水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀與前沿進(jìn)展

劉宇麟

（泰州市大自然檢測(cè)科技有限公司江蘇泰州225300）

水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀與前沿進(jìn)展

劉宇麟

（泰州市大自然檢測(cè)科技有限公司江蘇泰州225300）

水的質(zhì)量評(píng)價(jià)是指使用某些特定的數(shù)理方法，定量描述水的環(huán)境質(zhì)量等級(jí)的過程。本文系統(tǒng)的概述了水環(huán)境的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。并結(jié)合實(shí)際，對(duì)其發(fā)展研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行了論述。指出了隨著日趨發(fā)展成熟的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法更容易、更實(shí)用，也會(huì)使水的質(zhì)量評(píng)價(jià)更具準(zhǔn)確性。此外，GIS技術(shù)和大量計(jì)算機(jī)新技術(shù)的引用，如虛擬仿真技術(shù)，在水質(zhì)模擬方面利用數(shù)據(jù)提供了數(shù)據(jù)可視化，更為直觀，動(dòng)態(tài)的模擬的可能性，進(jìn)而為水污染控制提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)水質(zhì)量評(píng)價(jià)方法更好的發(fā)展。

水環(huán)境質(zhì)量；評(píng)價(jià)方法；研究現(xiàn)狀；前沿進(jìn)展

水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是通過特定的某種數(shù)學(xué)方法及技術(shù)手段，對(duì)區(qū)域內(nèi)水環(huán)境的環(huán)境因素進(jìn)行分析，進(jìn)行定量描述。并通過其評(píng)估的結(jié)果，對(duì)區(qū)域水質(zhì)環(huán)境的未來發(fā)展趨勢(shì)、變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為區(qū)域環(huán)境規(guī)劃系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)及水質(zhì)的污染控制打下基礎(chǔ)，提供可靠的科學(xué)發(fā)展依據(jù)。

1 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法概述

1.1 概念定義

水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是通過選擇相應(yīng)的參考指標(biāo)參數(shù)，如水質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等，并利用科學(xué)的計(jì)算方法，對(duì)水的用途價(jià)值及處理流程做出相應(yīng)的分析，得到相關(guān)評(píng)定結(jié)果。評(píng)估的主要的目的是為了準(zhǔn)確的反應(yīng)項(xiàng)目地的水質(zhì)污染現(xiàn)狀，明確水質(zhì)變化發(fā)展規(guī)律，找出主要污染源頭流域，以期在控制水污染方案中及水質(zhì)功能區(qū)劃中，更好的提供依據(jù)。

1.2 主要分類

對(duì)水質(zhì)污染使用的各種數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，主要使用的方法包括以下幾個(gè)類型：確定性數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法，數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法。其中確定性數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法主要包括：評(píng)估污染指數(shù)方法，層次評(píng)價(jià)法，水質(zhì)綜合指數(shù)鑒定方法；不確定性數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)方法包括投影追蹤模型法，物質(zhì)元素可擴(kuò)展方法，模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)發(fā)，灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)分析法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法的。

2 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法概述

環(huán)境質(zhì)量的評(píng)估的可靠性一方面主要依靠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，另一方面則取決于水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性。就目前而言，對(duì)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法有很多，主要采用的方法總結(jié)如下。

2.1 污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

污染指數(shù)評(píng)價(jià)法主要是看水體指標(biāo)監(jiān)測(cè)的最終結(jié)果，把監(jiān)控所取得的指標(biāo)數(shù)據(jù)將與水的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出的比值作為分指數(shù)，該指數(shù)是對(duì)水體污染程度進(jìn)行評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，也可作為在一個(gè)流域內(nèi)，不同時(shí)間及不同斷面的水質(zhì)情況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。污染指數(shù)法可以對(duì)水進(jìn)行定量描述反映污染物的性質(zhì)和污染水體的污染水平。

2.2 層次分析評(píng)價(jià)法

AHP是評(píng)價(jià)在系統(tǒng)是將指首先將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，然后對(duì)同一層級(jí)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。其次通過計(jì)算得出各個(gè)指標(biāo)因素的權(quán)重分值。這一方法的關(guān)鍵在于建立不同層級(jí)的指標(biāo)體系及判斷矩陣，最后求得每一層次的各元素對(duì)上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，利用加權(quán)和的方法遞算出總目標(biāo)的最終權(quán)重，最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。

2.3 主成分分析評(píng)價(jià)法

主成分分析法是一種數(shù)學(xué)變換的方法，它的目的在于將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)主要的綜合指標(biāo)。并運(yùn)用數(shù)學(xué)變換方法，對(duì)變量的總方差值保持不變，把最大方值變成第一變量，第一變量即為第一主成分。第二變量方差值則僅次于第一方差值，且與第一變量不相關(guān)，則稱其為第二主成分。依照以上可類推，多個(gè)變量則有多個(gè)個(gè)主成分。該方法是對(duì)水質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的常用方法之一。由于水質(zhì)系統(tǒng)中組成成分復(fù)雜，各個(gè)影響因子之間的關(guān)聯(lián)性也并不強(qiáng)，因此運(yùn)用此種方法，可以大大降低水質(zhì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)難度，是對(duì)高維度變量系統(tǒng)的最簡單，最綜合的評(píng)價(jià)分析方法。

