水环境质量评价方法研究现状与前沿进展

刘宇麟

（泰州市大自然检测科技有限公司江苏泰州225300）

水环境质量评价方法研究现状与前沿进展

刘宇麟

（泰州市大自然检测科技有限公司江苏泰州225300）

水的质量评价是指使用某些特定的数理方法，定量描述水的环境质量等级的过程。本文系统的概述了水环境的质量评价方法。并结合实际，对其发展研究现状及未来发展动向进行了论述。指出了随着日趋发展成熟的水环境质量评价方法更容易、更实用，也会使水的质量评价更具准确性。此外，GIS技术和大量计算机新技术的引用，如虚拟仿真技术，在水质模拟方面利用数据提供了数据可视化，更为直观，动态的模拟的可能性，进而为水污染控制提供了可靠的科学依据，促进水质量评价方法更好的发展。

水环境质量；评价方法；研究现状；前沿进展

水环境质量评价是通过特定的某种数学方法及技术手段，对区域内水环境的环境因素进行分析，进行定量描述。并通过其评估的结果，对区域水质环境的未来发展趋势、变化规律进行统计分析，为区域环境规划系统方案的设计及水质的污染控制打下基础，提供可靠的科学发展依据。

1 水环境质量评价方法概述

1.1 概念定义

水环境质量评价是通过选择相应的参考指标参数，如水质参数、水质标准等，并利用科学的计算方法，对水的用途价值及处理流程做出相应的分析，得到相关评定结果。评估的主要的目的是为了准确的反应项目地的水质污染现状，明确水质变化发展规律，找出主要污染源头流域，以期在控制水污染方案中及水质功能区划中，更好的提供依据。

1.2 主要分类

对水质污染使用的各种数学的评价方法进行统计，主要使用的方法包括以下几个类型：确定性数学评价方法，数学评价方法。其中确定性数学评价方法主要包括：评估污染指数方法，层次评价法，水质综合指数鉴定方法；不确定性数学评价方法包括投影追踪模型法，物质元素可扩展方法，模糊数学评价发，灰色系统评价分析法，人工神经网络法等方法的。

2 水环境质量评价方法概述

环境质量的评估的可靠性一方面主要依靠监测数据的准确性，另一方面则取决于水环境质量评价方法的科学性。就目前而言，对水环境质量评价的方法有很多，主要采用的方法总结如下。

2.1 污染指数评价法

污染指数评价法主要是看水体指标监测的最终结果，把监控所取得的指标数据将与水的评价标准数据进行比较，得出的比值作为分指数，该指数是对水体污染程度进行评估的标准，也可作为在一个流域内，不同时间及不同断面的水质情况的评价标准。污染指数法可以对水进行定量描述反映污染物的性质和污染水体的污染水平。

2.2 层次分析评价法

AHP是评价在系统是将指首先将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，然后对同一层级的相关指标进行比对试验。其次通过计算得出各个指标因素的权重分值。这一方法的关键在于建立不同层级的指标体系及判断矩阵，最后求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，利用加权和的方法递算出总目标的最终权重，最终权重最大者即为最优方案。

2.3 主成分分析评价法

主成分分析法是一种数学变换的方法，它的目的在于将多个指标转化为少数几个主要的综合指标。并运用数学变换方法，对变量的总方差值保持不变，把最大方值变成第一变量，第一变量即为第一主成分。第二变量方差值则仅次于第一方差值，且与第一变量不相关，则称其为第二主成分。依照以上可类推，多个变量则有多个个主成分。该方法是对水质系统进行评价的常用方法之一。由于水质系统中组成成分复杂，各个影响因子之间的关联性也并不强，因此运用此种方法，可以大大降低水质系统的评价难度，是对高维度变量系统的最简单，最综合的评价分析方法。

2.4 综合水质标识指数法

综合水质标识指数简称WQI。WQI=X1.X2X3X4该公式中WQI表示综合水质标识指数；X1是指综合水质级别；X2表示检测区水域内综合水质在该级别水质区间内的级别水平；X3指对单项水质指标进行统计，所得到的次于水环境功能区目标的指标个数；X4则是指综合水质的污染程度。综合水质标识指数法可得出水质各污染指标的相对污染指数，通过指数则可对流域内综合水质的信息进行判断。

2.5 投影寻踪模型法

投影追求寻踪模型法之所以可对水质环境进行评估，是由于水质环境类型通常是由多个非线性指标决定的。在水质资源中，往往通过建立不同的预测模型，进而达到从不同角度解决水资源预的高维复杂性问题。该方法可首次在1974年提出，是一种新的数学统计方法，为水环境质量评价开阔了新思路。

2.6 物元可拓评价法

物元可拓评价法由我国蔡文创立，主要用于处理不相容问题。在水质环境评价分析中受到广发运用，能解决多个指标及单项指标最终结果不相容的问题。对水质环境进行等级评价时，经常会涉及到水质指标界于两个相邻的不同级别，利用此方法，通过建立事物多指标评价体系，可求出不同指标的关联度，可解决以上问题。

