（水文学及水资源专业论文）济南鹊山水库水质风险识别与预警研究.pdf

s t u d y o nw a t e rq u a l i t yr i s ki d e n t i f i c a t i o na n d w a r n i n g i nj i n a nq u e s h a nr e s e r v o i r l if u j i e u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f x uz h e n g - h e at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h e d e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y , 2 0 1 1 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 繁名鑫在， 日期： 垒! ! ：垒：1 2 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 幺开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：奎查墨奎： 导师签名：蚴 日期：逸业马 济南大学硕士学位论文 目录 摘要v a b s t r a c l i v i i 第一章绪论1 1 1 问题的提出1 1 2 国内外相关内容研究动态2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状3 1 3 研究发展趋势5 1 4 本文研究内容及思路5 1 4 1 研究内容5 1 4 2 研究思路6 第二章研究区概况7 2 1 地理位置及自然概况7 2 1 1 地理位置7 2 1 2 地形地貌8 2 1 3 气候气象8 2 2 社会经济概况8 2 2 1 人口概况8 2 2 2 土地利用8 2 2 3 施肥状况9 2 3 水库概况9 2 3 1 水库基本情况9 2 3 2 鹊山水库运行流程9 2 3 3 水源水质影响因子1 1 2 4 小结1 4 第三章鹊山水库水质与风险识别模式1 5 3 1 地表水源水质标准1 5 3 2 水源水质风险源识别1 5 济南鹊山水厍水质风险识别与预警研究 3 2 1 风险源识别方法1 5 3 2 2 基于粗糙集的风险源识别知识简约1 8 3 2 3 属性约简算法改进1 8 3 2 4 水源水质风险源模糊识别2 0 3 3 鹊山水库水质风险识别应用2 2 3 3 1 鹊山水库水源水质风险属性简约2 2 3 3 2 鹊山水库水质风险模糊识别过程2 3 3 4 小结2 8 第四章鹊山水库水质总体安全评价与预警2 9 4 1 预警系统的含义和作用2 9 4 2 安全标准与预警等级3 0 4 2 1 安全标准3 0 4 2 2 预警等级3 1 4 3 模糊综合评价3 1 4 4 指标权重的确定3 3 4 4 1 权重判断准则3 3 4 4 2 群组a h p 法3 4 4 4 3 权重的评定3 6 4 5 模糊关系矩阵的计算3 8 4 5 1 矩阵结构3 8 4 5 2 隶属度函数3 9 4 5 3 评价与预警步骤4 3 4 6 评价与预警实例4 3 4 7 小结4 7 第五章预案制定与应急措施4 9 5 1 鹊山水库水质风险预防措施4 9 5 2 应急保障体系5 0 5 3 鹊山水库水源水质污染事故应急预案5 1 5 3 1 预防管理5 1 i i 济南大学硕士学位论文 5 3 2 处置措施5 1 5 3 3 应急处理基本方法5 3 5 3 4 应急预案编制、管理的措施和要求5 5 5 4 小结5 5 第六章鹊山水库水质风险识别与预警系统5 7 6 1 系统功能5 7 6 2 信息组织5 7 6 2 1 数据库设计5 7 6 2 2 模型库设计6 0 6 2 3 知识库设计6 0 6 3 系统开发与实现6 0 6 4 小结6 l 第七章结论及建议6 3 7 1 结论6 3 7 2 创新点6 4 7 3 建议6 4 参考文献6 7 致谢7 1 附录7 3 u i 济南鹊山水库水质风险识别与预警研究 i v 济南大学硕士学位论文 摘要 山东省是一个人口近九千万的经济大省，人均水资源量仅为全国人均水资源 量的六分之一，水资源紧缺问题已成为社会经济可持续发展的主要制约因素之 一。黄河是山东省的主要客水来源，为适应社会发展需求，缓解水资源供需矛盾，山 东省已陆续兴建引黄平原水库7 0 0 余座，虽然保证了我省引黄区大旱之年供水无 忧，但由于水库的管理不当，引黄水库水质存在许多问题，这些问题威胁着我省 黄河流域供水水质安全。 本文以济南鹊山水库为典型示范区，鹊山水库位于济南市北部地区，黄河北 岸。