2.4 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)簡稱WQI。WQI=X1.X2X3X4該公式中WQI表示綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)；X1是指綜合水質(zhì)級(jí)別；X2表示檢測(cè)區(qū)水域內(nèi)綜合水質(zhì)在該級(jí)別水質(zhì)區(qū)間內(nèi)的級(jí)別水平；X3指對(duì)單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所得到的次于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的指標(biāo)個(gè)數(shù)；X4則是指綜合水質(zhì)的污染程度。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法可得出水質(zhì)各污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)，通過指數(shù)則可對(duì)流域內(nèi)綜合水質(zhì)的信息進(jìn)行判斷。

2.5 投影尋蹤模型法

投影追求尋蹤模型法之所以可對(duì)水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，是由于水質(zhì)環(huán)境類型通常是由多個(gè)非線性指標(biāo)決定的。在水質(zhì)資源中，往往通過建立不同的預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而達(dá)到從不同角度解決水資源預(yù)的高維復(fù)雜性問題。該方法可首次在1974年提出，是一種新的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，為水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)開闊了新思路。

2.6 物元可拓評(píng)價(jià)法

物元可拓評(píng)價(jià)法由我國蔡文創(chuàng)立，主要用于處理不相容問題。在水質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)分析中受到廣發(fā)運(yùn)用，能解決多個(gè)指標(biāo)及單項(xiàng)指標(biāo)最終結(jié)果不相容的問題。對(duì)水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)時(shí)，經(jīng)常會(huì)涉及到水質(zhì)指標(biāo)界于兩個(gè)相鄰的不同級(jí)別，利用此方法，通過建立事物多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，可求出不同指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，可解決以上問題。

2.7 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法

模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法是基于模糊數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上提出的一種綜合評(píng)價(jià)方法。該綜合評(píng)價(jià)法是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化成為定量評(píng)價(jià)，其優(yōu)勢(shì)在于分析的結(jié)果清晰，能將難以定量化的、非確定性的問題進(jìn)行解決。在水質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中，水環(huán)境污染程度與水質(zhì)分級(jí)聯(lián)系度較高，且水質(zhì)的變化是連續(xù)性的。因此存在非確定性問題。模糊評(píng)價(jià)法的運(yùn)用可將此類問題解決，進(jìn)而使水質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中存在的不確定性因素得以解決，是結(jié)果較為客觀，準(zhǔn)確。

2.8 灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法

灰色系統(tǒng)分析方法是指把各個(gè)因素之間發(fā)展動(dòng)態(tài)的相似性及相異程度作為衡量因素之間關(guān)聯(lián)性的指標(biāo)，利用一定的方法，對(duì)系統(tǒng)中的不同因素找尋一種數(shù)值關(guān)系。其非常適合于對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)歷程進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。因此，在對(duì)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，就可將這些有限時(shí)空內(nèi)所獲得的不完全、不具體的信息視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，建立不同等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之間聯(lián)系，利用灰色關(guān)聯(lián)度理論進(jìn)行合理的分析。

2.9 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是基于人腦活動(dòng)理論化的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，它具備大規(guī)模計(jì)算及存儲(chǔ)、自組織、容錯(cuò)等能力。在水環(huán)境質(zhì)量分類好和預(yù)測(cè)上運(yùn)用極為廣泛。一般包括輸入層、中間層及輸出層三層。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型種類多種，如BPN、RBFN、GRNN等，可結(jié)合不同的水質(zhì)環(huán)境，選取指標(biāo)體系的不同，對(duì)其進(jìn)行選擇。

3 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法前沿研究

3.1 就目前水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)而言，其復(fù)雜多變及不確定、不穩(wěn)定性使該研究領(lǐng)域還沒有一個(gè)認(rèn)可性高、認(rèn)知度高的水質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)使用的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型都具有各自不同的缺陷性，如何使研究流域內(nèi)所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)、準(zhǔn)確，更具備決策性，仍是該領(lǐng)域需繼續(xù)深入研究的問題。

3.2 水環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果是后期做好環(huán)境決策和管理服務(wù)的重要基礎(chǔ)。因此，好的水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法不僅應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，還要保證方法的可實(shí)用性、可操作性及準(zhǔn)確性等特點(diǎn)。評(píng)價(jià)結(jié)果的水質(zhì)類別最好應(yīng)與國家水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)相符合，具備可比性的特點(diǎn)。與同一類別的水體進(jìn)行比較時(shí)，能對(duì)水的質(zhì)量進(jìn)行完整的說明，且評(píng)價(jià)方法還應(yīng)具備簡單實(shí)用，以便，后期遇到同樣的情況，可加以推廣。

