CN108122077A - 一种水环境安全评价方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水环境安全评价方法及装置，该水环境安全评价方法包括：根据水环境安全状况，制定水资源配置方案；根据所述水资源配置方案进行水资源配置；建立水环境安全评价模型；根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。该水环境安全评价方法可动态调整正在实行或将要实行的水资源配置方案，有利于找出影响水环境安全的主要指标，针对薄弱环节动态调整水资源配置方案，联合水量水质优化水资源配置结果，促进流域/区域水资源综合管理，进而有利于改善水环境，保障流域/区域水环境安全。

Description

一种水环境安全评价方法及装置
技术领域
本发明涉及环境保护领域，特别涉及一种水环境安全评价方法及装置。
背景技术
随着经济社会的快速发展，对水资源需求越来越大，加上受气候变化和人类活动的双重影响，世界各地出现了一些诸如水短缺、水污染等水资源问题，水资源形势越来越严峻。水环境安全问题逐渐受到重视，其安全评价问题得到越来越多学者的研究与关注。
目前，世界各国的水环境安全状况并不乐观，部分地区水量少、水质差、生态环境恶化、管理混乱。伴随着经济社会的飞速发展，传统的水环境安全评价方法已不适应新形势下的水环境安全评价。事实上，人类开发利用水资源的同时也会给水体带来污染负荷，一方面我们通过水利工程取水减少了河道径流量，另一方面由于污染负荷的排入造成可利用水资源量减少。因此，水资源利用与水环境安全演变之间存在着相互制约、相互影响的关系。
在水环境安全评价研究方面，目前主要集中在评价指标体系、指标权重和评价方法的选择等方面，多为综合评价。表征水环境安全的评价指标从单指标到复合指标(水贫穷指数)，从复合指标再到基于可持续发展理念的多层次的分类指标体系。其中，单指标包括：水资源紧缺指数(Water Stress Index，WSI)、水资源开发利用度和水资源量折合径流深。虽然单指标简单易行，但过于粗略，并大多关注水资源数量方面的特性，而对于水质、水环境以及由此产生的社会、经济、生态等安全问题没有给予充分的关注。虽然复合指标和指标体系考虑比较全面，但是所需数据较多，权重设置主观性大，受综合评价方法影响评价结果不确定性较大。最重要的是，目前的水环境安全评价均是针对现状或配置完成后的评价，仅仅是针对一种水资源条件下供需平衡状态的静态评价，没有考虑水资源利用与水环境演变的互馈响应关系。
发明内容
本发明实施例提供了一种水环境安全评价方法及装置，解决了目前的水环境安全评价只是针对一种水资源条件下供需平衡状态的静态评价，没有考虑水资源利用与水环境演变的互馈响应关系的问题。
为了解决上述技术问题，依据本发明实施例的一个方面，提供了一种水环境安全评价方法，包括:
根据水环境安全状况，制定水资源配置方案；
根据所述水资源配置方案进行水资源配置；
建立水环境安全评价模型；
根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；
若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；
若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。
可选地，所述建立水环境安全评价模型，包括：
构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统；
将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分；
确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重；
计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度；
根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
可选地，所述构建水环境安全指标体系，包括：
根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
可选地，根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全，包括：
根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全；
若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值且小于等于第一阈值时，所述水环境为严重不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值且小于等于第二阈值时，所述水环境为不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值且小于等于第三阈值，所述水环境为基本安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值且小于等于极大值，所述水环境为安全，其中，所述极大值和极小值均与所述第一阈值和第三阈值有关。