该水库于1 9 9 9 年5 月投产，占地9 0 0 0 余亩，最大库容为4 6 0 0 万立方米， 死库容6 7 0 万立方米。引用黄河水源，为鹊华制水厂提供水源，设计供水能力 4 0 万m 3 天，实际供水能力4 0 万m 3 天，实际供水约2 3 万m 3 天。目前水库库 存量为3 2 1 9 万m 3 。本文的研究方法是采用基于模糊数学理论的水质风险评价模 式进行水库水质风险评价与风险识别，并综合分析制定应急预案，为黄河下游区 用水安全保障提供支撑。具体研究内容与成果如下： 1 、研究分析济南鹊山水库基本概况。包括地理位置、地形地貌条件、气候 气象条件、鹊山水库的基本工艺流程。收集水库周边地区有关社会、经济的发展 情况，调查和收集当地植被、有效灌溉面积，耕地面积及农作物组成等情况，分 析得出影响鹊山水库水质的主要影响因子，并在此基础上绘制研究区的风险源分 布图。 2 、在调研分析原始监测数据的基础上。采用基于差别矩阵改进算法的属性 约简方法对水库水质指标进行精简，从而客观筛选出几类环境质量综合指标。并 在此基础上建立了基于格贴近度原则的济南鹊山水库水源水质风险识别的模式， 将此模式应用于选取的五个样本，结果与实际吻合较好。 3 、根据鹊山水库饮水安全各项指标，制定了安全标准和预警等级，根据水 源监控信息，建立了以改进群组a h p 法确定权重的基于模糊关系矩阵的济南鹊 山水库水质总体安全评价与预警模式。通过对0 8 、0 9 年五个样本评价安全状况， 判断出其风险级别，对未来的风险提出预警信息，检验的结果与实际情况相符。 4 、在鹊山水库风险识别的基础上，提出了适合鹊山水库的风险预防措施及 v 济南鹊山水厍水质风险识别与预警研究 保障体系。并综合分析水库的基本信息，制定了济南鹊山水库水源水质污染事故 的应急预案，包括预防措施，处置措施和应急处理的基本方法，为鹊山水库的风 险管理提供了依据。 5 、利用计算机技术，综合利用理论模型、实测数据、历史经验和专家知识， 建立了集成风险源识别技术、水流水质在线实时监测与预警技术的济南鹊山水库 水质风险识别与预警系统。 关键词：鹊山水库；风险识别；安全评价与预警；应急预案 v i 济南大学硕上学位论文 a b s t r a c t s h a n d o n gp r o v i n c ei sa l le c o n o m i cp r o v i n c ew i t ht h ep o p u l a t i o no fn e a r l y9 0 m i l l i o n , b u tt h ep e rw a t e rr e s o u r c eo n l yo n es i x t ho ft h en a t i o n a l t h ew a t e rs h o r t a g e p r o b l e mh a sb e c o m et h et h em a i nr e s t r i c t i v ef a c t o r so ft h es o c i a la n de c o n o m i c s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ey e l l o wr i v e ri st h em a i ng u e s tw a t e rs o u r c eo f s h a n d o n gp r o v i n c e i no r d e rt oa d a p tt ot h er e q u i r e m e n t so fs o c i a ld e v e l o p m e n ta n d r e l i e v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n do fw a t e r , s h a n d o n gp r o v i n c e h a sc o n t i n u e dt ob u i l dt h ep l a i nr e s e r v o i ra b o u t7 0 0 ，a l t h o u g hi tg u a r a n t e et h es e a to f d r o u g h ti ny e l l o wr i v e rd i v e r s i o na r e a , b u tb e c a u s et h er e s e r v o i rw a t e rm a n a g e m e n t o fy e l l o wr i v e rd i v e r s i o nr e s e r v o i ra r eu n d e s e r v e d ，t h e r ea r em a n yp r o b l e m sa b o u t t h ew a t e