常用水质评价方法的选择
更新时间:2023-06-02 17:27:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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水科学与工程技术..!"
常用水质评价方法的选择
毛兴华
(上海市水文总站"上海!T"!1!#
摘要!水环境质量的综合评价方法很多"特点各异,在重点分析最差因子判别法-有机污染综合指数评价法-主分量分析法和基于模糊理论的贴近度综合评价法这S种方法特点的基础上"以上海市若干水质监测点的监测成果为例"利用这S种方法分别进行了综合评价,评价结果表明"最差因子判别法评价的水质较差"而贴近度综合评价法评价的水质又过于乐观,有机污染综合指数评价法需要多次计算"多次比较"比较繁琐,主分量分析法充分考虑了各参评因子的权重"评价过程只需要通过一次计算"就能得出一个判别式和判别标准"以后评价时可以直接使用"而且评价结果符合实际情况"因此是一种比较好的评价方法,关键词!水质!综合评价!方法中图分类号!2U!VVCV
文献标识码!W
文章编号!V#X!PYYTT"!TT##TVPTT!VPT1
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:问题的提出
在涉及到水环境的工程问题和科学研究中"常常需要对
某些方法的使用是不合适的%因此"选择什么样的评价方法就应该主要考虑操作的简单易行-实用和稳定性这些方面,
水环境的质量进行分析和评价%由于地区差异而形成的水污染的特点不同"也会影响到评价方法的选择%从大的方面来讲"水环境评价主要有单因子评价和多因子综合评价两种类型"&地表水环境质量标准’(MN1O1OP!""!#规定)*地表水环境质量评价应根据应实现的水域功能类别"选取相应类别标准"进行单因子评价"评价结果应说明水质达标情况"超标的应说明超标项目和超标倍数+,单因子评价方法比较简单"不再赘述"主要讨论水环境质量的多因子综合评价问题%
在水环境多因子综合评价中"需要考虑1个方面的因素)!评价对象总体污染状况和特点$"评价因子的选择$
;几种常用评价方法概述
水环境质量的综合评价有很多方法"如最差因子判别法"
有机污染综合指数评价法"主分量分析法Q$R"模糊综合评价法Q!R"人工神经网络模型Q1R"遗传算法QSR"等等,这些评价方法各有特点"着重对前S种较常用的评价方法作一简要的评述,
;<:最差因子判别法
最差因子判别法是根据几种评价因子中污染最为严重
的那个因子所属的水质类别来确定水体的总体水质类别,
该方法是操作最为简单的一种水质综合评价方法"只要依次判别出所选择的每个因子的水质类别"然后以最差的那个类别作为水质综合评价的类别即可,不过这是一种最为悲观的评价方法"因为只要有一项因子污染严重"则不论其它因子的污染程度如何"综合水质类别都是很差的,
#评价方法的选择%
对于同一个地区"选择相同的评价参数"不同的评价方法得出的评价结果应该基本相同"如果评价结果差别较大"表明
!!!!$收稿日期%!TTZPVTP!O
$作者简介%毛兴华(VYX1P#"男[汉族\"甘肃民乐人"工程师"主要从事水环境评价与MKI的应用与开发工作"(23@#"!V,#SZ#1O"#,V1!,
//!!毛兴华!常用水质评价方法的选择水科学与工程技术
!"!有机污染综合指数评价法
有机污染综合指数评价法主要是针对水体有机污染的
!""#年第$期
%2&选择参评因子%假设选定了$个因子!#<2!!!,,!
$&并计算各参评因子各级标准值%水环境质量标准级数!%<2!!!,,&&的隶属度!以下式计算$
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一种综合评价方法!它根据溶解氧"氨氮"高锰酸盐指数"五日生化需氧量这%项指标的等标污染指数的和来判断水质的综合指标#其计算方法如下$
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&’()+’(),-./,)(’)
**0"".11
%2&
%!&计算各因子实测值的隶属度!以下式计算$
式%$&中!带下标’#(的项为该指标的实测值)带下标’1(的项为该指标某一类水标准的上限值*由于溶解氧含量越高!水质越好!上式中溶解氧前面为减号*3值越大!说明有机污染程度越严重!反之则说明有机污染较轻*由式%$&不难看出!假如取444类水标准上限值计算!得出!4445!!则说明有机污染总体上要优于444类水!即应该属于444类水!