可选地，所述确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重，包括：
根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。
可选地，根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重，包括：
根据所述水环境安全指标体系中各个指标建立的层次结构体系，层次结构体系包括：目标层、准则层和指标层；
根据建立的层次结构体系，采用9级标度法对各指标进行重要性对比，构造判断矩阵；
计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量；
将矩阵的一致性指标与平均随机性指标进行比较，若随机一致性比率小于预定值时，则判断矩阵具有满意的一致性，若随机一致性比率大于等于预定值时，则需要调整判断矩阵；
根据判断矩阵的最大特征值、相应的特征向量以及一致性判断结果，得到所述水环境安全指标体系中各个指标在准则层的相应权重。
依据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种水环境安全评价装置，包括:
制定模块，用于根据水环境安全状况，制定水资源配置方案；
配置模块，用于根据所述水资源配置方案进行水资源配置；
建立模块，用于建立水环境安全评价模型；
判断模块，用于根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；
第一执行模块，用于若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；
第二执行模块，用于若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。
可选地，所述建立模块包括：
构建单元，用于构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统；
划分单元，用于将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分；
确定单元，用于确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重；
第一计算单元，用于计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度；
第二计算单元，用于根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
可选地，所述构建单元包括：
构建子单元，用于根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
可选地，所述判断模块包括：
判断单元，用于根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全；
第一结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值且小于等于第一阈值时，水环境为严重不安全；
第二结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值且小于等于第二阈值时，水环境为不安全；
第三结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值且小于等于第三阈值，水环境为基本安全；
第四结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值且小于等于极大值，水环境为安全，其中，所述极大值和极小值均与所述第一阈值和第三阈值有关。
本发明的实施例具有如下有益效果：
在本发明实施例中，水环境安全评价方法根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。该水环境安全评价方法按照“配置方案-水资源配置-水环境安全评价-反馈结果-调控配置方案”的循环迭代思路，从水环境安全的角度对水资源配置方案进行实时评价，动态调整正在实行或将要实行的水资源配置方案，有利于找出影响水环境安全的主要指标，针对薄弱环节动态调整水资源配置方案，联合水量水质优化水资源配置结果，促进流域/区域水资源综合管理，进而有利于改善水环境，保障流域/区域水环境安全。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种水环境安全评价方法的流程图；
图2为本发明实施例的提供的一种水环境安全评价指标体系的示意图；
图3为本发明实施例的提供的一种指标安全等级划分的示意图；
图4为松花江流域的地理位置；
图5为松花江流域的水系分布图；
图6为本发明实施例筛选后的松花江流域的水环境安全评价指标体系的示意图；
图7为本发明实施例的2020年松花江流域不同配置方案各分区水环境综合安全度对比图；