rq u a l i t y t h e s ep r o b l e m st h r e a t e nt h ew a t e rs u p p l ys e c u r i t yf o rw a t e rq u a l i t y i nt h i sw o r k , w et a k eq u e s h a nr e s e r v o i ro fj i n a na sat y p i c a ld e m o n s t r a n t i o np l o t q u e s h a nr e s e r v o i rl o c a t e da tt h ey e l l o wr i v e rn o r t hs h o r ei nj i n a nn o r t h e r na r e a s t h i sr e s e r v o i ro p e r a t i o ni nm 姒19 9 9 ，c o v e r sa na r e ao f9 , 0 0 0a c r e s ，w h i c ht h e m a x i m u mc a p a c i t yi s4 6m i l l i o nc u b i cm e t e r sa n d6 7m i l l i o nc u b i cm e t e r sf o rd e a t h c a p a c i t y i tq u o t e sf r o mt h ey e l l o wr i v e rt op r o v i d i n gw a t e rr e s o u r c ef o rq u e h u a w a t e rp l a n t t h ew a t e rp l a n ts u p p l yc a p a c i t yw a sd e s i g n e do f4 0 0 ，0 0 0m 3o n ed a ya n d t h ea c t u a ls u p p l yc a p a c i t yw a s4 0 0 ，0 0 0m 3o n ed a y , b u tt h ea c t u a lw a t e rs u p p l ya b o u t 2 3 0 ，0 0 0m 3o n ed a y a tp r e s e n tt h er e s e r v o i ri n v e n t o r i e si s3 , 219 0 ，0 0 0m 3 t h i st e x ti s r e s e a r c h e sw i t hw a t e rq u a l i t yr i s ke v a l u t i o nm o d e lb a s e do nt h ef u z z ym a t h e m a t i c a l t h e o r y , e m e r g e n c yp r e p l a ni sm a d ea f t e rs y n t h e s i sa n a l y s i st os u p p o r tt h ew a t e rs a f e t y e n s u r a n c ef o rd o w n s t r e a ma r e ao fy e l l o wr i v e r t h ed e t a i lc o n t e n ta n dr e s e a r c hr e s u l t a r ea sb e l o w ： 1 t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h eb a s i cs i t u a t i o no fq u e s h a nr e s e r v o i r , i n c l u d i n g g e o g r a p h i c a lp o s i t i o n , t o p o g r a p h yc o n d i t i o n ，c l i m a t ea n dm e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ， t h eb a s i cp r o c e s so fq u e s h a nr e s e r v o i r w ec o l l e c t e dt h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no f e c o n o m y , s o c i e t yo fr e l a t e ds u r r o u n d i n ga r e a 8a n di n v e s t i g a t e dt h