水质评价研究进展及水质评价方法综述_王维

科技情报开发与经济

文章编号：1005－6033（2012）13－0129-03

SCI-TECHINFORMATIONDEVELOPMENT＆ECONOMY2012年第22卷第13期

收稿日期：2012－02－29

水质评价研究进展及水质评价方法综述

王维，纪枚，苏亚楠

（天津市水利勘测设计院，天津，300204）

摘

要：介绍了水质评价的国内外研究进展，阐述了水质评价的意义，同时系统性地总

结了水质评价的方法。分析得出，为确保合理利用水源、保护水源，有必要对水质评价进行系统的研究，模糊综合评价方法可以将不确定的因子定量化，是具有广阔应用前景的水质评价方法，主成分分析法可以较为客观的对评价因子进行赋权。上述分析为水库水质评价提供了理论依据。

关键词：水质评价；评价方法；模糊综合评价法；主成分分析法中图分类号：X703

文献标识码：A

（WQI）；Nemerow提出了内梅罗法；Ross提出了利用生化需氧量、氨氮、悬浮物及溶解氧4项指标评价水质。目前，水质评价不仅考虑物理和化学指标，还考虑生物指标，使水质现状评价更加全面、科学。

20世纪70年代，前苏联与东欧开始环境质量评价，主要侧重于河流和地理的评价。前苏联在伏尔加河、莫斯科河等河流建西欧、日本各国在环立了河流污染平衡模式；东欧各国与美国、境质量评价方面的学术交流及双边协作非常活跃，美俄、日俄等国都有定期的专题讨论会，并出版相应的会议纪要。1.2国内研究进展

我国的水环境质量评价工作开始于1973年，大体上经过了4个阶段：初步尝试阶段、广泛探索阶段、全面发展阶段和环境影响评价阶段。初期仅限于城市或小范围区域的现状评价，如官厅水库环境质量评价、北京西郊环境质量评价等；之后开展了松花白洋淀、武昌东湖、昆明滇池、太湖等水环境的专题质量评价江、工作。

20世纪90年代后，各种数学方法和模型的广泛应用使得水质评价方法得到进一步扩展。常见的有神经网络法、投影寻踪方灰色指数法、物元分析法等。现在，水质评价几乎成为所有综法、

合环境质量评价中不可缺少的重要内容。

近的水源井，以便产出水在较短时间内输送到水厂，减少输水过程中的水头损失，从而降低水源井水泵的能耗，同时力求把产供水量差控制在3％～5％的范围之内，避免产水量过多造成浪费，使产供水量达到平衡。

对供水区域重新划分后，充分利用地势特点，通过改变部分管网的水流方向，降低管网水阻，减少水头损失，使管网水头得到充分利用。为保证供水管网安全平稳运行，各水厂、加压站基本保持相对稳定的压力值，与呼延水厂的出厂压力相匹配，使整个供水管网一直处于压力平稳状态。通过对管网的仿真模拟，合理设定供水压力、水厂机泵的合理组合，保证各机泵处于高效区运行，提高机泵效率，在保证满足供水需求的前提下，尽可能不浪费富裕水头，从而降低机泵的运行成本。

（下转第140页）

129

我国饮用水面临着量与质的双重挑战，其中水质挑战尤为关系到国民的生活品突出。水质的好坏关系到人民的健康安全，

质，因此迫切需要解决城市及乡村的饮用水安全问题。所以，研究并总结水质评价方法具有重要意义。

本文首先对水质评价的国内外研究进展进行详细介绍，同时对水质评价方法做了系统的总结，从而为水质评价提供理论依据。

1国内外研究进展

水质评价的目的是对水体的质量和利用价值作出评定。自

20世纪60年代Horton等人提出水体质量评价的水质指标概念以来，国内外对水质评价指标选取和评价方法开展了一系列重要的研究。1.1国外研究进展

经济快速发展带来巨大社会效益的同时，也带来了严重的环境污染和生态破坏，直接影响了人类的生存和发展，但也促进了环境科学的发展，环境质量评价作为环境科学的一个分支也随之产生和发展，水质评价也受到重视。

