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河流综合水质评价方法比较研究

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第17卷第5期2008年9月长江流域资源与环境Resources and Environment in t he Yangtze BasinVol.17No.5Sept.2008 文章编号:100428227(2008)0520729205河流综合水质评价方法比较研究尹海龙,徐祖信(同济大学环境科学与工程学院,上海,200092)摘　要:为探讨综合水质评价结论的科学合理性,对典型的7种河流综合水质评价方法,包括单因子评价法、污染指数法、模糊评价法、灰色系统评价法、层次分析法、人工神经网络法、水质标识指数法,在归类分析其特性的基础上,针对代表性的评价样本,进行了综合水质评价比较研究。

主要结论为:①单因子评价法以最差水质指标所属类别作为综合水质类别,评价结论表现为过保护;②污染指数法能够直观判断综合水质是否达到功能区目标,但是不能判断综合水质类别;③对模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP人工神经网络法和水质标识指数法等5种典型评价方法,当综合水质为Ⅰ～Ⅴ类水情形时,这几种方法评价结论基本一致,证明这5种典型评价方法对Ⅰ～Ⅴ类水的评价结论具有科学合理性;④当综合水质为劣Ⅴ类水时,模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP 人工神经网络法的评价结论偏保守,而水质标识指数法解决了劣Ⅴ类水质的连续性描述问题,能够对劣Ⅴ类水进行科学合理评价,并对Ⅰ～Ⅴ类水、劣Ⅴ类水不黑臭、劣Ⅴ类水黑臭进行全面、科学合理的定性与定量评价。

关键词:综合水质评价;污染指数法;模糊评价法;灰色评价法;层次分析法;人工神经网络法;水质标识指数文献标识码:A 河流综合水质评价是水环境治理中的重要基础性工作,通过对水质监测数据的合理评价,才能制定科学的整治规划,采取有效的措施。

自20世纪80年代以来,我国开始全国范围内的河流水质评价工作,综合水质评价结果的科学合理性一直是探讨的热点问题。

目前,在我国河流综合水质评价中,得到学者和水质评价工作者关注的、典型的水质评价方法包括单因子评价法、污染指数法,模糊数学评价法、灰色系统评价法、层次分析法、物元分析法、人工神经网络评价法,还包括最近提出并在我国上海等数省市得到全面推广应用的水质标识指数法[1,2]等。

这些典型的评价方法评价结论是否科学合理?这是我国广大水环境工作者一直关心的问题。

要回答这一问题,需要开展我国各种典型综合水质评价方法的比较研究[3～6],而这种全面性的研究目前未见报道。

本研究在归类分析比较典型河流综合水质特征的基础上,选取代表性的评价样本,进行河流综合水质评价方法的比较研究。

1　典型综合水质评价方法归类分析1.1　基于单项水质指标评价的方法———单因子评价法其基本思想是:在所有参与综合水质评价的水质指标中,选择水质最差的单项指标所属类别来确定所属水域综合水质类别[7,8]。

我国在水质监测公报中,便采用单因子评价法评价水体综合水质。

1.2　基于水环境功能区的评价方法———污染指数法是基于水环境功能区的评价方法,其基本思想是:①针对单项水质指标,将其实测值与对应的水环境功能区类别水质标准相比,形成单项污染指数;②对所有参与综合水质评价的单项水质指标,将各指标的单项污染指数通过算术平均、加权平均、连乘及指数等各种数学方法得到一个综合指数,来评价综合水质[9～11],如加权平均综合指数表示为:P=∑ni=1w i I i=∑ni=1w i(C i/S i)(1)收稿日期:2007206222;修回日期:2007208228基金项目:上海市科委登山计划项目(062312017)作者简介:尹海龙(1976～　),男,山东省烟台人,博士,讲师,主要从事区域水环境规划与管理方面的研究工作.E2mail:yinhailong@ 式中:P为综合污染指数;n为参与综合水质评价的单项水质指标数;w i为第i项指标的权重;I i为第i项指标的单项污染指数;I i=C i/S i,C i为单项水质指标的实测浓度;S i为与水域功能类别对应的单项水质指标浓度限值。

由此可以看出,综合污染指数判断综合水质相对于水环境功能区的达标程度, P≤1,表明综合水质达标,否则综合水质超标。

1.3　基于矩阵运算的评价方法基于矩阵运算的典型评价方法包括模糊数学评价法、灰色系统评价法、层次分析法。

模糊数学评价法的基本思想是构造隶属函数和模糊关系矩阵[12～14];灰色系统评价法的基本思想是构造白化函数和灰色聚类矩阵[15,16];层次分析法的基本思想是构造基于递阶层次结构模型的判断矩阵[17]。