ep r o p e r t i e so fl o c a l v e g e t a t i o n ，e f f e c t i v ei r r i g a t i o na r e aa n dt h ec u l t i v a t e dl a n da r e aa n dc r o pc o m p o s i t i o n v i i a n a l y s e da n df o u n dt h em a i nf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ew a t e rq u a l i t yo f0 u e s h a n r e s e i v o i r ，a n do nt h i sb a s i sr e n d e r e dt h em a po f r i s ks o u r c ed i s t r i b u t i o n 2 o nt h eb a s i so fs u r v e ya n da n a l y s i st h eo r i g i n a lm o n i t o r i n gd a t a , u s i n gt h e a t t r i b u t er e d u c t i o nb yt h ei m p r o v e da l g o r i t h mo fd i s c e r n i b i l i t ym a t r i xt ot h er e s e r v o i r w a t e rq u a l i t yi n d e x ，t h e ns t r e a m l i n e do b j e c t i v es e v e r a l e n v i r o n m e n t a l l yq u a l i t y c o m p o s i t ei n d e x a n de s t a b l i s ht h eq u e s h a nr e s e r v o i rw a t e r q u a l i t yr i s ki d e n t i f i c a t i o n m o d e lb a s e d0 1 it h ep r i n c i p l eo fl a t t i c ec l o s e n e s sd e g r e e ，a n da p p l i e di tt ot h ef i v e s a m p l e s ，t h er e s u l t sa r ei ng o o da g r e e m e n tw i t ht h ea c t u a l 3 i n s t i t u t e ds e c u r i t ys t a n d a r d sa n dp r e - w a m i n gd e g r e e ，b a s e do nd r i n k i n g s e c u r i t yr e q u i r e m e n t so fq e s h a nr e s e r v o i r e s t a b l i s h e dag e n e r a ls e c u r i t ye v a l u a t i o n a n dp r e - w a m i n gs y s t e mo nw a t e rq u a l i t y , w h i c hw e i g h t e db yi m p r o v i n gg r o u pa h p , b a s e do nm a t r i xo ff u z z yr e l a t i o n t h r o u g he v a l u a t e st h es e c u r i t yc o n d i t i o n so ff i v e s a m p l e si n2 0 0 8a n d2 0 0 9 ，a n t i c i p a t e ds e c u r i t yd e g r e ef o rf m u r er i s kw a r n i n g , w h i c h p r o v e dt ob ec o r r e s p o n d e dw i t ht h ep r a c t i c a ls i t u a t i o n 4 o nt h eb a s i so fq u e s h a nr e s e r v o i rw a t e rq u a l i t yr i s ki d e n t i f i c a t i o n , t h et e x t g i v e du st h ep r e v e n t i v