水環(huán)境質量評價方法研究現(xiàn)狀與前沿進展

劉宇麟

（泰州市大自然檢測科技有限公司江蘇泰州225300）

水環(huán)境質量評價方法研究現(xiàn)狀與前沿進展

劉宇麟

（泰州市大自然檢測科技有限公司江蘇泰州225300）

水的質量評價是指使用某些特定的數(shù)理方法，定量描述水的環(huán)境質量等級的過程。本文系統(tǒng)的概述了水環(huán)境的質量評價方法。并結合實際，對其發(fā)展研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展動向進行了論述。指出了隨著日趨發(fā)展成熟的水環(huán)境質量評價方法更容易、更實用，也會使水的質量評價更具準確性。此外，GIS技術和大量計算機新技術的引用，如虛擬仿真技術，在水質模擬方面利用數(shù)據提供了數(shù)據可視化，更為直觀，動態(tài)的模擬的可能性，進而為水污染控制提供了可靠的科學依據，促進水質量評價方法更好的發(fā)展。

水環(huán)境質量；評價方法；研究現(xiàn)狀；前沿進展

水環(huán)境質量評價是通過特定的某種數(shù)學方法及技術手段，對區(qū)域內水環(huán)境的環(huán)境因素進行分析，進行定量描述。并通過其評估的結果，對區(qū)域水質環(huán)境的未來發(fā)展趨勢、變化規(guī)律進行統(tǒng)計分析，為區(qū)域環(huán)境規(guī)劃系統(tǒng)方案的設計及水質的污染控制打下基礎，提供可靠的科學發(fā)展依據。

1 水環(huán)境質量評價方法概述

1.1 概念定義

水環(huán)境質量評價是通過選擇相應的參考指標參數(shù)，如水質參數(shù)、水質標準等，并利用科學的計算方法，對水的用途價值及處理流程做出相應的分析，得到相關評定結果。評估的主要的目的是為了準確的反應項目地的水質污染現(xiàn)狀，明確水質變化發(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功能區(qū)劃中，更好的提供依據。

1.2 主要分類

對水質污染使用的各種數(shù)學的評價方法進行統(tǒng)計，主要使用的方法包括以下幾個類型：確定性數(shù)學評價方法，數(shù)學評價方法。其中確定性數(shù)學評價方法主要包括：評估污染指數(shù)方法，層次評價法，水質綜合指數(shù)鑒定方法；不確定性數(shù)學評價方法包括投影追蹤模型法，物質元素可擴展方法，模糊數(shù)學評價發(fā)，灰色系統(tǒng)評價分析法，人工神經網絡法等方法的。

2 水環(huán)境質量評價方法概述

環(huán)境質量的評估的可靠性一方面主要依靠監(jiān)測數(shù)據的準確性，另一方面則取決于水環(huán)境質量評價方法的科學性。就目前而言，對水環(huán)境質量評價的方法有很多，主要采用的方法總結如下。

2.1 污染指數(shù)評價法

污染指數(shù)評價法主要是看水體指標監(jiān)測的最終結果，把監(jiān)控所取得的指標數(shù)據將與水的評價標準數(shù)據進行比較，得出的比值作為分指數(shù)，該指數(shù)是對水體污染程度進行評估的標準，也可作為在一個流域內，不同時間及不同斷面的水質情況的評價標準。污染指數(shù)法可以對水進行定量描述反映污染物的性質和污染水體的污染水平。

2.2 層次分析評價法

AHP是評價在系統(tǒng)是將指首先將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，然后對同一層級的相關指標進行比對試驗。其次通過計算得出各個指標因素的權重分值。這一方法的關鍵在于建立不同層級的指標體系及判斷矩陣，最后求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權重，利用加權和的方法遞算出總目標的最終權重，最終權重最大者即為最優(yōu)方案。

2.3 主成分分析評價法

主成分分析法是一種數(shù)學變換的方法，它的目的在于將多個指標轉化為少數(shù)幾個主要的綜合指標。并運用數(shù)學變換方法，對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，則稱其為第二主成分。依照以上可類推，多個變量則有多個個主成分。該方法是對水質系統(tǒng)進行評價的常用方法之一。由于水質系統(tǒng)中組成成分復雜，各個影響因子之間的關聯(lián)性也并不強，因此運用此種方法，可以大大降低水質系統(tǒng)的評價難度，是對高維度變量系統(tǒng)的最簡單，最綜合的評價分析方法。