!*%%’#&<+#=)!(#%
%"2
&
%.&
上述%!&"%.&两式中!(#%为第#因子的第%级标准值!+#
为#因子的实测值!)为一正整数!并且需要满足%+#=)!
(#%&"2*
%.&计算各级标准下!与*的贴近度!以下式计算$%!!*&<
!4446!则说明有机污染总体上劣于444类水!对于取其它标
准级别的上限值!也有类似的含义*
有机污染综合指数评价法能较好地反映出水体的有机污染情况!而且计算也较简单!因而应用较广泛*但它也存在一些不足之处!该方法把%项因子同等重要地看待!没有考虑它们重要性的差别!即没有考虑权重问题*另外!一旦选定了某一水质类别!用式%2&计算的结果只能判别出水质优于或者劣于这一水质类别!如果要判别水体有机污染到底属于哪一类别!就需要把各级水质类别的上限值代入式%2&多次计算!这是比较麻烦的*
!>)?@!%’&!!%’&A!%#&!*%#&#<$!!!,,$%%&
式中下标#的意义同上*对于&个级别的水环境质量标准!总共可以计算出&个贴近度*根据贴近度评价的择近原则!取&个贴近度中最大的贴近度所属的水质类别作为评价水体的总体水质类别*这种基于模糊理论的评价方法概念比较清晰!虽然公式看上去较复杂!但实际计算较简单!因此使用也较广泛*不过!这种方法也没有考虑各因子的权重*
#实例计算比较
以上海市若干水质监测站多年的水质监测成果为例!
!"#主分量分析法
用主分量分析法进行水质综合主评价的步骤是!首先
分别采用这几种方法对水质进行综合评价和对比*考虑到上海的水质污染主要为有机污染!本文选取溶解氧%(’&"氨氮%,-./,&"高锰酸盐指数%+’(7?&和五日生化需氧量%&’(D&共%项作为参评因子*
最差因子判别法和有机污染综合指数法比较简单!不再叙述*下面将后两种方法的计算过程略作说明*
用分指数公式将各评价因子的实测数据标准化!然后对标准化数据矩阵进行主分量分析!计算其特征值和特征向量!并确定公共因子数目和因子荷载!最后将这些因子线性综合成一个度量环境质量的综合指标*主分量分析法其实就是线性代数中的主成分方法*
主分量分析法的计算过程稍显复杂!其中涉及到了矩阵运算!尤其当涉及到多个评价因子+多个参与评价的站点时计算更为复杂*但这些计算过程可以通过编程的方式进行!也可以直接使用功能十分强大的矩阵运算软件
#"%主分量分析法
本方法以-地表水环境质量标准.%E&.F.F0!""!&的G
类标准对数据标准化处理!分别计算了2HHFI!11.年共#年的因子荷载系数!求其平均值作为最终的因子荷载*这样计算出的荷载系数是比较稳定的!能够代表实际情况*各评价因子的荷载系数如表$所示*表$表明!上海市水环境有机污染中氨氮的影响最大!其次是溶解氧!再次是五日生化需氧量!最后是高锰酸盐指数*
表$
评价因子的荷载系数
789:8;*主分量分析法的最大优势在于它充分考虑了各个
评价因子在综合评价中的不同作用!评价因子的作用越大!在主分量分析中所占的权重也越大*另外!主分量分析法的最终结果是一个由各个评价因子组成的代数式!只要将各因子的实测值代入计算!即可方便地得出水质综合指标*
(’,-.0,+’(7?&’(D!"$基于模糊理论的贴近度综合评价法
水环境质量评价实际上是依据水体污染物浓度的分级
上海市水环境质量主分量分析的综合指标如式%D&所示$
标准!比较待评价的水体各污染物实测值与某级标准浓度最接近!则它就被认为符合该级水环境质量*因此水环境质量综合评价实际上是一个多指标的模式识别问题*但是水环境质量的好坏和评定等级的划分!其界限是模糊的!没有一个确定的等级边界!因此用基于模糊理论的贴近度来进行综合评价!能够得到接近客观实际的结果*
水环境质量贴近度综合评价的步骤如下$
!<!J1DFK!J1,(’LDJ".MK,-.0,,!J"*2J%2"K+’(7?,2D-2JDDHK&’(D=2"
化简后得$
%D&
!<%J22#=(’*!JD2HK,-.0,*"J"H%K+’(7?*"J2D#K*./D%#&
上式中的(’等为实际监测值!不需要再标准化*将4I
G类水质标准上限值代入%#&式!即可得出主分量分析法的
水质类别判断指标值如表!$
!""#年第$期
表!