图8为本发明实施例的2030年松花江流域不同配置方案各分区水环境综合安全度对比图；
图9为本发明实施例提供的一种水环境安全评价装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
图1为本发明实施例提供的一种水环境安全评价方法的流程图，参见图1，本实施例中的水环境安全评价方法包括步骤：S101～S106。
S101，根据水环境安全状况，制定水资源配置方案。
S102，根据所述水资源配置方案进行水资源配置。
S103，建立水环境安全评价模型。
在本发明实施例中，可从社会经济安全、水生态安全、水量安全、水质安全等四个子系统着手，对水环境安全评价指标进行初选，来建立水环境安全评价模型，当然并不仅限于此。
S104，根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；若判断结果为水环境安全，执行S105；若判断结果为水环境不安全，执行S106。
S105，若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案。
S106，若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整，即重复执行S101。
本发明实施例的水环境安全评价方法按照“配置方案-水资源配置-水环境安全评价-反馈结果-调控配置方案”的循环迭代思路，提出了基于水资源利用与水环境演变互馈响应机理的水环境安全动态评价方法，从水环境安全的角度对水资源配置方案进行实时评价，动态调整正在实行或将要实行的水资源配置方案，有利于找出影响水环境安全的主要指标，针对薄弱环节，动态调整水资源配置方案，联合水量水质，优化水资源配置结果，促进流域/区域水资源综合管理，进而有利于改善水环境，保障流域/区域水环境安全。
在本发明实施例中，不同水资源配置方案下水环境安全评价方法可采用水环境综合评价指数法。水环境综合评价指数法的基本原理是：首先确定评价指标，将评价指标的实际值进行数据归一化处理，得出一系列无量纲指数。然后引入子安全度的概念，通过构建子安全度函数模型计算子安全度；最后，按照问题的可能成因，对评价参数用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)赋权，进而综合评价确定水环境安全。继续参见图1，基于上述原理，S103可包括步骤：S1031～S1035。其中，
S1031，构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统。
可选地，可根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
基于水资源配置的流域水环境安全影响评价指标体系应建立在科学的基础上，应尽可能全面、完整、准确的反应流域水环境安全的自然属性和社会属性。水环境安全除了水资源本身条件影响外，还与人口、社会经济、科技发展水平等密切相关。一方面，人口的剧增加剧了对水资源的需求，导致环境承载能力下降，进而可能导致水资源短缺形势的严峻，水环境安全恶化；另一方面，经济社会发展在增加水资源开发利用和污染物排放的同时，也为进一步提高水资源利用效率和改善环境因素提供了技术支撑。为此，本发明实施例从社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统着手，对水环境安全评价指标进行初选。
例如，参见图2，所述社会经济安全子系统的指标包括：人均GDP(Gross DomesticProduct，国内生产总值)、人均粮食、环保投资占GDP比重、农民人均纯收入以及城市化率；所述水生态安全子系统的指标包括：生态环境需水满足程度、流域水面率、水土流失面积比例、湿地面积比、森林覆盖率和人居公共绿地面积；所述水量安全子系统的指标包括：人均综合用水量、人居水资源量、水资源开发利用程度、工业用水重复利用率、万元工业增加值用水量、农田灌溉亩均用水量和农田灌溉水有效利用系数；所述水质安全子系统的指标包括：污水再生利用率、城镇生活污水处理率、污径比、单位耕地面积化肥施用负荷、工业废水排放达标率、地表水功能区水质达标率、单位水资源量污水负荷和集中式供水水源地水质达标率。
需要说明的是，在本发明实施例中所述评价指标体系并不仅限于所述社会经济安全子系统、所述水生态安全子系统、所述水量安全子系统和/或所述水质安全子系统；同时，上述有关所述社会经济安全子系统、所述水生态安全子系统、所述水量安全子系统和所述水质安全子系统的指标的描述只是示例并非限定，可以理解的是，在本发明实施例中并不具体限定所述评价指标体系、所述社会经济安全子系统、所述水生态安全子系统、所述水量安全子系统和所述水质安全子系统的构成。
在本发明实施例中，指标体系具体运用时，可结合流域/区域特点，根据流域特色以及存在的重要问题，在大量调研的基础上进行指标前评价和筛选。通过指标前评价和筛选，删除对水环境安全影响轻微、相似性高而反映信息重叠的指标。指标筛选方法主要有频度分析法、相关性分析法、理论分析法和专家咨询法。最终构建符合研究流域/区域特色的水环境安全评价指标体系。