2.4 綜合水質標識指數(shù)法

綜合水質標識指數(shù)簡稱WQI。WQI=X1.X2X3X4該公式中WQI表示綜合水質標識指數(shù)；X1是指綜合水質級別；X2表示檢測區(qū)水域內綜合水質在該級別水質區(qū)間內的級別水平；X3指對單項水質指標進行統(tǒng)計，所得到的次于水環(huán)境功能區(qū)目標的指標個數(shù)；X4則是指綜合水質的污染程度。綜合水質標識指數(shù)法可得出水質各污染指標的相對污染指數(shù)，通過指數(shù)則可對流域內綜合水質的信息進行判斷。

2.5 投影尋蹤模型法

投影追求尋蹤模型法之所以可對水質環(huán)境進行評估，是由于水質環(huán)境類型通常是由多個非線性指標決定的。在水質資源中，往往通過建立不同的預測模型，進而達到從不同角度解決水資源預的高維復雜性問題。該方法可首次在1974年提出，是一種新的數(shù)學統(tǒng)計方法，為水環(huán)境質量評價開闊了新思路。

2.6 物元可拓評價法

物元可拓評價法由我國蔡文創(chuàng)立，主要用于處理不相容問題。在水質環(huán)境評價分析中受到廣發(fā)運用，能解決多個指標及單項指標最終結果不相容的問題。對水質環(huán)境進行等級評價時，經常會涉及到水質指標界于兩個相鄰的不同級別，利用此方法，通過建立事物多指標評價體系，可求出不同指標的關聯(lián)度，可解決以上問題。

2.7 模糊數(shù)學評價法

模糊數(shù)學評價法是基于模糊數(shù)學理論基礎上提出的一種綜合評價方法。該綜合評價法是運用模糊數(shù)學的隸屬度理論將定性評價轉化成為定量評價，其優(yōu)勢在于分析的結果清晰，能將難以定量化的、非確定性的問題進行解決。在水質環(huán)境評價中，水環(huán)境污染程度與水質分級聯(lián)系度較高，且水質的變化是連續(xù)性的。因此存在非確定性問題。模糊評價法的運用可將此類問題解決，進而使水質環(huán)境評價中存在的不確定性因素得以解決，是結果較為客觀，準確。

2.8 灰色系統(tǒng)評價法

灰色系統(tǒng)分析方法是指把各個因素之間發(fā)展動態(tài)的相似性及相異程度作為衡量因素之間關聯(lián)性的指標，利用一定的方法，對系統(tǒng)中的不同因素找尋一種數(shù)值關系。其非常適合于對一個動態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)歷程進行評價分析。因此，在對水環(huán)境質量監(jiān)測的數(shù)據進行處理時，就可將這些有限時空內所獲得的不完全、不具體的信息視為一個灰色系統(tǒng)，建立不同等級標準之間聯(lián)系，利用灰色關聯(lián)度理論進行合理的分析。

2.9 人工神經網絡法

人工神經網絡法是基于人腦活動理論化的一個數(shù)學模型，它具備大規(guī)模計算及存儲、自組織、容錯等能力。在水環(huán)境質量分類好和預測上運用極為廣泛。一般包括輸入層、中間層及輸出層三層。此外，神經網絡模型種類多種，如BPN、RBFN、GRNN等，可結合不同的水質環(huán)境，選取指標體系的不同，對其進行選擇。

3 水環(huán)境質量評價方法前沿研究

3.1 就目前水環(huán)境質量評價而言，其復雜多變及不確定、不穩(wěn)定性使該研究領域還沒有一個認可性高、認知度高的水質量評價數(shù)學模型?，F(xiàn)使用的水環(huán)境質量評價模型都具有各自不同的缺陷性，如何使研究流域內所得到的評價結果更加真實、準確，更具備決策性，仍是該領域需繼續(xù)深入研究的問題。

