水环境现状评价方法的分析与探讨

摘要：水,作为人类所需的不可替代的一种资源,是社会发展和经济发展重要的物质基础,是人民生活的重要保障,是社会可持续发展的重要支持之一。随着我国经济的飞速发展,城镇建设和工业生产不断扩大,用水量剧增,污水排放量也急剧增加。许多水体遭到工业污水、生活污水的污染,水污染成为我国最严重的环境问题。

关键词：水环境现状；评价方法；分析与探讨

中图分类号：Q178.5文献标识码： A 文章编号：

一、水环境质量评价

水环境质量评价是对某一水环境区域进行环境要素分析,对其做出定量评述。通过环境质量评价,弄清区域环境质量变化发展的规律,为区域环境系统的污染控制规划及制定区域环境系统工程方案提供依据,只有在环境质量评价的基础上才能进一步搞好环境区划和环境规划工作。所以区域环境质量评价是区域环境污染综合防治的基础,是改善区域水环境质量目前迫切需要解决的问题。对水环境进行质量评价及预测研究,为水环境管理决策提供科学依据,是水环境质量评价的目的。长期以来,环境质量评价一直是环保部门及学者关心的课题,在国外于60年代中期开始出现,70年代蓬勃发展。纵观环境评价的发展,有由单目标向多目标,由单环境要素向多环境要素,由单纯的自然环境系统向自然环境与社会环境的综合系统,由静态分析向动态分析发展的趋势。环境质量评价在我国的开展也有30年左右的历史,经过多年的发展,在评价理论、评价方法等方面均有了较大的进展。近年来,随着计算机技术的发展,各种数学方法的应用,使得环境质量评价更加规范化,评价的整体水平得到不断提高.

二、水环境质量评价方法

环境质量评价结果的可靠程度一方面取决于监测数据的准确性,另一方面依赖于科学的评价方法,包括技术的选择。近年来,对水环境质量评价方法的研究相当活跃,各种方法的研究都是为了更客观、更准确地反映水体水质的实际情况。单就其评价方法而言,水环境质量评价可分为单项评价和多项综合评价,单项评价一般根据国家标准或本底值采用超标指数法,评价其超标程度,做起来相对容易;综合评价则要考虑水体中所有污染物的综合作用,确定水质的综合级别。关于河流水质综合评价方法的研究比较活跃,到现在为止,各家提出的综合评价水质的方法或指数就有几十种之多。概括起来大致分为以下几类。

（一）指数评价法。这类模式的特点在于均以监测数据与评价标准之比作为分指数,然后通过数学综合运算得出一个综合指数,以此代表水体的污染程度,以及进行不同河流或同一条河流不同时期的水质比较。指数化综合评价是对整体水质量作出定量描述,只要项目、标准、监测结果可靠,综合评价从总体上看是可以基本反映水体污染的性质和程度的,而且便于同一条水体在时间上、空间上的基本污染状况和变化的比较。所以现在在进行水质污染评价时均采用了这种方法。依据对分指数的处理不同,指数法又可以分为不同的指数形式,主要有豪顿水质指数、布朗水质指数、普拉特水质指数、尼梅罗指数、罗斯水质指数、黄浦江污染指数等。对于各种指数法存在的不足,有人提出了各种改进的指数公式,如分指数分级评分迭加法;用分指数合成计算环境质量综合指数的方法;把水质类别考虑进综合指数以求评价方法统一的综合指数计算公式等。