S1032，将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分。
一般情况下，指标数据的性质、量纲不同，不同的指标之间不能直接相比较，且原始指标数据数值无法直接反映其安全度。因此，需要对指标数据进行标准化处理。目前标准化处理的方法主要有：直线型标准化方法、标准差规格化方法、建立数学模型将数据标准化方法和建立隶属度方法等。其中，通过三角形隶属度函数方法，是把指标值等间距的映射到0-1之间；通过建立数学模型进行标准化，在实际操作中，很难界定指标的最大值和最小值；而直线型标准化方法是基于多样本、多指标数据集合的，以同一指标在多个样本中的最大值和最小值作为标准化的极值，在单个样本中无法应用。
在本发明实施例中，将所述水环境安全指标体系中各个指标按照安全标准进行划分，所述安全标准包括：严重不安全、不安全、基本安全和安全。其中，各指标的安全标准与第一阈值I1、第二阈值I2、第三阈值I3、极大值xiM和极小值xim有关。各个指标的第一阈值I1、第二阈值I2、第三阈值I3、极大值xiM和极小值xim可根据以下规则确定：
(1)基本安全阈值符合国家、行业以及地方上规定的标准及规划要求；
(2)以该系统下的背景值和本底值作为参考依据；
(3)将未受人类严重干扰的相似系统或以相似条件下的类似系统研究中的阈值作为阈值参考；
(4)参考科学研究己判定的系统效应，通过相似条件下科学研究已经判定的系统安全中的一些要求作为阈值参考；
(5)无国家标准或科学研究的指标其阈值暂时参考目前全国的平均水平。
在本发明实施例中，所述极大值xiM和极小值xim均与第一阈值I1和第三阈值I3相关。鉴于实际操作中一些指标很难界定极大和极小阈值的情形，尝试提出以指标安全标准为基础，计算出极大值xiM和极小值xim，则标准化后的数值能够以同样的标准分布于0-1之间，得到的综合指数也具有完整的安全意义。其中，极大值xiM和极小值xim的取值分别在第一阈值I1和第三阈值I3的基础上加减阈值区间的50％来确定。
例如，若为正向指标，取xiM＝I3+0.5·(I3-I1)，xim＝max{0，I1-0.5·(I3-I1)}；若为逆向指标，取xiM＝I1+0.5·(I1-I3)，xim＝max{0，I3-0.5·(I1-I3)}。各指标的安全等级划分如图3所示。
S1033，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。
其中，权重的计算方法有很多，如专家估测法、熵值法、层次分析法(AHP)、主成分分析法和相关系数法等。这些方法有的具有浓厚的主观性。为相对客观的反应指标的特点，本发明实施例选用层次分析法，该方法把专家群体的判断进行了相应的数学处理，系统性和科学性比较强。
在本发明实施例中，可根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。S1033包括步骤：S10331～S10335。
S10331，根据所述水环境安全指标体系中各个指标建立的层次结构体系，层次结构体系包括：目标层、准则层和指标层；
在本发明实施例中，按问题所含的要素进行分层，层次由高到低依次为目标层、准则层、指标层。
S10332，根据建立的层次结构体系，采用9级标度法对各指标进行重要性对比，构造判断矩阵；
在本发明实施例中，构造判断矩阵A＝[aij]，易见aij>0，aii＝1且
S10333，计算判断矩阵的最大特征值λmax及相应的特征向量WA＝(α1,α2…αn)；
S10334，将矩阵的一致性指标与平均随机性指标进行比较，若随机一致性比率小于预定值时，则判断矩阵具有满意的一致性，若随机一致性比率大于等于预定值时，则需要调整判断矩阵；
例如，将矩阵的一致性指标CI与平均随机性指标RI进行比较，若随机一致性比率CR<0.1时，则判断矩阵具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵。计算公式为
式(1)和(2)中，CI为判断矩阵一致性指标；λmax为最大特征根；m为判断矩阵阶数；CR为判断矩阵的随机一致性比率；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，其值由大量实验给出。对于低阶判断矩阵，RI取值如表1所示。
表1平均随机一致性指标值
S10335，根据判断矩阵的最大特征值、相应的特征向量以及一致性判断结果，得到所述水环境安全指标体系中各个指标在准则层的相应权重。
按照S10333和S10334进行层次总排序和一致性检验，最终得到各指标相对准则层的相应权重、准则层四个子系统相对水环境安全整体的相应权重。
S1034，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度；
对于越大越优型指标，各个指标的子安全度求解公式为
对于越小越优型指标，各个指标的子安全度求解公式为
式(3)和(4)中，xi为第i个指标的实际值，xim和xiM分别为指标i设置的极小值和极大值。
S1035，根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