3.2 水環(huán)境評價結果是后期做好環(huán)境決策和管理服務的重要基礎。因此，好的水環(huán)境質量評價方法不僅應對監(jiān)測數(shù)據進行科學的分析，還要保證方法的可實用性、可操作性及準確性等特點。評價結果的水質類別最好應與國家水質控制標準相符合，具備可比性的特點。與同一類別的水體進行比較時，能對水的質量進行完整的說明，且評價方法還應具備簡單實用，以便，后期遇到同樣的情況，可加以推廣。

3.3 結合當前隨著計算機、通訊及自動監(jiān)測等技術的發(fā)展，水環(huán)境質量評價方法的未來方向應在地理信息系統(tǒng)(GIS)評價模型查詢及可視化評價結果的發(fā)展上。在水環(huán)境質量評價管理方面，GIS技術可在數(shù)據分析、空間查詢及空間模型建立方面進行良好的應用，尤其是在水環(huán)境質量預警方面的應用，GIS可建立水環(huán)境預測模型，將前端采集的實時水質數(shù)據信息與預測模型進行交互運用，運用所建立的模型對水環(huán)境質量的動態(tài)變化趨勢進行實時預測，對可能會發(fā)生的風險進行監(jiān)控并進行可視化。

3.4 隨著水環(huán)境質量評價方法探索的加快，水環(huán)境質量評價工作日益成熟。為使水環(huán)境質量評價方法所取得成果更加符合流域水環(huán)境的實際特征。對水環(huán)境質量研究方法進行完善和提升及對選取的水質指標的多種指數(shù)進行優(yōu)化必不可少，以達到更真實、更準確的反應水環(huán)境質量的目的。結合當前水環(huán)境質量評價方法而言，從不確定性的角度對水體質量狀況進行評價時以后該領域發(fā)展的主要研究方向。

4 結語

對水質環(huán)境質量進行評定是一項較為復雜的研究工作?？蛇x擇的評價分析方法種類眾多，但不同的評價分析方法可能會得出不同的分析結果。要做到對水環(huán)境質量準確、客觀的評價，需對各種方法進行深入研究，并對當前的方進行不斷地創(chuàng)新、完善，充分了解不同分析方法的優(yōu)勢及缺陷性，才可保證水質環(huán)境評定結果的可用性，保證水環(huán)境質量評價方法快速發(fā)展。

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表2 某公路項目沿線主要河流水常規(guī)監(jiān)測數(shù)據mg/L

表2中所監(jiān)測到的項目涉及到的主要水質情況來看，該公路項目建設沿線的三座水庫和三條河流受到有機污染的程度不高，化學需氧量指標較好，所選取的監(jiān)測指標基本符合標準值范圍內。需要注意的是第三條河流的部分評價因子的數(shù)值較大，臨近最高限值，反映出該條河流的水質生態(tài)較為脆弱，在后期項目施工和運營過程中要注意做好水質環(huán)境保護，實時掌握水質變化情況，防止因施工加劇河流污染。

公路項目建設需要評價的內容和項目較多，除了水質評價外，噪聲、大氣污染等也都需要給予足夠的關注。

4 公路項目建設生態(tài)環(huán)境保護措施

公路項目建設具有周期長，階段性等特點，因此，做好項目環(huán)境影響評價的同時，也要根據其項目特點做好環(huán)境保護工作。（2）項目設計階段。主要是做好實地調查研究，針對公路項目區(qū)域的生態(tài)環(huán)境做好相關的項目論證，優(yōu)化項目設計方案，以減少對耕地、水庫等重點生態(tài)環(huán)境的保護。（2）項目施工階段。公路項目施工階段做好生態(tài)環(huán)境的保護要嚴格根據環(huán)評“三同時”制度要求，做好施工環(huán)節(jié)的環(huán)境管理，既要對物料運輸?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，要遠離水庫、居民區(qū)、耕地等，對于瀝青、油料等污染物要實行嚴格的使用、登記和防滲監(jiān)管工作，實行專人負責。（3）運營階段。公路項目建成后要及時恢復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，中級職稱，主要從事環(huán)境影響評價研究和工程咨詢工作。