美国是较早开展水质评价的国家。1965年，Horton提出将质量指标法用于水质评价；接着Brownd提出了水质质量指数

总调度室值班调度员必须按照规定发布调度指令，并对其司总调度室值班调度员的调度指挥，接受公司总调度室值班调度员的调度指令。各有关部门值班员应对其执行指令的正确性负责。进行调度业务联系时，必须使用调度术语，互报部门、姓名，严格执行下令记录和汇报制度。3.2

节能降耗运行

供水企业是耗能大户，节能降耗对于减低企业运营成本，健康发展十分重要。随着供水状况的改善，供水调度运行也有必要注意合理的节能降耗。通过对供水量的分析，在充分利用各水厂水库调节量的基础上，精心计算，合理安排各水源地的开井数量，尽量多开启产水量、高耗电低的水源井，开启距离水厂比较

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发布调度指令的正确性负责。各有关部门生产运行值班员，受公

2水质评价方法综述

水质评价是确保水质安全、合理利用水资源的前提。为使水

河兰州段水质污染状况。2.5

AHP法

HP法（层次分析法）是一种灵活、实用的定性与定量相结合的多准则决策方法。运用AHP法构建指标体系一般分为以下几个步骤：第一，确定目标层、准则层和指标层。目标层表示所需达到的目的，准则层进一步刻画了评价目标水平和内部协调性，每个准则层包括若干指标，指标选取要结合实际状况，能综合反映筛选评价指标。指标的筛选是非常关实际状况的特殊性。第二，

键的一步，好的指标能正确地反映水质状况，一般采用专家筛选法。专家的选择虽然具有主观性，但它们是专家本人知识、经验的反映，集成多数专家的意见，可化主观为客观。第三，确定评价包括指标体系。一般通过指标相关性分析来确定评价指标体系，4个过程：一是评价指标的标准化处理；二是各个评价指标之间的简单相关系数的计算；三是规定临界值M（0＜M＜1）；四是确定评价指标体系。浙江千岛湖水质现状和污染来源评价中就应用了层次分析法，并取得较好的效果。2.6

人工神经网络评价法

人工神经网络是由具有适应性的简单单元组成的广泛并行互联网络，它的组织能够模拟生物神经系统对真实世界物体所

（1）

作出的交互反应。BP模型是水质评价最常用的人工神经网络，BP网络是一种具有3层或3层以上的神经网络，包括输入层、中间层、隐含层和输出层。BP网络利用最陡坡降法，把误差函数最小化，将网络输出的误差逐层向输入层逆向传播，同时分摊给各层单元，获得各层单元的参考误差，进而调整人工神经元网络相应的连接权，直到网络的误差达到最小化。近年来人工神经网络评价法得到了较为广泛的研究，利用人工神经网络BP结构模型建立水质模型，提出白洋淀水环境保护措施。2.7

主成分分析法

主成分分析法是一种成熟的数据降维或特征提取的方法，属于数理统计的应用范畴。它把给定的一组相关变量通过线性变换

（2）

转成另一组不相关的变量，且保持总方差不变。因为线性变换保持变量的总方差不变，所以这些新的变量可以按照方差依次递减的顺序排列，形成所谓的主成分，使第一主成分具有最大的方差，第二主成分的方差次之，并且和第一变量不相关，依次类推。由于每个主成分都是原始变量的线性组合，而且各个主成分之间又互不这样在研相关，这使得主成分比原始变量具有一些更优越的性能。究复杂问题时就可以只考虑少数几个主成分而不至于损失太多信息，使问题得到简化，提高分析和处理的效率。由于主成分分析的基本思想是通过线性变换来构造原变量的一系列线性组合，因此运用主成分分析法的前提是各指标之间具有较好的线性关系。主成分分析法在水质上已经有较多的应用，李经伟等运用改进的主成分分析法评价了白洋淀水质状况。