em e a s u r e sa n dp r o t e c t i o ns y s t e mf o rq u e s h a nr e s e r v o i rw a t e r q u a l i t yr i s k c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h eb a s i ci n f o r m a t i o no ft h er e s e r v o i r “瑚a k e aw a t e rp o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c yr e s p o n s ef o rq u e s h a nr e s e r v o i r , i ti n c l u d e s p r e v e n t i o nm e a s u r e s ，d i s p o s a lm e a s u r e sa n dt h eb a s i cm e t h o df o r e m e r g e n c y t r e a t m e n t , w h i c hp r o v i d e st h eb a s i sf o r0 u e s h a nr e s e r v o i rr i s km a n a g e m e n t 5 t h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h et h e o r e t i c a lm o d e la n dt h em e a s u r e dd a t a , t h e h i s t o r i c a le x p e r i e n c ea n de x p e r t i s ek n o w l e d g ew a su s e dt oe s t a b l i s ht h ew a t e r q u a l i t y r i s ki d e n t i f i c a t i o na n dp r e - w a m i n gs y s t e mi n0 u e s h a nr e s e r v o i r , w h i c hi n t e g r a t e dr i s k s o u r c ei d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dw a t e rq u a l i t yo n l i n er e a l - t i m em o n i t o r i n ga n d p r e - w a m i n gt e c h n o l o g y k e yw o r d s ：q u e s h a nr e s e r v o i r ；i u s ki d e n t i f i c a t i o n ；s e c u r i t ye v a l u a t i o na n d p r e - w a m i n g ；e m e r g e n c yr e s p o n s ep l a n v m 济南大学硕七学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论弟一早珀y 匕 水资源是国民经济和社会发展的一项重要物质基础，二十世纪八十年代以 来，水资源已成为世界性的热点问题。目前全球一半的河流水量大幅减少或被严 重污染，世界上占全球百分之四十的人口严重缺水，水资源危机成为未来十年人 类面临的最严重挑战之一；水质与水环境恶化趋势加剧，已威胁到人类健康，因 此水资源安全保障技术研究是目前水问题研究的重要内容。 山东省是一个水资源严重匮乏的省份，水资源不足和水环境污染是当前城镇 供水的主要问题，并已逐渐成为制约我省城市经济社会发展的“瓶颈”。多年来， 通过有效引用黄河水，极大地缓解了山东的水资源压力，保障了城市发展需要， 为山东省的经济、社会发展作出了重要贡献。目前，山东共有7 个设区城市修建 了2 6 座引黄水库，设计供水能力4 1 8 1 0 6 m 3 d 。 随着黄河流域社会经济的快速发展，流域内污水排放量急剧增加，黄河水质 明显恶化，而跨界污染则进一步加剧了黄河水质的恶化。山东位于黄河的最下游， 沿途的所有污染问题都集中到了山东段，引黄水库是黄河下游地区重要的饮用水 源。由于黄河水含砂量很高，并且水量不稳定，须经引黄水库调蓄后使用，引黄 水库已经受到严重污染。山东入境断面水质超出了地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) h i 类标准，其中济南市的水源以引黄水库为主，同中上游沿黄 城市相比，面临的水污染问题更严重，问题更复杂，形势更严峻。 