3.3 結(jié)合當(dāng)前隨著計(jì)算機(jī)、通訊及自動(dòng)監(jiān)測(cè)等技術(shù)的發(fā)展，水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的未來方向應(yīng)在地理信息系統(tǒng)(GIS)評(píng)價(jià)模型查詢及可視化評(píng)價(jià)結(jié)果的發(fā)展上。在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)管理方面，GIS技術(shù)可在數(shù)據(jù)分析、空間查詢及空間模型建立方面進(jìn)行良好的應(yīng)用，尤其是在水環(huán)境質(zhì)量預(yù)警方面的應(yīng)用，GIS可建立水環(huán)境預(yù)測(cè)模型，將前端采集的實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)信息與預(yù)測(cè)模型進(jìn)行交互運(yùn)用，運(yùn)用所建立的模型對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，對(duì)可能會(huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行可視化。

3.4 隨著水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法探索的加快，水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)工作日益成熟。為使水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法所取得成果更加符合流域水環(huán)境的實(shí)際特征。對(duì)水環(huán)境質(zhì)量研究方法進(jìn)行完善和提升及對(duì)選取的水質(zhì)指標(biāo)的多種指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化必不可少，以達(dá)到更真實(shí)、更準(zhǔn)確的反應(yīng)水環(huán)境質(zhì)量的目的。結(jié)合當(dāng)前水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法而言，從不確定性的角度對(duì)水體質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)以后該領(lǐng)域發(fā)展的主要研究方向。

4 結(jié)語

對(duì)水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定是一項(xiàng)較為復(fù)雜的研究工作。可選擇的評(píng)價(jià)分析方法種類眾多，但不同的評(píng)價(jià)分析方法可能會(huì)得出不同的分析結(jié)果。要做到對(duì)水環(huán)境質(zhì)量準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)，需對(duì)各種方法進(jìn)行深入研究，并對(duì)當(dāng)前的方進(jìn)行不斷地創(chuàng)新、完善，充分了解不同分析方法的優(yōu)勢(shì)及缺陷性，才可保證水質(zhì)環(huán)境評(píng)定結(jié)果的可用性，保證水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法快速發(fā)展。

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表2 某公路項(xiàng)目沿線主要河流水常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)mg/L

表2中所監(jiān)測(cè)到的項(xiàng)目涉及到的主要水質(zhì)情況來看，該公路項(xiàng)目建設(shè)沿線的三座水庫和三條河流受到有機(jī)污染的程度不高，化學(xué)需氧量指標(biāo)較好，所選取的監(jiān)測(cè)指標(biāo)基本符合標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。需要注意的是第三條河流的部分評(píng)價(jià)因子的數(shù)值較大，臨近最高限值，反映出該條河流的水質(zhì)生態(tài)較為脆弱，在后期項(xiàng)目施工和運(yùn)營過程中要注意做好水質(zhì)環(huán)境保護(hù)，實(shí)時(shí)掌握水質(zhì)變化情況，防止因施工加劇河流污染。

公路項(xiàng)目建設(shè)需要評(píng)價(jià)的內(nèi)容和項(xiàng)目較多，除了水質(zhì)評(píng)價(jià)外，噪聲、大氣污染等也都需要給予足夠的關(guān)注。

4 公路項(xiàng)目建設(shè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施

公路項(xiàng)目建設(shè)具有周期長，階段性等特點(diǎn)，因此，做好項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)的同時(shí)，也要根據(jù)其項(xiàng)目特點(diǎn)做好環(huán)境保護(hù)工作。（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段。主要是做好實(shí)地調(diào)查研究，針對(duì)公路項(xiàng)目區(qū)域的生態(tài)環(huán)境做好相關(guān)的項(xiàng)目論證，優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，以減少對(duì)耕地、水庫等重點(diǎn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。（2）項(xiàng)目施工階段。公路項(xiàng)目施工階段做好生態(tài)環(huán)境的保護(hù)要嚴(yán)格根據(jù)環(huán)評(píng)“三同時(shí)”制度要求，做好施工環(huán)節(jié)的環(huán)境管理，既要對(duì)物料運(yùn)輸?shù)沫h(huán)保，注意做好防塵、降噪，也要做好物料堆放的選址和環(huán)保工作，要遠(yuǎn)離水庫、居民區(qū)、耕地等，對(duì)于瀝青、油料等污染物要實(shí)行嚴(yán)格的使用、登記和防滲監(jiān)管工作，實(shí)行專人負(fù)責(zé)。（3）運(yùn)營階段。公路項(xiàng)目建成后要及時(shí)恢復(fù)被破壞的植被和生態(tài)環(huán)境，防止地表裸露。

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程瑩瑩（1977—），女，漢族，江蘇南京人，碩士研究生，中級(jí)職稱，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究和工程咨詢工作。