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1、前 言学 位 论 文集中式饮用水水源地安全预警研究Studies on the Safety Early-Warning System of Centralized Drinking Water Wellhead前 言随着社会经济迅速发展和工业化进程加快，全球水资源和水环境问题日趋严重，江河污染、淡水紧缺、生态环境恶化、水土流失严重，全球50%的水源遭到不同程度污染；世界上有80多个国家，占全世界总人口40%的人面临着用水短缺问题；有10亿人喝不到清洁水，每年有1000多万人死于因饮用污浊水而引发的疾病。由此可见，在许多地区与人类生存息息相关的饮用水水源地的破坏已严重影响人类健康和社会发展，饮
2、用水水源地安全已成为当前必须引起重视的问题。自20世纪70年代开始，随着突发性水环境污染事故的增加与对饮用水水源地安全的日益重视，水安全预警预报方法研究在国际上得到了广泛重视，并且发挥了巨大的社会、经济效益。一些在20世纪50、60年代严重污染的河流，如芝加哥河、泰晤士河、鲁尔河等利用水污染预警系统使水体有了根本性好转。我国预警理论研究最初是从经济循环波动问题入手的，始于20世纪80年代中期，到了20世纪90年代，经济预警的应用领域进一步拓展，不仅在宏观经济领域，而且在微观经济、洪水预报、生态环境等领域也得到了广泛应用，由于受社会经济发展水平的限制，我国对水源及整个供水系统安全重视不够，虽然供
3、水水质监测预警系统的研究和应用在近几年已有所开展，但对饮用水水源地综合预警的研究和应用还几乎是空白。本论文在界定集中式饮用水水源地定义与内涵基础上，提出其预警的基本步骤和系统框架；分析影响饮用水水源地安全的水质恶化、水量不足、生态环境退化、工程运行状况不良、管理应急系统不健全等风险因素，建立相应的评估方法；在提出并遵循集中式饮用水水源地预警指标体系构建原则的基础上，引入水资源-社会经济-生态环境复合系统概念，采用 A古林法构建基于PSR模式的预警指标体系，分析各指标的含义并确定其警限；根据粗糙集（RS）、支持向量机（SVM）和BP基本理论，建立SVM和BP水质预测模型，并利用三者优势互补特征建
4、立RS-SVM和RS-BP水质预测模型；应用权重组合理论将德尔菲层次分析法的主客观权重和熵值理论求出的客观权重组合求出各预警指标组合权重，引入灰色评估和模糊评价基本理论，建立集中式饮用水水源地组合构权-灰色模糊综合预警模型；将风险评估、水质预测模型和综合预警模型应用于高淳县固城湖饮用水水源地预警研究，根据预警结果从保护区划分、保护管理与环境能力建设、应急备用水源地选择及水量保障、应急能力建设等方面研究提出管理保护对策。论文主要创新之处是：（1）应用A古林法实现指标约简优化，研究构建层次分明、逻辑清晰的PSR模式三层递阶结构集中式饮用水水源地预警指标体系；（2）参考国内外水源地先进管理经验，结合
5、国家及一些地方标准和相关规范，通过长江中下游湖库历史资料纵向比较分析和全国其它地方饮用水水源地资料横向比较分析，并融合专家意见确定集中式饮用水水源地预警指标体系各预警指标的警限；（3）考虑水质影响因素复杂性和模糊性，建立支持向量机（SVM）和人工神经网（BP）水质预测模型，并充分利用粗糙集（RS）约简优点，分别耦合SVM和BP的长处，建立RS-SVM和RS-BP水质预测模型；（4）综合应用构权理论、灰色评估理论和模糊综合评价理论，建立集中式饮用水水源地组合构权-灰色模糊综合预警模型，并将其应用于固城湖饮用水水源地进行预警研究。摘 要摘 要饮用水水源地安全关系到人类健康和社会的可持续发展，安全优
6、质的饮用水水源地是城市安全供水的基础，也是社会经济健康发展的必要条件。随着我国经济的快速发展，加之频繁发生的水源地突发性事故，致使区域发展乃至国家安全受到严重威胁，饮用水水源地安全已成为一个全国性问题。本论文对集中式饮用水水源地风险进行评估，构建预警指标体系，建立水质预测模型和综合预警模型，并应用于高淳县固城湖饮用水水源地安全预警研究。论文主要包括以下六方面内容：（1）系统研究集中式饮用水水源地预警相关概念和基本理论，从定义、分类、特征及分级等方面研究水源地突发性事故，界定集中式饮用水水源地定义与内涵并分析其主要特征，分析集中式饮用水水源地预警的内涵，提出饮用水水源地预警的基本步骤和系统框架。
7、（2）从水质恶化、水量不足、生态环境退化、工程运行状况不良、管理应急系统不健全等五个方面，分析影响集中式饮用水水源地安全的主要因素，研究水质评估、富营养化评估、健康评估、干旱评估等风险评估方法。（3）提出并遵循集中式饮用水水源地预警指标体系构建原则，引入水资源-社会经济-生态环境复合系统的概念，应用A古林法实现预警指标的约简优选，建立PSR模式预警指标体系，并分析指标的含义，研究确定指标不同警级的警限。（4）根据粗糙集（RS）、支持向量机（SVM）和人工神经网（BP）的基本理论，建立SVM和BP水质预测模型，并利用三者在处理问题时的优势互补性，建立RS-SVM和RS-BP水质预测模型。（5）引
8、入构权理论、灰色评估理论和模糊综合评价理论，建立饮用水水源地组合构权-灰色模糊综合预警模型。（6）将风险评估、水质预测和综合预警模型应用于固城湖饮用水水源地安全预警，分析预警结果，研究提出科学有效的固城湖饮用水水源地管理保护对策措施。关键词：集中式饮用水水源地，风险评估、安全预警、预警指标体系，水质预测模型，组合构权，灰色模糊综合预警模型III河海大学博士学位论文ABSTRACTSafety of drinking water wellhead relates to peoples health and sustainable development of economy and societ
