地表水環境質量的綜合評價技術探討

摘要：地表水環境質量綜合評價是水環境管理的重要依據，本文介紹了目前水質評價的各類方法，并結合實際案例對單因子評價法和綜合污染指數法應用進行比較。

關鍵詞：地表水環境；質量綜合評價

中圖分類號：X824 文獻標識碼：A 文章編號：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、生產之要、生態之基”，水環境質量關乎人類社會的生存和發展。隨著經濟快速發展，地表水污染成為無法回避的環境問題。目前，我國地表水的2/3明顯受到污染，全國地表水監測考核斷面中僅有1/3達到集中式供水水源水質要求[1]。科學、合理地評價地表水環境質量狀況及其變化規律，為保護和高效利用水資源提供了重要支撐，也是做好水環境質量信息發布的基礎。但水質評價結果的可靠性不僅取決于監測數據的準確性，還依賴評價方法的科學性，因此本文對地表水環境質量的綜合評價技術進行了探討。

1 地表水環境質量評價方法

1.1 單因子評價法

單因子評價法通過逐一比較所有參與評價的水質指標，并將最差的單項指標類別作為綜合水質評價結果。這種評價方法簡單明了，易于理解，便于操作，但以偏概全，無法綜合反映水體污染的整體狀況，評價結果也過于悲觀。

1.2 綜合污染指數評價法

不難看出，綜合污染指數能夠反映被評價水體的整體水質，而且計算方法簡單，但不同污染因子參與的貢獻率沒有統一標準，分級也缺乏明確依據。

1.3 基于不確定性理論的評價法

地表水環境存在許多不確定性因素，以有限的時空監測數據全面概括整體水質并不容易，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價方法就出現了，并得到應用。目前研究不確定性問題的理論主要有模糊數學、概率論和灰色理論。基于模糊數學的模糊評價法是通過監測數據建立隸屬度集，再與權重結合得到模糊積，以此評判水質對各級標準的隸屬程度，并反映綜合水質的模糊性。根據實際應用方法，模糊評價法又分為模糊聚類法、模糊貼近度法、模糊綜合指數法等。概率論是基于可重復觀測隨機事件的數理統計分析，但經典數理統計不能很好解決多個相互關聯指標的統計規律，需要用到下面的多元統計分析法。灰色理論是研究不完整信息的理論，地表水環境質量本征即為灰色系統，所以適合灰色評價。評價時，先要計算各污染因子對評價標準的關聯度，再根據關聯度大小確定水質級別。灰色評價法也包括灰色聚類法、灰色模式識別法、灰色關聯評價法等。上述方法可以更加客觀地反映水環境質量，但也存在評價過程比較復雜的缺陷。

1.4 基于人工智能算法的評價法

人工智能算法也稱為機器學習算法，是隨著計算機技術發展起來的優化算法，例如人工神經網絡、遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、免疫算法、支持向量機等。以人工神經網絡為例，因為運算速度快、學習能力強、容錯性好，使其在水質評價中獲得廣泛應用。神經網絡模型眾多， BP網絡、Hopfield網絡、RBF網絡、自組織映射（SOM）等已在地表水質評價中取得良好效果，其中BP網絡應用最廣。

1.5 基于多元統計分析的評價法

在流域水質評價中，傳統評價方法應對大樣的復雜系統力不從心，難以解釋數據之間的聯系，而多元統計分析在這方面可以發揮重要作用。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用于流域水質評價[3]。例如主成分分析能夠在眾多因子構成的復雜系統中找到主要影響因子，這樣就能以少量評價指標代表綜合水質。

1.6 基于地理信息系統的評價法

對地表水質進行評價不僅涉及時間問題，還有空間分布，這就需要借助地理信息系統（GIS）技術的支持。例如要制作地表水監測斷面水質達標情況圖，可利用Surfer軟件將河涌監測斷面結果生成污染物濃度等值線圖，就能清晰展示監測斷面水質達標情況[4]。

2 地表水環境質量綜合評價方法應用

由于單因子評價法和綜合污染指數法計算簡便，在國內水質評價中應用廣泛，因此，結合實際工作，以某區地表水常規監測數據出發，對單因子評價法、等權重綜合污染指數、加權疊加綜合污染指數、內梅羅指數法評價應用進行綜合比較。

2.1 評價指標與評價標準

該流域面積115.44km2，河道全長38.6km，隨著經濟和城市化的發展，河道水質受到不同程度污染，現選取該河道某年7月豐水期的監測數據，結合本區水質特點和日常監測情況，選取pH、DO、CODmn、NH3-N和總磷等5個參數作為評價因子，采用《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ類為評價標準值，水質監測數據和單項污染指數如表1所示。等權重綜合污染指數、加權疊加綜合污染指數、內梅羅指數法評價等級分類詳見表2。

2.2 評價結果與分析

評價結果比較詳見表3。

由表3評價結果顯示，由于不同水質評價方法制定的差異性，評價結果會經常不一致，內梅羅指數法的評價結果最為寬松，3個監測斷面均達到Ⅰ類，同一斷面不同評價方法的評價結果并不一致，3種同屬綜合污染指數的評價結果也有明顯差異。

3 結語

經過多年探索和不斷實踐，我國環境質量評價理論和方法日趨成熟和多樣化，然而評價系統的復雜性決定了任何一種評價方法都不能盡善盡美、包羅萬象，需要多種評價方法的對比參照才能更加全面反映水質的實際狀況，因此在水質評價工作中了解各類評價方法的特點是有益的，在具體應用中，選擇較為合適的評價方法，可為水環境管理提供更加客觀的依據。

參考文獻

[1]夏軍，石衛.變化環境下中國水安全問題研究與展望[J].水利學報，2016，47（3）：292-301.

[2]楊旭，曾祥亮.基于單因子評價法和污染指數法的鄭州大學眉湖水質評價[J].江蘇科技信息，2014，（5）：51-53.

[3]姜明岑，王業耀，姚志鵬等.地表水環境質量綜合評價方法研究與應用進展[J].中國環境監測，2016，32（4）：1-6.

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

收稿日期：2017-11-21

作者簡介：丘仕梅（1971-），女，本科，工程師，研究方向為環境監測與監測數據綜合分析。