目前，学者应用模糊综合评判法、综合指数法、模糊聚类分析法、人工神经网络法、灰色关联度法、评分迭加法等方法对水环境安全评价进行了研究。本发明实施例可采用改进的综合指数法对评价系统进行综合分析。
其中，准则层各子系统安全度(系统子安全度)指的是根据其包含的各指标层指标值标准化处理后与相应的权重相乘，得到的值再求和后得到的评价值。其子安全度的计算采用如下公式
式(5)中，EB为各子系统安全度的值，为各子系统第i个指标的子安全度值，为第i个指标的权重，m为指标个数。
总安全度(E，即水环境安全综合评价指数)是采用各系统层元素子安全度值与相应权重相乘后进行加权求和计算而得。其计算公式如下
式(6)中，E为水环境安全综合评价指数(总安全度)，为第i个子系统元素安全度值，为第i个子系统元素的权重，n为子系统的个数。
参见图3，在上述实施例的基础上，所述S104中可根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值xim且小于等于第一阈值I1时，所述水环境为严重不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值I1且小于等于第二阈值I2时，所述水环境为不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值I2且小于等于第三阈值I3，所述水环境为基本安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值I3且小于等于极大值xiM，所述水环境为安全。
例如，总安全度随机分布在0～1之间，其状态分级可以划分为多种级别，考虑到如果分级太少水环境安全状态区分不明显，而如果分级太多又比较繁琐的特点，本发明实施例采用等间距法将水环境安全状态划分为4个等级，具体如表2所示。将计算得到的总安全度与表2中的等级划分标准比较，即可得到流域/区域水环境安全状况。
表2基于综合指数法的水环境安全状态等级划分
在本发明实施例中，首先基于完整性、可操作性、独立性、可比性、特殊性以及离散性等原则，从社会经济安全、水生态安全、水量安全、水质安全四个子系统着手，通过前评价和指标筛选，构建具体流域/区域特色的评价指标体系；接着依据相关规则确定各个指标标准阈值及状态等级；然后采用层次分析法确定各个指标以及各个层级的权重；最后采用改进的直线型标准化方法计算各指标的子安全度，结合各子系统及各指标的权重值，利用综合指数法计算总的安全度；进而评价该配置方案下的水环境安全状况。
为了便于理解所述水环境安全评价方法的流程，现在以中国松花江流域为研究对象，开展基于水资源利用与水环境演变互馈响应机理的松花江水环境安全评价。
松花江流域位于中国东北地区北部，介于东经119°52'～132°31'、北纬41°42'～51°38'之间，东西长为920km，南北宽为1070km，涵盖内蒙古、吉林、辽宁、黑龙江四省区，总流域面积55.68万km2，占中国总国土面积的5.8％，占黑龙江总流域面积(184.3万km2)的30.2％，是黑龙江在中国境内最大的支流。松花江流域水系发达，支流众多，该流域湖泊沼泡多达600多个。松花江有南、北两源，包括南源第二松花江和北源嫩江。嫩江与第二松花江在吉林省扶余市汇合后称松花江，干流在黑龙江省同江市附近流入黑龙江。松花江流域位置及水系分布如图4和图5所示。
松花江流域人口增长较快，城镇化水平稳步提高，形成了以哈尔滨市、长春市为中心的松嫩平原城市群人口密集带和下游以佳木斯为中心的三江平原人口密集带。伴随着全区经济社会发展和区域气候变化的影响，流域水资源开发利用发生了明显的变化。又由于松花江区作为我国重工业城市的集中地，人口分布密集，大量的重化工产业相对集中，产业布局不协调以及生活污染治理设施落后，以及大量的农业面源污染等问题，加速了流域水资源短缺，同时也对水环境污染以及生态系统功能等环境问题造成压力，松花江流域水环境安全面临着严峻的形势。
为便于分析，将松花江流域按照水资源二级区套省级行政区分为7个分区，分别为嫩江(内蒙古)区(分区1)、嫩江(吉林)区(分区2)、嫩江(黑龙江)区(分区3)、第二松花江(辽宁)区(分区4)、第二松花江(吉林)区(分区5)、松花江三岔口以下(吉林)区(分区6)和松花江三岔口以下(黑龙江)区(分区7)。
按照“配置方案-水环境安全评价-反馈结果-调控配置方案”的循环迭代思路，以2010年为基准年，以2020和2030年为规划水平年，采用上述水环境安全评价方法，进行基于水资源利用与水环境互馈响应机理的松花江流域水环境安全评估，主要分析流程包括以下步骤：S201～S204。
S201，松花江流域水环境安全评价指标体系构建及指标阈值和权重确定。
根据松花江流域实际，结合其流域特色，经过筛选得到松花江流域水环境安全评价指标体系，筛选后松花江流域水环境安全评价指标体系，如图6所示。将筛选后的指标序号从上到下分别为1～15。
根据上述指标阈值确定规则，结合松花江流域实际，确定各指标不同安全等级的阈值标准，如表3所示。
表3水环境安全指标评价标准
采用上述方法，计算得到的松花江流域水环境安全评价各子系统及指标相对权重值如表4所示。
表4松花江流域水环境安全评价各子系统及指标相对权重值