2.7 模糊数学评价法

模糊数学评价法是基于模糊数学理论基础上提出的一种综合评价方法。该综合评价法是运用模糊数学的隶属度理论将定性评价转化成为定量评价，其优势在于分析的结果清晰，能将难以定量化的、非确定性的问题进行解决。在水质环境评价中，水环境污染程度与水质分级联系度较高，且水质的变化是连续性的。因此存在非确定性问题。模糊评价法的运用可将此类问题解决，进而使水质环境评价中存在的不确定性因素得以解决，是结果较为客观，准确。

2.8 灰色系统评价法

灰色系统分析方法是指把各个因素之间发展动态的相似性及相异程度作为衡量因素之间关联性的指标，利用一定的方法，对系统中的不同因素找寻一种数值关系。其非常适合于对一个动态系统的动态历程进行评价分析。因此，在对水环境质量监测的数据进行处理时，就可将这些有限时空内所获得的不完全、不具体的信息视为一个灰色系统，建立不同等级标准之间联系，利用灰色关联度理论进行合理的分析。

2.9 人工神经网络法

人工神经网络法是基于人脑活动理论化的一个数学模型，它具备大规模计算及存储、自组织、容错等能力。在水环境质量分类好和预测上运用极为广泛。一般包括输入层、中间层及输出层三层。此外，神经网络模型种类多种，如BPN、RBFN、GRNN等，可结合不同的水质环境，选取指标体系的不同，对其进行选择。

3 水环境质量评价方法前沿研究

3.1 就目前水环境质量评价而言，其复杂多变及不确定、不稳定性使该研究领域还没有一个认可性高、认知度高的水质量评价数学模型。现使用的水环境质量评价模型都具有各自不同的缺陷性，如何使研究流域内所得到的评价结果更加真实、准确，更具备决策性，仍是该领域需继续深入研究的问题。

3.2 水环境评价结果是后期做好环境决策和管理服务的重要基础。因此，好的水环境质量评价方法不仅应对监测数据进行科学的分析，还要保证方法的可实用性、可操作性及准确性等特点。评价结果的水质类别最好应与国家水质控制标准相符合，具备可比性的特点。与同一类别的水体进行比较时，能对水的质量进行完整的说明，且评价方法还应具备简单实用，以便，后期遇到同样的情况，可加以推广。

3.3 结合当前随着计算机、通讯及自动监测等技术的发展，水环境质量评价方法的未来方向应在地理信息系统(GIS)评价模型查询及可视化评价结果的发展上。在水环境质量评价管理方面，GIS技术可在数据分析、空间查询及空间模型建立方面进行良好的应用，尤其是在水环境质量预警方面的应用，GIS可建立水环境预测模型，将前端采集的实时水质数据信息与预测模型进行交互运用，运用所建立的模型对水环境质量的动态变化趋势进行实时预测，对可能会发生的风险进行监控并进行可视化。

3.4 随着水环境质量评价方法探索的加快，水环境质量评价工作日益成熟。为使水环境质量评价方法所取得成果更加符合流域水环境的实际特征。对水环境质量研究方法进行完善和提升及对选取的水质指标的多种指数进行优化必不可少，以达到更真实、更准确的反应水环境质量的目的。结合当前水环境质量评价方法而言，从不确定性的角度对水体质量状况进行评价时以后该领域发展的主要研究方向。

4 结语

对水质环境质量进行评定是一项较为复杂的研究工作。可选择的评价分析方法种类众多，但不同的评价分析方法可能会得出不同的分析结果。要做到对水环境质量准确、客观的评价，需对各种方法进行深入研究，并对当前的方进行不断地创新、完善，充分了解不同分析方法的优势及缺陷性，才可保证水质环境评定结果的可用性，保证水环境质量评价方法快速发展。

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表2 某公路项目沿线主要河流水常规监测数据mg/L

表2中所监测到的项目涉及到的主要水质情况来看，该公路项目建设沿线的三座水库和三条河流受到有机污染的程度不高，化学需氧量指标较好，所选取的监测指标基本符合标准值范围内。需要注意的是第三条河流的部分评价因子的数值较大，临近最高限值，反映出该条河流的水质生态较为脆弱，在后期项目施工和运营过程中要注意做好水质环境保护，实时掌握水质变化情况，防止因施工加剧河流污染。

公路项目建设需要评价的内容和项目较多，除了水质评价外，噪声、大气污染等也都需要给予足够的关注。

4 公路项目建设生态环境保护措施

公路项目建设具有周期长，阶段性等特点，因此，做好项目环境影响评价的同时，也要根据其项目特点做好环境保护工作。（2）项目设计阶段。主要是做好实地调查研究，针对公路项目区域的生态环境做好相关的项目论证，优化项目设计方案，以减少对耕地、水库等重点生态环境的保护。（2）项目施工阶段。公路项目施工阶段做好生态环境的保护要严格根据环评“三同时”制度要求，做好施工环节的环境管理，既要对物料运输的环保，注意做好防尘、降噪，也要做好物料堆放的选址和环保工作，要远离水库、居民区、耕地等，对于沥青、油料等污染物要实行严格的使用、登记和防渗监管工作，实行专人负责。（3）运营阶段。公路项目建成后要及时恢复被破坏的植被和生态环境，防止地表裸露。

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程莹莹（1977—），女，汉族，江苏南京人，硕士研究生，中级职称，主要从事环境影响评价研究和工程咨询工作。