污染源。代入数据计算，发现n C O D M 和3N H N 的主要污染源都在第3个河段，即从湖北宜昌到湖南岳阳那一带。 问题三：我们将长江水分为三类，第Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类为可饮用水，Ⅳ类和Ⅴ类为轻度污染水，劣Ⅴ类为重度污染水，以这三类水的百分比来刻画长江的水质状况，预测长江未来这三类水的百分比。首先综合考虑影响长江水质状况的因素，建立了各类水比重的多元回归模型，然后利用spss 软件的逐步筛选法，剔除次要因素，得到简化的回归模型，得到各类水比重与排污量之间的回归方程。然后由已知的排污量序列，运用灰色预测方法，建立GM(1,1)模型，预测出未来十年的排污量，代入回归方程，求得未来十年三类水的比重（具体结果见正文中表格），发现如果不采取有效措施，长江水质在未来十年将发生严重恶化。 问题四：基于问题三中的线性回归方程，根据条件，建立了线性规划模型，求得每年排污量的上限值为218.18亿吨。再由问题三中预测的未来十年的污水排放量，得出每年应处理的污水量（具体结果见正文）。 问题五：我们从教育、法律、科技这三个方面，针对长江的现状，提出了具体的预防和治理长江污染的措施。 安全评价方法分类 一、安全评价方法分类（熟悉） 1）按评价结果的量化程度分类法 按照安全评价结果的量化程度，安全评价方法可分为定性安全评价法和定量安全评价法。 （1）定性安全评价方法 定性安全评价方法主要是根据经验和直观判断能力对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况进行定性的分析，安全评价的结果是一些定性的指标，如是否达到了某项安全指标、事故类别和导致事故发生的因素等。 属于定性安全评价方法的有安全检查表、专家现场询问观察法、因素图分析法、事故引发和发展分析、作业条件危险性评价法（格雷厄姆—金尼法或LEC法）、故障类型和影响分析、危险可操作性研究等。 （2）定量安全评价方法 定量安全评价方法是运用基于大量的实验结果和广泛的事故资料统计分析获得的指标或规律（数学模型），对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况进行定量的计算，安全评价的结果是一些定量的指标，如事故发生的概率、事故的伤害（或破坏）范围、定量的危险性、事故致因因素的事故关联度或重要度等。 按照安全评价给出的定量结果的类别不同，定量安全评价方法还可以分为概率风险评价法、伤害（或破坏）范围评价法和危险指数评价法： ①概率风险评价法 概率风险评价法是根据事故的基本致因因素的事故发生概率，应用数理统计中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的关联度（或重要度）或整个评价系统的事故发生概率的安全评价方法。故障类型及影响分析、事故树分析、逻辑树分析、概率理论分析、马尔可夫模型分析、模糊矩阵法、统计图表分析法等都可以由基本致因因素的事故发生概率计算整个评价系统的事故发生概率。 ②.伤害（或破坏）范围评价法 伤害（或破坏）范围评价法是根据事故的数学模型，应用计算数学方法，求取事故对人员的伤害范围或对物体的破坏范围的安全评价方法。液体泄漏模型、气体泄漏模型、气体绝热扩散模型、池火火焰与辐射强度评价模型、火球爆炸伤害模型、爆炸冲击波超压伤害模型、蒸气云爆炸超压破坏模型、毒物泄漏扩散模型和锅炉爆炸伤害TNT当量法都属于伤害（或破坏）范围评价法。 ③危险指数评价法 危险指数评价法应用系统的事故危险指数模型，根据系统及其物质、设备（设施）和工艺的的基本性质和状态，采用推算的办法，逐步给出事故的可能损失、引起事故发生或使事故扩大的设备、事故的危险性以及采取安全措施的有效性的安全评价方法。常用的危险指数评价法有：道化学公司火灾爆炸危险指数评价法，蒙德火灾爆炸毒性指数评价法，易燃、易爆、有毒重大危险源评价法。 （2）其他安全评价分类法 按照安全评价的逻辑推理过程，安全评价方法可分为归纳推理评价法和演绎推理评价法。 归纳推理评价法是从事故原因推论结果的评价方法，即从最基本危险、有害因素开始，逐渐分析导致事故发生的直接因素，最终分析到可能的事故。 演绎推理评价法是从结果推论原因的评价方法，即从事故开始，推论导致事故发生的直 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(完整word版)模糊神经网络的预测算法在嘉陵江水质评测中的应用2
长江水质的评价和预测模型确定版
定量安全评价方法
水质评价模型1
城市饮用水水源地安全评价(I)--评价指标和方法
几种信息安全评估模型
生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范
常用水质模型
国赛赛题解析 四 A 长江水质的评价和预测 动态加权综合评价
生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范-一般水质处理器
水质评价与衡量问题地数学模型
(完整版)安全评价的程序、内容、方法
农村饮水安全评价准则
基于健康风险的水源地水质安全评价
水质评价问题的数学模型
长江水质评价与预测数模论文
安全评价的方法分类
水质综合评价的方法