水质类别
主分量分析法水质判别准则
水科学与工程技术毛兴华!常用水质评价方法的选择
.
01!
..!1(
...-1+
.,21"
,0"
劣,
’’!"
无法判别出水质是属于,类还是劣,类"为解决这个问题!笔者根据各级标准评价因子的浓度值特点!假设了水质劣于,类时各评价因子应达到的浓度!和,级标准一起共组成#级标准!以此来作贴近度综合评价!见表’"
表’
水质劣于,类时评价因子的假设浓度单位!DEFG
/值%!&30"
!"#贴近度综合评价法
贴近度综合评价法应求出各级水质标准的隶属度!然
后再计算实测资料相对于各级标准的贴近度!并以最大的贴近度所属类别作为水质综合类别"由于#地表水环境质量标准$%%&’(’()!**!&只有+级标准!用这种方法就
表-
HI
07+JK’@J’LIH6M!"&IH+0+
-种方法评价结果如表-所示"
上海市!BB’年各水质监测点评价结果对比
陈镇新建练塘夏字圩三角渡松浦大桥吴泾金汇港北闸大治河西闸
泖港川沙吴淞口大治河东闸陆家渡桥新场北干山方泰吴淞大桥白鹤华漕浙江路桥武宁路桥七莘路桥杨思
21-$21!$#1’#+1;2+1!!+1B2’1’+-12B-12!-1#+#1;$-1#’-1B;-1#2’1’+’1(’!1(+!1!(-1$!!12(!1’-$1;($1-$$1+$
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从表-可知!最差因子判别法得出的水质相对较差!接下来是主分量分析法!贴近度综合评价法得出的水质最好"最差因子判别法过于悲观!而贴近度综合评价法又过于乐观!都不可取"有机污染综合指数评价法需要对/值作多次计算!多次判断!显得较繁琐"主分量分析法充分考虑了各参评因子的权重!评价过程只需要通过一次计算!就能得出一个判别式和判别标准!以后评价时可以直接使用!而且评价结果符合实际情况"因此推荐使用主分量分析法"
认为主分量分析法是一种比较好的评价方法!应作为水质综合评价的优选方法"参考文献!
4$5李作泳!丁晶!彭荔红1环境质量评价原理与方法4657北京8化学工业出版社!!""-1
4!9王红丹7用贴近度进行大气质量综合评价4:91上海环境科学!0;(;!(<#=8!!>!-!$-7
?’9李作泳1&@A网络用于水质综合评价方法的研究?:91环境工程!$;;+!$’<!=8+$>+’1
?-9楼文高!王延政1基于&)A网络的水质综合评价模型及其应用?:91环境污染治理技术与设备!!BB’!-<(=8!’>!#1
$结论
水环境质量综合评价的方法很多!其复杂性和评价结
?+9%&’(’(@!BB!!地表水环境质量标准?C91北京8中国环境科学出版社!!BB!1
果的可信度也有差异"在综合考虑各种方法特点的基础上!
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