（4）

2.8

主成分分析法能够较为合理的对评价因子进行赋值，在水质评价因子赋值中具有广阔的应用前景。

灰色评价法

灰色评价法基于以下条件：水环境系统可视为一个灰色系统，部分信息已知，部分信息未知或不确定。其基本思路是：计算水体水质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度，然后

质评价合理、有效，应对水质评价方法进行系统性的分析和总结，从而确保水质评价中选择合理的水质评价方法。下面介绍水质评价的主要评价方法。2.1

单因子污染指数法

单因子污染指数法是将评价因子与评价标准进行比较，确定各个评价因子的水质类别，在所有项目的水质类别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。该方法可确定水体中的主要污染因子，是目前使用最多的水质评价法，尤其在建设项目的环境影响评价中较为常见，该方法的特征值包括各评价因子的达标率、超标率和超标倍数。2.2

霍顿（Horton）水质指数法

霍顿（Horton）水质指数法由美国Horton等人于1965年首次提出。霍顿水质指数是综合污染指数法的一种，包括10个参数，公式如式（1）所示。潘峰等人应用霍顿水质指数法对官厅水库水质进行评价，并取得了较好的成效。

Σ

ΣΣΣΣiΣΣΣΣΣΣ

WQI=

ΣCiWi

i=1

m

ΣW

=1m

i

ΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ

M1M2

式中，Ci是根据各实测浓度查得的水质评分（0～100）；Wi是各参数权重；M1为温度系数（1或0.5）；M2为感官明显污染系数）。（1或0.52.3

布朗（Brown）水质指数法

布朗水质指数是由美国Brown于1970年提出的。该法选取溶解氧、BOD5、浑浊度、硝酸盐、总固体、磷酸盐、温度、pH值、大肠菌群、杀虫剂、有毒元素共11种参数，并确定了各参数的质量评分和权重，公式如下：

WQI=ΣWiPi

i=1n

式中，Wi为参数权重（0～1之间）；Pi为参数的质量评分（0～100）。

n

i=1

ΣW=1

i

（3）

其中，n为参数的个数。2.4

内梅罗水污染指数法

内梅罗水污染指数由美国学者Nemrow提出，是当前常用的综合污染指数评价方法。内梅罗水质指数着重考虑了污染最严重的因子。计算公式如式（4）所示：

PI=

+2i，j

MAX

式中，PI为某种用途的水质指数；Ci为水中某种污染物实测浓度（i代表水质项目数），mg/L；Li，（j代j为某污染物的水质标准表水的用途），mg/L。

内梅罗指数法在水质评价中的应用也较广泛，如利用改进的内梅罗法对地下水质进行评价，采用内梅罗指数法分析了黄130

姨

i，jAvg

根据关联度大小确定水质的级别。对处于同类水质的不同水体可通过其与该类标准水体的关联度大小进行优劣比较。灰色系统理论进行水质综合评价的方法主要有灰色聚类法、灰色关联评价法、灰色聚类关联法、灰色模式识别法等。2.9

评分法

简单，广泛用于富评分法作为基本的评价模型，应用方便、营养化评价。其评价表达式为：

1M=

n

Importanceofatmosphericdepositionandgroundwateras“new”nitrogenandothernutrientsources［J］.Limnologyandoceanography，1997，42（5）：1154－1165.

［4］JacobsHLet.al.Waterqualitycriteria［J］.Journalofwaterpollutioncontrolfederation，1965，37（5）：292－300.

［5］NemerowNL.Scientificstreampollutionanalysis［M］［.s.l.］：McGrawHill，1974.

［6］JimenezB，RamosJ，QuezadaL.AnalysisofwaterqualitycriteriainMexico［J］.Waterscienceandtechnology，1999，40（10）：169－175.［7］张锐坚，张国珍，武福平.黄河兰州段水质污染分析评价及防治对策［J］.环境科学与管理，2007，32（12）：27－30.