引黄水库蓄集了经预沉后的低浊度高营养盐水，水体相对较浅( 小于l o m ) ， 导致藻类疯长，水质富营养化严重，形成引黄水库特有的高藻、高有机物污染、 高溴离子的水质特征【l 】。 由于引黄供水系统源水污染情况较为严重，该类原水无机物、有机物和有害 生物并存，水厂常规工艺难以净化处理，对水厂的稳定运行和出水水质形成冲击， 加之管网陈旧，存在水质不稳定性及二次污染风险。可见现有引黄供水系统存在 “从源头到龙头”的水质安全风险，而现有的水质特征污染物识别与风险评估技 术不健全。为了保证用户的健康，保障饮用水安全，需要对引黄供水系统的水质 济南鹊山水库水质风险识别与预警研究 安全进行评估，对于可能的污染源进行筛选，对于特征污染物进行识别，建立黄 河下游引黄供水系统水质预警和风险识别系统。 一方面，引黄水源水水质污染问题严重【2 】，但是目前对于源水水质的评价方 法及体系尚未系统开展，对特征污染物及风险源的评价体系尚未建立，因此制约 了水源污染的控制，进而影响了饮用水水质的提高，另一方面，国家饮用水卫 生标准( g b 5 7 4 9 2 0 0 6 ) 【3 1 已于2 0 0 7 年7 月1 日颁布实施，水质标准的提高也 要求能够用更加准确快捷的方法对引黄供水系统的水质进行评价，对于可能的水 质污染进行预警。作为黄河下游城市饮用水安全保障技术体系的有机组成部分， 针对黄河下游地区水源污染特征，开展引黄供水地区水质风险评估是当前各级政 府必须尽快解决的重要问题，对于我国以黄河为水源的地区的饮用水安全保障具 有重要指导意义。 因此急需对现有的引黄平原水库( 鹊山水库) 水质问题进行研究与评价，总 结分析引黄水库污染源的发展变化趋势，对于可能的污染源进行筛选，并对其进 行风险识别。预测水库非正常情况下( 污染事故状态下) 对水库水质的影响，确 定风险级别，制定应急方案，从而为实施黄河下游地区黄河水的安全利用提供理 论依据。 1 2 国内外相关内容研究动态 1 2 1 国外研究现状 国外从2 0 世纪3 0 4 0 年代就开始研究风险问题，最早应用风险理论的是 机器设备的维修问题，但军事领域的应用最为突出，比如核工业的风险分析问 题，目前风险研究已在各个领域被广泛应用，像化学工业、医疗卫生、环境保 护、经济、航天工程等领域都有所应用，风险分析贯穿于工程系统的各个阶段。 而水资源系统风险分析的研究发展过程，大体上可以分为三个阶段 4 - 7 】： 第一阶段为上世纪5 0 年代至7 0 年代。主要集中在水文风险，研究的主要 内容为水文模型的选择及参数的不确定性为主。第二阶段为7 0 年代至8 0 年代 初。主要研究基础问题，例如风险的含义、衡量风险的指标不确定性来源等， 探讨费用、效益间的关系和风险评价准则，主要研究的是单目标问题。第三阶 段为8 0 年代至今。在这一阶段中，研究的范围从水文、水利工程扩大到环境、 2 济南大学硕卜学位论文 生态等风险问题；风险分析与决策分析关系更加密切，并在水资源系统风险分 析中开始运用多目标理论方法来对其进行管理服务0 1 。 具体的研究进展为：n a z a r 等最早提出了风险表征的量化指标。1 9 8 2 年， f i e r i n g 通过建立筛选模型量化水资源系统的可恢复性指标，介绍了1 1 种关于 系统可恢复性量度的定义【1 1 1 。h a s h i m o t o 从数学的曾面提出了危害性、可恢复 性、脆弱性3 个评价指标体系。1 9 8 9 年，b a r g i e l a 等针对配水系统中的遥测水 压和流量的不确定性，应用m c 法、优化法和敏感性矩阵分析法对其进行了 研究。1 9 9 3 年，l d u c k s t e i n 等比较全面的概括了水资源系统风险分析的性能指 标和质量指标。f u j i w a l a 等在供水系统的稳定性评估中应用了m a r k o v 链方法 1 2 - 1 3 】。2 0 0 2 年，p a s s a r d l a 等建立了地表水水质等级降低的风险模型，可用于 评估地表水系统中特定时间和地点超过浓度限值的条件概率。模型结果用于绘 制空间风险分布刚1 4 】。2 0 0 3 年，c h e l a 等在考虑地表水质管理系统中与污染源 状况、环境条件和评估标准相关的不确定性时采用了模糊随机风险评价方法， 并应用到了加拿大西部地区地表水油污染的评价中，通过模糊和概率输入结合 的方法来评价影响人类健康的风险【l5 1 。2 0 0 4 年，v o n u l a 等根据参数的性质， 分别采用了m o n t e c a r l o 和f u z z y - l o g i c 方法来解决其不确定性问题，提出了用 于河流水质管理的风险评价方法，并在实际中应用到了印度南部的 t u n g a b h a d r a 河【1 6 1 。