S202，第一次配置方案下的水环境安全评价。
首先进行第一次配置方案下的水环境安全评价。第一次配置方案以现状用水水平为基础，以一般节水模式下的水量增长为需求，按现有和规划主要工程调度规则进行水量调控配置，并以现状污水排放浓度以及污水处理强度确定未来污水治理和污染控制强度。本次配置重在水量在社会经济和生态环境中的分配。配置结果见表5所示。
表5第一次配置方案下松花江流域水资源供需平衡关系表
单位：亿m3
根据水资源配置结果，计算得到各指标值，进而计算得到各指标的子安全度，如表6和7所示。
表6 2020年第一次配置方案下水环境安全评价指标子安全度
表7 2030年第一次配置方案下水环境安全评价指标子安全度
按照上述方法，进而得到松花江流域水环境安全各子系统的子安全度和总的安全度如表8所示。
表8第一次配置情景下松花江流域各分区水环境综合安全度
由表8可知，2020年，松花江流域7个分区中，分区7的社会经济子系统的安全度为0.509，接近基本安全的底线；分区1的水生态子系统的安全度仅有0.285，属于不安全级别；7个分区水量子系统的安全度均属于基本安全范畴；7个分区水质安全子系统的安全度居于基本安全区间的中间位置，如不加调控容易滑落到不安全级别。2030年，各分区子系统安全度有所改善，但改善度不大。
综合来看，2020年，松花江流域各分区水环境安全度分别为0.600、0.653、0.661、0.652、0.677、0.661、0.693；2030年，各分区水环境安全度分别为0.640、0.654、0.705、0.713、0.701、0.705、0.730。可知，2030年各个分区水环境安全程度较2020年有所改善，但均小于0.75，属于基本安全范畴，总体安全度偏低，如果不及时采取有效措施和保障对策，流域水环境安全状况将会更加恶化，从而限制经济的稳定持续发展。
进一步分析流域总体安全度偏低的原因，主要是流域水面率、人均综合用水量、农田灌溉亩均用水量等指标的子安全度异常偏低，严重影响了松花江流域的水环境安全。因此，第二次水资源配置将在提高流域水面率、降低人均综合用水量、降低农田灌溉亩均用水量等方面进行调控。
S203，第二次配置方案下的水环境安全评价。
针对第一次配置方案下的水环境安全的评估结果，在全流域整体落实强化节水行动，降低总需水量，工程调度采用现有调度规则，污水治理强度由现状污水排放浓度和污水处理强度来确定，进行第二次水资源配置。本次配置重在提高水资源的利用效率，缓解水量的亏缺。第二次配置结果见表9所示。
表9第二次配置方案下松花江流域水资源供需平衡关系表
单位：亿m3
根据第二次水资源配置结果，计算得到各指标值，进而计算得到各指标的子安全度(表略)；按照上述方法，进而得到松花江流域水环境安全各子系统的子安全度和总的安全度如表10所示。
表10第二次配置情景下松花江流域各分区水环境综合安全度
对比表8和表10，可知，第二次配置相对于第一次配置，2020年，松花江流域7个分区水环境安全评价综合安全度分别提高了0.029、0.011、0.009、0.006、0.008、0.009、0.008；2030年，7个分区水环境安全评价综合安全度分别提高了0.030、0.044、-0.002、-0.018、0.014、0.003、0.008。虽然各流域分区水环境安全度总体有所提高，但是仍有一些指标的子安全度偏低，仍有个别分区综合安全度有略微下滑趋势，有必要采取水质水量联合优化措施，消除影响水环境安全的短板因素，整体提高松花江流域水环境安全。
S204，第三次配置方案下的水环境安全评价。
针对第二次配置方案下，水质安全子系统安全度低的问题，通过水量调控方案为污染控制情景提供污水排放总量和水功能区纳污能力的动态计算结果，通过调整水利工程调度，使河道水量增加，从控制污染排放和提高水功能区纳污能力两方面着手，在综合考虑水功能区达标目标，同时兼顾经济可行性，得出经济约束条件控制下污染负荷的水量水质联合优化调控方案，进行第三次水资源配置。本次配置重在在现有水利工程的基础上，通过调整水资源供用水方式，整体上提高区域水功能区纳污能力，将水环境的部分纳入到了水资源配置的目标中。配置结果见表11所示。
表11第三次配置方案下松花江流域水资源供需平衡关系表
单位：亿m3
同样计算得到松花江流域水环境安全各子系统的子安全度和总的安全度如表12所示。
表12第三次配置情景下松花江流域各分区水环境综合安全度
与第二次配置相比，第三次配置方案下松花江流域水环境总体安全度以及各子系统安全度均显著提高，基本上均达到了安全等级。2020年，7个分区的综合安全度分别提高了0.102、0.090、0.089、0.089、0.086、0.098、0.084；2030年，7个分区的综合安全度分别提高了0.083、0.077、0.070、0.068、0.067、0.081、0.064。抛除不确定因素影响，在一定时期内，该水资源配置方案能有效保障松花江流域水环境安全。因此，不在调整配置方案，此方案即为未来松花江流域经济社会发展的水资源配置与管理依据。
图9为本发明实施例提供的一种水环境安全评价装置的结构示意图，参见图9，所述水环境安全评价装置900包括：制定模块901、配置模块902、建立模块903、判断模块904、第一执行模块905和第二执行模块906。其中，