9、y. Safe and high quality drinking water wellhead is the basis for urban water supply and necessity for healthy development of economy and society. With the rapid economic-social development and industrialization expansion, the accident events concurrent frequently which threats regional development,
10、 national security and human survival seriously, and safety of drinking water wellhead has become a national issue. Risk assessment methods are studied and the early-warning index system is established, while the water quality prediciton model and the comprehensive early-warning model are eatablishe
11、d, which are applied to the Gucheng Lake centralized drinking water wellhead. The study mainly includes the following six contents: Firstly, the concepts related and the theoretical bases are studied detailedly for early-warning of centralized drinking water wellhead. The definition, classification,
12、 characteristics and grades of the accident events are discussed. The characteristics of the centralized drinking water wellhead are analyzed after confirming the definition and connotation. The basic steps and system framework of early-warning for centralized drinking water wellhead are put forward
13、.Secondly, the main factors affecting analyzing centralized drinking water wellhead are analyzed, such as water quality deterioration, water shortage, ecological environment degradation, engineering operating in poor condition, management and emergency response system is not perfect. Risk assessment
14、 methods are studied for water quality assessment, eutrophication assessment, health assessment and drought assessment.Thirdly, introducing the water resources society and economy ecological environment complex system concept and following the principles put forward, the early-warning index system i
15、s established under PSR model through AGulin analysis to identify targets and screening. The definition and warning limits of indices are analyzed.Fourthly, SVM and BP water quality prediction model are established following the basic theories for rough set (RS), support vector machine (SVM) and art
16、ificial neural network (BP). RS-SVM and RS-BP water quality prediction model are established combining with the complementary nature.Fifthly, Combination weight-gray fuzzy comprehensive early-warning model is establishe introducing the weight combination theory, gray assessment theory and fuzzy comprehensive evaluation theory. At last, Risk assessment methods, water quality prediction models and comprehensive early-war