k e n t e l 和a r m 1 7 砌1 在解决受污染水体环境中人群的健康 风险评价的不确定性时采用了模糊集理论和概率论相结合的方法。该方法将参 数的不确定性和可变性合并到了风险评价模型中。v m c c n t 在对供水系统风险置 信度进行是应用了m a r k o v 隐效应模型【1 9 - 2 0 。j a n u s z 利用包含五种风险因子的风 险矩阵分析了供水系统的风险允许程度【2 1 1 。2 0 0 7 年，l i 等采用综合模糊随机风 险评价方法( i f s r a ) 评价了地下水中二甲苯的环境风险。这个模型系统地量化 了与位置条件、环境标准和健康影响标准的随机不确定性和模糊不确定性 2 2 0 2 3 。2 0 0 9 年，s h u p e i 提出了水质风险管理的方法【2 4 1 。 1 2 2 国内研究现状 国内对水资源风险的研究始于上世纪9 0 年代初，1 9 9 4 年，洪家宁通过对水 库来水、来沙的随机模拟和冲淤计算，分析了水库泥沙淤积量的风险度。梁川 济南鹊山水厍水质风险识别与预警研究 在防洪调度风险评估中应用了极差分析法 2 5 1 。1 9 9 7 年，谢崇宝等分析了在水库 防洪风险计算中水文、水流和水位库容关系的不确定性，研究了水库防洪风险率 模型的应用问题【2 们。1 9 9 8 年，傅湘等用系统风险分析方法构建了大型水库水位 风险分析模型。田峰巍等提出了依据典型联合概率分布函数的风险决策方法。冯 平把系统风险分析方法应用于干旱期的水资源管理，结合潘家口水库给出了相 应的可靠性、可恢复性和脆弱性等风险指标，并在此基础上提出了干旱期供水 系统的风险管理措施。在此基础上，1 9 9 9 年，邢大韦等对关中地区水资源工 程的供水风险进行了分析【2 7 1 。陈小红用复合泊松过程建立了供水风险随机点 过程的统计模型【2 8 2 9 】，舒强在此基础上，于2 0 0 4 年构建了用于供水风险分析 的复合泊松随机点过程模型，并在东江流域2 0 1 0 水平年的四大区间供水风险 分析中应用了该模型，得出不同供水风险的成因f 3 们。2 0 0 1 年，梁忠民对南水 北调中线工程的供水量进行风险分析计算，得出了各供水区供水量的概率分布 函数及其参数【3 l 】。胡国华等建立了水质风险灰色随机风险率评价模型 3 2 。3 5 】。 阮本清等以黄河下游沿黄地区用水系统为例，针对该地区用水系统与黄河来水的 不同步性，建立了水资源系统风险分析模拟模型【3 白3 7 1 ，采用蒙特卡洛模拟法，对 不同的用水规模情况下的缺水风险进行了随机模拟，为制定适当的灌溉面积提供 了科学依据。2 0 0 3 年，韩宇平较为全面的研究了造成水资源供需系统失事的主 要风险因子【3 8 1 。王道席等分析黄河下游水量调度的风险时分别从来水和用水两 个角度考虑【3 9 1 ，采用典型解集的方法生成了来水系列，而用水系列则是根据降 雨概率分布生成的，并在此基础上建立了基于随机模拟技术的水量调度风险分析 模型，从而给出了风险的定量描述，提出了更符合实际情况的黄河下游水量调度 决策方法。2 0 0 5 年，李如忠对水质风险评价中的不确定性做了较详细的阐述 4 0 - 4 2 】。2 0 0 6 年，何进朝等对研究了突发性污染事故的风险评价方法【4 3 1 。2 0 0 7 年， 谷秀英等在对平原水库供水水源系统可靠性及风险分析中采用了马尔柯夫链模 型州。陈炼钢在华东地区的水质安全评价中引入健康风险评价【4 5 1 。王丽萍等也 对饮用水源地进行了健康风险评价【4 6 1 。2 0 0 8 年，冯平在前人的研究成果上，构 建了基于突变理论的地下水水环境模糊风险评价模型，并在海河流域的地下水水 环境风险评价中成功应用【4 7 4 8 1 ，实际应用结果表明，该方法的评价结果与模糊综 合评价结果基本保持一致，并与相关资料显示的各区域地下水系统实际环境情况 4 济南大学硕上学位论文 基本吻合。2 0 0 9 年，孙鹏程通过贝叶斯网络对突发性水质污染事故进行了评估 【4 9 1 。黄伟应用因子分析法对丹江口水库水体富营养化程度度进行了综合评价【矧。 姜蓓蕾应用层次分解法对南水北调东线工程的风险因子进行了识别【5 1 1 。在风险 应急处理方面，李晶提出要从水危机管理的构成、过程和要素三个方面构建全方 位水危机管理的新框架以应对突发事件【5 2 1 。沈晓娟构建了由工程措施和非工程 措施组成的城市应急供水系统框架【5 3 1 。 1 3 研究发展趋势 尽管国内外学者在水资源系统风险分析的研究方面取得了可喜的进展和成 果，但对饮用水源地风险的研究还处于起步阶段，污染源调查评价工作没有系统 地进行水源地污染源和污染物调查工作，难以揭示存在严重风险的污染源对水源 水质的影响。