地表水環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)探討

摘要：地表水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)是水環(huán)境管理的重要依據(jù)，本文介紹了目前水質(zhì)評(píng)價(jià)的各類方法，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法應(yīng)用進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：地表水環(huán)境；質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）01-0075-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.043

Comprehensive evaluation of surface water environmental quality

Qiu Shimei

（Guangzhou Panyu District Environmental Monitoring Station，Guangzhou Guangdong 511483， China）

Abstract： The comprehensive evaluation of surface water environment quality is an important basis for water environment management. This paper introduces various methods of water quality assessment at present， and compares the application of single factor evaluation method and comprehensive pollution index method with practical cases.

Key words： Surface water environment； Quality comprehensive evaluation

“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”，水環(huán)境質(zhì)量關(guān)乎人類社會(huì)的生存和發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地表水污染成為無(wú)法回避的環(huán)境問題。目前，我國(guó)地表水的2/3明顯受到污染，全國(guó)地表水監(jiān)測(cè)考核斷面中僅有1/3達(dá)到集中式供水水源水質(zhì)要求[1]。科學(xué)、合理地評(píng)價(jià)地表水環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化規(guī)律，為保護(hù)和高效利用水資源提供了重要支撐，也是做好水環(huán)境質(zhì)量信息發(fā)布的基礎(chǔ)。但水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性不僅取決于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還依賴評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性，因此本文對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

1.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法通過(guò)逐一比較所有參與評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)，并將最差的單項(xiàng)指標(biāo)類別作為綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。這種評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單明了，易于理解，便于操作，但以偏概全，無(wú)法綜合反映水體污染的整體狀況，評(píng)價(jià)結(jié)果也過(guò)于悲觀。

1.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

不難看出，綜合污染指數(shù)能夠反映被評(píng)價(jià)水體的整體水質(zhì)，而且計(jì)算方法簡(jiǎn)單，但不同污染因子參與的貢獻(xiàn)率沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分級(jí)也缺乏明確依據(jù)。

1.3 基于不確定性理論的評(píng)價(jià)法

地表水環(huán)境存在許多不確定性因素，以有限的時(shí)空監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全面概括整體水質(zhì)并不容易，前述確定性模型存在明顯的不足，所以基于不確定理論的評(píng)價(jià)方法就出現(xiàn)了，并得到應(yīng)用。目前研究不確定性問題的理論主要有模糊數(shù)學(xué)、概率論和灰色理論?；谀：龜?shù)學(xué)的模糊評(píng)價(jià)法是通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立隸屬度集，再與權(quán)重結(jié)合得到模糊積，以此評(píng)判水質(zhì)對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬程度，并反映綜合水質(zhì)的模糊性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用方法，模糊評(píng)價(jià)法又分為模糊聚類法、模糊貼近度法、模糊綜合指數(shù)法等。概率論是基于可重復(fù)觀測(cè)隨機(jī)事件的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，但經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計(jì)不能很好解決多個(gè)相互關(guān)聯(lián)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，需要用到下面的多元統(tǒng)計(jì)分析法?；疑碚撌茄芯坎煌暾畔⒌睦碚?，地表水環(huán)境質(zhì)量本征即為灰色系統(tǒng)，所以適合灰色評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)時(shí)，先要計(jì)算各污染因子對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)度，再根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小確定水質(zhì)級(jí)別?；疑u(píng)價(jià)法也包括灰色聚類法、灰色模式識(shí)別法、灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法等。上述方法可以更加客觀地反映水環(huán)境質(zhì)量，但也存在評(píng)價(jià)過(guò)程比較復(fù)雜的缺陷。

1.4 基于人工智能算法的評(píng)價(jià)法

人工智能算法也稱為機(jī)器學(xué)習(xí)算法，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的優(yōu)化算法，例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、免疫算法、支持向量機(jī)等。以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，因?yàn)檫\(yùn)算速度快、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、容錯(cuò)性好，使其在水質(zhì)評(píng)價(jià)中獲得廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型眾多， BP網(wǎng)絡(luò)、Hopfield網(wǎng)絡(luò)、RBF網(wǎng)絡(luò)、自組織映射（SOM）等已在地表水質(zhì)評(píng)價(jià)中取得良好效果，其中BP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最廣。