基于评价矩阵构造,这几种评价方法的评价结果表示为: P={a1,a2,a3,a4,a5}(2)式中:P为综合水质评价结果;a i(i=1,2,3,4, 5)为综合水质对第i类水质类别的隶属程度;最大隶属度对应的水质类别即为综合水质类别。

如P={01156,01141,01375,01303,01026},综合水质为Ⅲ类。

1.4　基于样本训练的评价方法———人工神经网络法是基于样本训练的评价方法,在水质评价领域,最典型的方法是基于BP网络的水质评价,其基本思想是:①选定样本,通过不断的正向和反向反馈,对B P神经网络进行训练,直至得出满意的、与样本预期输出相符合的计算结果;②基于训练好的BP 网络,对评价样本进行综合水质评价[18]。

所选训练样本通常为地表水环境质量标准(G B3838-2002)的浓度限值,评价结果是一个“连续性的水质类别”,α≤P<α+1,表示评价综合水质类别为α类。

1.5　基于代数运算的水质连续性刻画评价方法———水质标识指数法水质标识指数法是一种基于代数运算的水质连续性刻画评价方法,其基本思想是[1,2]:P i=X1・X2(3)式中:P i为第i项评价指标的单因子水质指数; X1为第i项评价指标的水质类别;X2为监测数据在X1类水质变化区间中所处的位置,根据公式按四舍五入的原则计算确定(图1)。

与其它评价方法不同,X1・X2的计算基于代数运算模式,不仅能够对Ⅰ～Ⅴ类水进行连续性刻画,还能够对劣Ⅴ类水进行连续性刻画。

详细计算过程可参阅有关文献。

图1　单项水质指数符号意义Fig.1　Explanation of Single FactorWater Quality Index进一步,考虑主要污染指标的单因子贡献力和所有参与评价指标的整体相似性,基于单因子水质指数,采用如下公式计算反映综合水质类别和综合水质污染程度的综合水质指数:C1・C2=1m+1(∑mi=1P i+1n∑nj=1P j)(4)式中:C1・C2为综合水质指数;P i为主要污染指标的单因子水质指数,每项指标各占1个权重;m 为主要污染指标的数目;P j为除主要污染指标外,其它参与综合水质评价水质指标的单因子水质指数,所有非污染污染指标共计1个权重;n为非主要污染指标的数目。

目前,针对百余条城市河流的综合水质评价证明了该计算方法的可靠性,同时保证了评价指标的全面性和不同断面评价结果的可比性。

得出综合水质指数后,通过判断水体功能达标情况,得到综合水质标识码,最终形成综合水质标识指数。

综合水质标识指数由整数位和小数点后三位有效数字组成,其符号意义如图2所示。

在河流水质评价中,将河流消除黑臭前后的综合水质标识指数进行比较,确定了水质黑臭的临界点,即C1・C2=710。

由此,能够对Ⅰ～Ⅴ类水、劣Ⅴ类水不黑臭、劣Ⅴ类水黑臭进行全面完整的连续性刻画,如表1所示。

表1　我国基于综合水质标识指数的综合水质刻画Tab.1　Depiction of Comprehensive Water Quality Based on Comprehensive Water Quality Identification Index判断标准综合水质类别1.0≤C1・C2≤2.0Ⅰ类2.0<C1・C2≤3.0Ⅱ类3.0<C1・C2≤4.0Ⅲ类4.0<C1・C2≤5.0Ⅳ类5.0<C1・C2≤6.0Ⅴ类6.0<C1・C2≤7.0劣Ⅴ类,不黑臭 C1・C2>7.0劣Ⅴ类,黑臭037 长江流域资源与环境 第17卷　图2　综合水质标识指数符号意义Fig.2　Explanation of Comprehensive Water Quality Identification Index2　典型方法的评价结果比较与分析综合水质评价方法的核心是其科学合理性问题。

为此,对相同的评价样本进行了评价方法比较性评价。

2.1　评价样本,以反映我国不同区域河流的污染特征。

根据《2006年中国环境状况公报》,我国主要河流及水系的主要污染指标见表2。

表2　2006年我国主要河流及水系主要污染指标Tab.2　Focused Pollution Indices of ChineseMain Rivers and Watershed in2006序号主要河流及水系主要污染指标1长江水系石油类、氨氮、五日生化需氧量2黄河水系石油类、氨氮、五日生化需氧量3珠江水系石油类、氨氮4松花江水系高锰酸盐指数、石油类、氨氮5淮河水系高锰酸盐指数、石油类、五日生化需氧量6海河水系高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮7辽河水系石油类、氨氮、五日生化需氧量8浙闽区河流石油类、氨氮、五日生化需氧量9西南诸河高锰酸盐指数、石油类、铅10西北诸河氨氮 从表2中可以看出,目前我国河流的主要污染指标是高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类,表现为耗氧有机污染的特征。