所述制定模块901，用于根据水环境安全状况，制定水资源配置方案。
所述配置模块902，用于根据所述水资源配置方案进行水资源配置。
所述建立模块903，用于建立水环境安全评价模型。
所述判断模块904，用于根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全。
所述第一执行模块905，用于若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案。
所述第二执行模块906，用于若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。
可选地，所述建立模块903包括：构建单元、划分单元、确定单元、第一计算单元和第二计算单元。其中，
所述构建单元，用于构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统。
可选地，所述构建单元包括：构建子单元。
所述构建子单元，用于根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
所述划分单元，用于将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分。
所述确定单元，用于确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。
所述第一计算单元，用于计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度。
所述第二计算单元，用于根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
可选地，所述判断模块904包括：判断单元、第一结果单元、第二结果单元、第三结果单元和第四结果单元。
所述判断单元，用于根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全。
所述第一结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值且小于等于第一阈值时，水环境为严重不安全。
所述第二结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值且小于等于第二阈值时，水环境为不安全。
所述第三结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值且小于等于第三阈值，水环境为基本安全。
所述第四结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值且小于等于极大值，水环境为安全，其中，所述极大值和极小值均与所述第一阈值和第三阈值有关。
在本发明实施例中，所述确定单元包括：确定子单元。
所述确定子单元，用于根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。
进一步地，所述确定子单元包括：建立子子单元、构造子子单元、计算子子单元、判断子子单元和得到子子单元。其中，
所述建立子子单元，用于根据所述水环境安全指标体系中各个指标建立的层次结构体系，层次结构体系包括：目标层、准则层和指标层。
所述构造子子单元，用于根据建立的层次结构体系，采用9级标度法对各指标进行重要性对比，构造判断矩阵。
所述计算子子单元，用于计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量。
所述判断子子单元，用于将矩阵的一致性指标与平均随机性指标进行比较，若随机一致性比率小于预定值时，则判断矩阵具有满意的一致性，若随机一致性比率大于等于预定值时，则需要调整判断矩阵。
所述得到子子单元，用于根据判断矩阵的最大特征值、相应的特征向量以及一致性判断结果，得到所述水环境安全指标体系中各个指标在准则层的相应权重。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络侧设备等)执行本发明各个实施例所述收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水环境安全评价方法，其特征在于，包括：
根据水环境安全状况，制定水资源配置方案；
根据所述水资源配置方案进行水资源配置；
建立水环境安全评价模型；
根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；
若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；
若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立水环境安全评价模型，包括：
构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统；
将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分；