1.5 基于多元統(tǒng)計(jì)分析的評(píng)價(jià)法

在流域水質(zhì)評(píng)價(jià)中，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法應(yīng)對(duì)大樣的復(fù)雜系統(tǒng)力不從心，難以解釋數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，而多元統(tǒng)計(jì)分析在這方面可以發(fā)揮重要作用。目前，聚類分析、主成分分析、因子分析、回歸分析、判別分析等方法已應(yīng)用于流域水質(zhì)評(píng)價(jià)[3]。例如主成分分析能夠在眾多因子構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)中找到主要影響因子，這樣就能以少量評(píng)價(jià)指標(biāo)代表綜合水質(zhì)。

1.6 基于地理信息系統(tǒng)的評(píng)價(jià)法

對(duì)地表水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)不僅涉及時(shí)間問題，還有空間分布，這就需要借助地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的支持。例如要制作地表水監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況圖，可利用Surfer軟件將河涌監(jiān)測(cè)斷面結(jié)果生成污染物濃度等值線圖，就能清晰展示監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況[4]。

2 地表水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用

由于單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)便，在國(guó)內(nèi)水質(zhì)評(píng)價(jià)中應(yīng)用廣泛，因此，結(jié)合實(shí)際工作，以某區(qū)地表水常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)單因子評(píng)價(jià)法、等權(quán)重綜合污染指數(shù)、加權(quán)疊加綜合污染指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)應(yīng)用進(jìn)行綜合比較。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

該流域面積115.44km2，河道全長(zhǎng)38.6km，隨著經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，河道水質(zhì)受到不同程度污染，現(xiàn)選取該河道某年7月豐水期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合本區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)和日常監(jiān)測(cè)情況，選取pH、DO、CODmn、NH3-N和總磷等5個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)因子，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅲ類為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和單項(xiàng)污染指數(shù)如表1所示。等權(quán)重綜合污染指數(shù)、加權(quán)疊加綜合污染指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)等級(jí)分類詳見表2。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

評(píng)價(jià)結(jié)果比較詳見表3。

由表3評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，由于不同水質(zhì)評(píng)價(jià)方法制定的差異性，評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)經(jīng)常不一致，內(nèi)梅羅指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果最為寬松，3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面均達(dá)到Ⅰ類，同一斷面不同評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果并不一致，3種同屬綜合污染指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果也有明顯差異。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年探索和不斷實(shí)踐，我國(guó)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)理論和方法日趨成熟和多樣化，然而評(píng)價(jià)系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了任何一種評(píng)價(jià)方法都不能盡善盡美、包羅萬(wàn)象，需要多種評(píng)價(jià)方法的對(duì)比參照才能更加全面反映水質(zhì)的實(shí)際狀況，因此在水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中了解各類評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)是有益的，在具體應(yīng)用中，選擇較為合適的評(píng)價(jià)方法，可為水環(huán)境管理提供更加客觀的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]夏軍，石衛(wèi).變化環(huán)境下中國(guó)水安全問題研究與展望[J].水利學(xué)報(bào)，2016，47（3）：292-301.

[2]楊旭，曾祥亮.基于單因子評(píng)價(jià)法和污染指數(shù)法的鄭州大學(xué)眉湖水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].江蘇科技信息，2014，（5）：51-53.

[3]姜明岑，王業(yè)耀，姚志鵬等.地表水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2016，32（4）：1-6.

[4]夏軍，談戈.全球變化與水文科學(xué)新的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].資源科學(xué)，2002，（03）：1-7.

收稿日期：2017-11-21

作者簡(jiǎn)介：丘仕梅（1971-），女，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析。