为此,评价样本包括高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类以及溶解氧5项主要指标,一方面反映了我国河流的污染特点,另一方面不至于选择的污染指标太少,影响到综合水质评价。

所选取的评价样本见表3,样本覆盖了不同类别的水环境功能区,即包括污染较轻的河流,也包括污染严重的河流,以体现出样本的广泛代表性。

表3　河流综合水质评价样本Tab.3　Samples for Comprehensive WaterQuality Assessment样本编号水环境功能区水质监测数据(mg/L)溶解氧高锰酸盐指数五日生化需氧量氨氮石油类1Ⅱ 5.74 5.35 3.68 1.730.052Ⅱ 4.20 5.28 2.78 1.210.053Ⅲ 4.97 5.55 2.95 1.330.064Ⅲ 3.99 5.36 2.42 1.690.065Ⅳ 3.57 5.46 2.94 1.800.086Ⅳ 4.16 4.92 3.46 1.580.077Ⅴ 1.51 6.21 6.837.480.208Ⅴ 1.2312.4512.1111.020.179Ⅴ 1.3310.259.917.060.15 2.2　评价结论样本3的评价结论见表4。

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三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比江安河是成都市的一条重要河流，其水质对于当地的环境和人民生活具有重要影响。

为了评价江安河的水质，可以采用三种不同的水质评价方法进行分析对比。

这三种方法分别是水质指数法、生物指标法和物理化学指标法。

水质指数法是根据水质监测指标的综合评判来评价水质的一种方法。

其基本原理是将不同指标的监测结果转化为相应的权重系数，然后计算得出综合指数。

这种方法适用于大面积的水质评价，能够反映水质的综合状况。

在江安河水质评价中，可以将溶解氧含量、浑浊度、氨氮含量、总磷含量等指标作为评价指标，通过计算综合指数来评价江安河的水质状况。

生物指标法是根据水体中的生物群落结构和数量的变化来评价水质的一种方法。

这种方法通过对水中浮游动物、底栖生物和水生植物等的调查和分析，可以判断水质的好坏。

在江安河水质评价中，可以采集水体中的浮游动物样本和底栖生物样本，通过对其群落结构和数量的分析，来评价江安河水质的生物营养状态和污染程度。

物理化学指标法是根据水体中的物理和化学性质来评价水质的一种方法。

这种方法通过监测水体的温度、溶解氧、pH值、电导率等物理化学指标，来判断水体的污染程度和适宜度。

在江安河水质评价中，可以测量水体的温度、溶解氧、pH值、电导率等指标，并与相关的水质标准进行对比，从而评价江安河的水质状况。

水质指数法、生物指标法和物理化学指标法是评价江安河水质的三种常用方法。

水质指数法适用于大面积的水质评价，生物指标法可以评价水体的生物营养状态和污染程度，物理化学指标法可以评价水体的污染程度和适宜度。

结合这三种方法的结果，可以更全面地评价江安河水质的状况，为当地的水环境管理和保护提供科学依据。

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比江安河是位于我国某省的一条重要河流，其水质对于周围居民的生活和生产都具有非常重要的影响。

为了保障江安河水质的安全，对其水质进行评价和分析显得尤为重要。

目前，对于水质的评价方法有很多种，其中包括化学分析法、生物监测法和物理方法等。

本文将对这三种水质评价方法在江安河水质分析中的运用进行对比分析，以期为江安河水质的治理和保护提供一定的参考。

一、化学分析法化学分析法是目前对水质进行评价的主要方法之一。

它通过对水样中各种物质成分的定性和定量分析，来评估水质的好坏情况。

通常，化学分析法会对水中的溶解性无机物、有机物、重金属、无机盐等进行分析，以及在线监测水中的pH值、溶解氧、浑浊度等指标。

在江安河的水质评价中，化学分析法得到了广泛的运用。

通过对江安河水样中各种物质成分的分析，可以了解江安河水质中是否存在污染物质以及其污染程度。

化学分析法也能够很好地指导针对性的水质治理措施的制定和实施。

二、生物监测法生物监测法是通过对水中生物群落的监测和分析来评价水质状况的方法。

通过观察水体中的浮游植物、底栖生物以及鱼类等生物的种类、数量和分布情况，可以对水质状况进行评价。

生物监测法不仅可以直接反映水质状况，还可以及时发现水体中生物群落的变化，进而发现水质状况的变化。

生物监测法还可以有效地对水质污染的来源进行跟踪和判断。

在江安河的水质分析中，生物监测法也得到了一定的运用。

对江安河水体中的生物群落进行监测和分析，可以更加全面地评价江安河水质的状况，对于水质的改善和保护工作也具有一定的指导意义。

三、物理方法物理方法是通过对水质物理参数的测定和分析来评价水质状况的方法。

通常包括对水体的温度、密度、色度、浊度以及电导率等指标的测定。

通过这些指标的测定，可以初步了解水质的透明度、清洁度和盐度等情况。

物理方法还可以对水体中的大气气体溶解量进行监测和分析，以及对水体的流速和流向等参数进行测定。

在江安河的水质分析中，物理方法也得到了一定的应用。

三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比

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三种水质评价方法运用于江安河水质分析对比江安河是四川省成都市的一条重要河流，是成都市的重要水资源和生态环境支撑。