确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重；
计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度；
根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建水环境安全指标体系，包括：
根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全，包括：
根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全；
若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值且小于等于第一阈值时，所述水环境为严重不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值且小于等于第二阈值时，所述水环境为不安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值且小于等于第三阈值，所述水环境为基本安全；若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值且小于等于极大值，所述水环境为安全，其中，所述极大值和极小值均与所述第一阈值和第三阈值有关。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重，包括：
根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据层次分析法，确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重，包括：
根据所述水环境安全指标体系中各个指标建立的层次结构体系，层次结构体系包括：目标层、准则层和指标层；
根据建立的层次结构体系，采用9级标度法对各指标进行重要性对比，构造判断矩阵；
计算判断矩阵的最大特征值及相应的特征向量；
将矩阵的一致性指标与平均随机性指标进行比较，若随机一致性比率小于预定值时，则判断矩阵具有满意的一致性，若随机一致性比率大于等于预定值时，则需要调整判断矩阵；
根据判断矩阵的最大特征值、相应的特征向量以及一致性判断结果，得到所述水环境安全指标体系中各个指标在准则层的相应权重。
7.一种水环境安全评价装置，其特征在于，包括：
制定模块，用于根据水环境安全状况，制定水资源配置方案；
配置模块，用于根据所述水资源配置方案进行水资源配置；
建立模块，用于建立水环境安全评价模型；
判断模块，用于根据水环境安全评价模型，判断水环境是否安全；
第一执行模块，用于若判断结果为水环境安全，则执行所述水资源配置方案；
第二执行模块，用于若判断结果为水环境不安全，对所述水资源配置方案进行调整。
8.根据权利要求7所述的水环境安全评价装置，其特征在于，所述建立模块包括：
构建单元，用于构建水环境安全指标体系，其中，所述水环境安全指标体系包括：社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和/或水质安全子系统；
划分单元，用于将所述水环境安全指标体系中各个指标按照层级进行划分；
确定单元，用于确定所述水环境安全指标体系中各个指标对应的各个层级的权重；
第一计算单元，用于计算所述水环境安全指标体系中各个指标的子安全度；
第二计算单元，用于根据各个指标的子安全度及各个层级的权重，计算所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度。
9.根据权利要求8所述的水环境安全评价装置，其特征在于，所述构建单元包括：
构建子单元，用于根据社会经济安全子系统、水生态安全子系统、水量安全子系统和水质安全子系统，通过指标筛选，构建具体流域/区域的评价指标体系。
10.根据权利要求8所述的水环境安全评价装置，其特征在于，所述判断模块包括：
判断单元，用于根据所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度，判断水环境是否安全；
第一结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于极小值且小于等于第一阈值时，水环境为严重不安全；
第二结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第一阈值且小于等于第二阈值时，水环境为不安全；
第三结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第二阈值且小于等于第三阈值，水环境为基本安全；
第四结果单元，用于若所述水环境安全指标体系中各个指标的总安全度大于第三阈值且小于等于极大值，水环境为安全，其中，所述极大值和极小值均与所述第一阈值和第三阈值有关。
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