因此在以后的工作中将评价范围从目前单纯的水体扩展到所在流 域，开展流域内污染源调查工作，确定潜在的污染源和潜在的污染物，采用合适 的方法对风险进行识别，都是今后水资源供水系统风险识别与分析研究的重点。 1 4 本文研究内容及思路 1 4 1 研究内容 本文首先对鹊山水库周边地区进行调查，在调查的基础上根据对水库实际检 测的数据，提出鹊山水库的主要风险源，然后利用模糊数学的方法根据历史数据 构建水质风险源识别与预警模式，最后提出相应的应急预案与措施。 主要研究内容如下： ( 1 ) 收集水库相关资料 分析库区的发展情况，调查和收集当地的地质、地貌、植被、水土流失、水 源林保护、有效灌溉面积，耕地面积及农作物组成等情况；对污染物进入库区的 途径进行调查，分析库区主要污染源的特征。 ( 2 ) 设置监测断面 为全面了解和评价水库的水环境质量现状，结合常规监测在水库内同步水质 现状监测，获得充分的监测数据。分别在各水库的进水口、出水口、取水口、关 心点布设监测断面。在监测过程中，水样的采集、保存、分析按国家环境保护局 5 济南鹊山水厍水质风险识别与预警研究 的有关规定执行。 ( 3 ) 构建济南鹊山水库水质风险源识别与预警模式 在监测数据的基础上，采用模糊数学理论构建济南鹊山水库水质风险源识别 与预警模式； ( 4 ) 制定预案 根据济南鹊山水库水质风险源识别与预警的结果，制定相应的应急预案，以 便为政府及有关主管部门制定与实施应急预案提供科学依据。 ( 5 ) 建立济南鹊山水库风险识别与预警系统 利用计算机技术，将监测数据、模型库与风险预案集成到水库风险识别与预 警系统中，为管理者提供科技支撑。 1 4 2 研究思路 首先收集济南鹊山水库的相关资料，对鹊山水库风险源进行综合判断，之后 应用模糊数学理论构建济南鹊山水库水质风险源识别与预警模式，制定济南鹊山 水库水质风险应急预案，最后建立一套完整的风险识别与预警系统。为黄河下游 地区用水安全保障提供支撑。研究思路如图1 1 。 图1 1 研究思路 f i g1 1r e s e a r c hi d e a s 6 济南大学硕十学位论文 第二章研究区概况 2 1 地理位置及自然概况 2 1 1 地理位置 济南市地理位置优越，位于中纬度地区，南为泰山山地，北临黄河，地势上 南高北低。黄河、小清河两大水系为济南境内主要河流。主要的湖泊有大明湖、 白云湖等。鹊山水库位于济南市北部地区( 见图2 1 ) ，黄河北岸( 东经1 1 6 0 5 7 11 7 0 2 ，北纬3 6 0 4 4 , 、一3 6 0 4 6 ) 。靠近1 0 1 省道跟1 0 4 国道，并有铁路通过，交通 便利。 济南市鹊山水库调蓄工程是由山东省依托世界银行贷款建设的环境项目，投 资金额高达7 8 亿元既是济南市供水基础设施建设史上投资最大和技术含量最高 的重点基础工程项目，也是确保济南市经济可持续发展和恢复泉城景观的基础工 程和命脉工程，该工程于2 0 0 0 年4 月建成并投入运行。它位于济南市天桥区黄 河北展区下首，首先由大王庙引黄闸取水，再经1 撑泵站提水进入沉砂条渠，然后 通过轴线长度为3 2k m 的沉砂条渠以及入库输水涵洞将水送至2 撑泵站前池，再 经由2 撑泵站提升到调蓄水库，最后由3 撑出库泵站通过增压经d n1 8 0 0 的输水钢 管从河底穿越黄河将黄河水送至黄河地面水厂。 图2 1 鹊山水库位置图 f i g2 1t h el o c a t i o no fq u e s h a nr e s e r v o i r 7 济南鹊山水库水质风险识别与预警研究 2 1 2 地形地貌 研究区大地构造处于泰山穹隆北缘跟华北大冲积平原的东南边缘线之上。该 区地层发育呈现南老北新的趋势，发育比较齐全。长轴大约为东北西南向的 椭圆形为该研究区基性岩浆岩岩体的平面形状，构造形状以岩床、岩株、岩脉等 各种形式存在，为研究区的构造奠定了基础。 研究区地处鲁西北黄泛平原工程地质区中的济阳沿黄河积层稳定亚区。该区 黄河冲积物分布广泛，上层粘性土多层结构主要分布于北部，上层砂性土多层结 构分布于沿黄河一带。部分地区的土层中夹有淤泥类土。上部粘性土厚度达 5 1 0 m ，下部由粘性土与砂性土互层组成，粉土、粉质粘土、粘土夹淤泥质土为 粘性土主要岩性。粉砂、细砂为砂性土的主要岩性。活动性断裂为齐广断裂。 2 1 3 气候气象 鹊山水库库区处于中纬度内陆地带，属暖温带大陆性季风气候区，日照充分， 四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季干澡寒冷。年平 均气温为1 3 6 c ，1 月最冷，平均气温1 9 c ，7 月气温最高，平均气温2 7 。 年平均降雨量为的6 1 4 毫米。霜冻一般开始于1 1 月中旬前后，结束于次年得3 月下旬至4 月上旬，年无霜期为2 3 5 天。主导风向为西南、东北，其次是偏东、 偏北和偏南，一年最少的是西北风。 2 2 社会经济概况 2 2 1 人口概况 在