水质评价是对江安河水质状况进行综合分析和评估的过程，其结果可以为相关方提供保护和改善江安河水质的依据。

本文将介绍三种常用的水质评价方法，并将其应用于江安河的水质分析，比较其优缺点和适用性。

1. 地表水水质评价方法地表水水质评价方法是对江安河水体的理化指标和生物学指标进行测量和分析，以评估水质状况。

这种方法主要包括以下步骤：(1) 收集水样：在江安河不同区域和不同时间采集水样，并进行简单处理。

(2) 测量理化指标：如溶解氧、水温、浊度、PH值、化学需氧量（COD）、氨氮等指标。

(3) 分析生物学指标：如浮游植物、浑浊度、细菌总数、底栖生物等指标。

(4) 分析评价：根据收集的数据和相关标准，对江安河水质进行评价，了解其水质状况。

优点：该方法选取的指标全面，能够全面了解江安河水质的变化和状况。

缺点：需要在采样点进行采样和分析，工作量较大，时间周期较长。

适用性：适用于长时间连续监测水体水质变化和状况分析。

(3) 计算指标得分：根据采集的数据和相关标准，计算各指标的得分，并赋予其相应的权重。

(4) 综合评价：将各指标的得分加权求和，并根据得分结果评价水质的好坏。

优点：该方法将多个指标综合起来评估水质，能够较全面地评价水质状况。

缺点：需要选择合适的指标和权重，对评价结果产生一定的主观性。

适用性：适用于对江安河水质进行快速评估和比较分析。

(1) 数据采集和处理：收集江安河水质数据和各类影响因素数据，并进行处理和整理。

(2) 模型建立：根据收集的数据和相关知识，建立适合江安河水质的数学模型。

(3) 参数估计：通过对已有数据的拟合，估计模型中的参数值。

(4) 模型验证：利用江安河的历史水质数据验证模型的准确性和可信度。

(5) 模拟预测：利用模型对江安河的水质进行模拟和预测，评估未来的水质发展趋势。

优点：该方法能够较准确地预测江安河的水质变化趋势，为水质管理和保护提供科学依据。

探讨河流综合水质评价方法比较分析

探讨河流综合水质评价方法比较分析

【方法探究】探讨河流综合水质评价方法比较分析李红艳47探讨河流综合水质评价方法比较分析李红艳(河北省张家口水文勘测研究中心，河北张家口 075000)[摘要]目前存在多种河流综合水质评价方法，要想确保评价结果更加精准，就要根据河流水质的具 体特征，选用合适的评价方法。

文章介绍了几种河流综合水质评价方法，并通过实例对几种方法进行比 较分析。

[关键词]河流；水质评价；比较分析中图分类号：X824 文章标识码：B文章编号：1009 -0088(2020) 12 -0047 -021几种河流综合水质评价方法1.1单因子评价方法地表水环境质量相关标准中作出明确规定，针对 地表水环境质量的评价，需要结合应具有的水域功能 类别,选择对应的类型标准，实施单因子评价,评价结 果需要对水质是否达到标准加以阐述,若是超过标准 规定需要阐明具体超标的倍数以及超标的相关项目。

单因子评价法应用过程中首要的工作是确立出水体 的评价标准,对比各相关参数的浓度和评价标准，计 算比值是否超过1 ,对水体可否符合对应的水质标准 作出评价，同时对评价指标的水质类型加以判断，将 最差的水质类型当作水质综合评价的最终结果。

这 一水质评价方法相对较为简单，利用该方法水质状况 和评价标准二者间的关系一目了然，是当前环境监测 系统针对水质类型进行划分的重要评价方法之一。

1.2污染指数评价方法该种评价方法主要采用统计各相关污染指标的 相对污染指数的方式，获取能够表示水体受污染程度 的相应数值，这种方法主要确定水体受到污染的程度 以及其中所包含的主要污染物，同时针对水体污染情 况作出综合评价。

通常情况下，污染指数评价方法的 运用是假设相关参与评价因子与水质的贡献大体相 同，利用每个评价隐私标准指数相加的算术平均值实 施计算，并可以对众多不同水质参数和相关标准的对 应关系加以反映，然而最终所获取的结果和单因子评 价方法同样都是相对值，只是评价的标准不一样，计 算的水质指数值也存在一■定差异。