［8］SaatyTL，HuG.Rankingbyeigenvectorversusothermethodsintheanalytichierarchyprocess［J］.AppliecMathematicsLetters，1998，11（4）：121－125.

［9］潘峰，付强，梁川.模糊综合评价在水环境质量综合评价中的应用研究［J］.环境工程，2002，20（2）：58－61.

［10］王晓明，许玉，王秀珍，等.运用层次分析法的水质指标和.黑龙江水专学报，2005，32（4）：130－133.环境保护措施研究［J］［11］潘恒健.主因子分析法在小清河（济南段）水质评价中的研究与应用［D］.济南：山东师范大学，2005.

［12］王研，唐克旺，徐志侠，等.全国城镇地表水饮用水水源地水质评价［J］.水资源保护，2009，25（2）：1－5.

［13］王小鹏，哈建强，付学功.白洋淀水质平衡分析初探［J］.水利科技与经济，2009，15（3）：211－213.

［14］NixonSW.Coastaleutrophication：adefinition，socialcausesandfutureconcerns［J］.Ophelia，1995，41：199－220.［15］李经伟，杨路华，梁宝成，等.改进的主成分分析法在白洋淀水质评价中的应用［J］.海河水利，2007（5）：40－43.

（责任编辑：王永胜）

────────────────

第一作者简介：王

维，女，1983年11月生，2010年毕业于

河海大学水文水资源专业（硕士），助理工程师，天津市水利勘测设计院，天津市河西区马场道217号，300204.

ΣMi

i=1

（5）

M为湖库富营养化评分值；Mi为第i项指标的评分式中：

值；n为评价指标的个数。

根据相应的标准，在0～100的范围内分别赋予每个评价参数相应的分值，总评分值越高表明湖库富营养化程度越高。

除上述介绍的几种方法外，物元可拓集、因子分析法、灰色系统理论、遗传算法、蚁群算法在水质评价中也有一定的应用。

3结论

本文总结了水质评价方法的国内外研究进展，同时系统的介绍了水质评价的方法，通过分析得出如下结论：

（1）水质评价具有非常重要的社会、经济、环境价值；所以应对水质评价进行系统的研究。

（2）单因子指数法是最为常用的评价方法，该方法直观，可用于饮用水的评价；

（3）主成分分析法能够较为合理地确定各个评价因子的权值，具有较好的前景。

参考文献

郝芳华.中国城市饮用水安全保障方略［M］.北京：［1］朱党生，科学出版社，2008.［2］

BennekomAJ，WetsteijnFJ.ThewinterdistributionofnutrientsintheSouthernBightoftheNorthSea（1961—1978）andintheestuariesoftheScheldtandtheRhine/Meuse［J］.NetherlandsJournalofSeaResearch，1990，25（1－2）：75－87.

［3］PaerlHW.Coastaleutrophicationandharmfulalgalblooms：

ReviewsoftheProgressintheResearchofWaterQualityEvaluation

andtheMethodsforWaterQualityEvaluation

WANGWei,JIMei，SUYa-nan

ABSTRACT：Thispaperintroducestheprogressofdomesticandforeignresearchesonwaterqualityevaluation,expoundsthesignificanceofwaterqualityevaluation,andsumssystematicallyupthemethodsforwaterqualityevaluation.Itcanmakeconclusionsthat:itisessentialtomakesystematicstudyonwaterqualityevaluationforguaranteeingthereasonableutilizationandprotectionofwaterresources,thefuzzycomprehensiveevaluation,whichcanmakeuncertaintyfactorsquantitative,isamethodforwaterqualityevaluationwithwideapplicationprospect,andtheprincipalcomponentanalysiscanobjectivelydeterminetheweightvalueofevaluationfactors.Theabove-mentionedresearchprovidestheoreticalbasisforwaterqualityevaluationofreservoir.

KEYWORDS：waterqualityevaluation;evaluationmethod;fuzzycomprehensiveevaluation;principalcomponentanalysis

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1cbj.html