（二）模糊评价法。由于水环境中存在大量不确定性因素,水质级别、分类标准都是一些模糊概念,因此模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。应用模糊数学进行水质评价时,对一个断面只需要一个由P项因子指标组成的实测样本,由实测值建立各因子指标对各级标准的隶属度集。如果水质级别为Q级,则构成P×Q的隶属度矩阵,再把因子的权重集与隶属度矩阵进行模糊积,获得一个综合判集,表明断面水质对各级标准水质的隶属程度,反映了综合水质级别的模糊性。由于模糊数学的突出特点在于对事物的判别与评价,因此,有关模糊评判的其它方法都在水质综合评价中得到应用。从理论上讲,模糊评价法由于体现了水环境中客观存在的模糊性和不确定性,符合客观规律,具有一定的合理性。但是,从目前的研究情况来看,由于在模糊综合评价中,一般采用线性加权平均模型得到评判集,使评判结果易出现失真、失效、均化、跳跃等现象,存在水质类别判断不准确或者结果不可比的问题,而且评价过程复杂,可操作性差。因此在应用模糊理论进行水质综合评价方面还需进一步研究,研究的关键性问题是解决权重合理分配和可比性。

（三）灰色评价法。灰色评价法是用灰色系统的方法来评价河流水质。研究者认为,由于在水环境质量评价中所获得的数据总是在有限的时间和空间范围内监测得到的,所提供的信息不完全或不确切,因此说水环境是一个灰色系统,即部分信息已知,部分信息未知或不确切的系统,可以用灰色系统的原理来进行水质综合评价。用灰色系统理论进行水质评价的基本方法是计算断面水质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度,然后根据关联度大小确定断面水质的级别,根据同类水体与该类标准水体的关联度大小还可以进行优劣的比较。应用于水质综合评价的灰色系统方法有灰色聚类法、灰色贴近度分析法、灰色关联评价方法等。与模糊数学方法一样,灰色评价法由于体现了水环境系统的不确定性,在理论上是可行的,并且具有简单、可比的优点,缺点是存在分辨率低等问题。但由于灰色评价法可满足水环境质量评价的基本要求,可以通过进一步完善来克服这些缺点。

（四）物元分析法。物元分析法是物元分析的基本理论在水环境质量评价领域的应用。针对水环境中各项评价指标的不相容性,有人提出利用物元分析法来解决这一问题。物元分析法是根据各级水质标准建立经典域物元矩阵,根据水质监测值建立节域物元矩阵,然后建立各污染指标对不同水质标准级别的关联函数,取关联度最大值对应级别即为所评价水质级别。关联函数与灰色评价法的关联度及模糊评价法隶属度的区别在于,建立在可拓集合基础上的取值区间拓宽到实数轴,可拓集合的关联函数可用代数式表示,这就使得解决不相容问题能够定量化,有助于从变化角度识别变化中的事物,更能反映事物的状态,具有较高的分辨率,可进行优劣排序。

（五）人工神经网络评价法。人工神经网络是一种由大量处理单元组成的非线性自适应的动力学系统,具有学习、联想、容错和抗干扰功能,具有客观性。应用人工神经网络进行水质评价,首先将水质标准作为“学习样本”,经过自适应、自组织的多次训练后,网络具有了对学习样本的记忆联想能力,然后将实测资料输入网络系统,由已掌握知识信息的网络对它们进行评价。这个过程类似人脑的思维过程,因此可模拟人脑解决某些有模糊性和不确定性的问题。人工神经网络用于水质评价有下述优点:(1)可允许有大量供调节参数;(2)运算速度快;(3)具有全息联想功能:(4)具有自组织、自学习、自适应和容错能力。缺点是对于协同性较差的样本,评价结果易出现均化现象。水质评价中应用较广泛的是BP网络即反向传播模型,它的基本原理是利用最陡坡降法的概念,将误差函数予以最小化,把网络输出的误差逐层向输入层逆向传播并分摊给各层单元,从而获得各层单元的参考误差,进而调整相应的连接权,直到网络的误差达到最小化。BP网络模型是目前人工神经网络模式中最具代表性、应用最广泛的一种模型。

（六）地理信息系统的应用。地理信息系统是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。是以地理空间数据库为基础,采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的、动态的地理信息为地理研究和地理决策服务。计算机支持是其主要特征,空间查询和覆盖是其主要功能特征。从宏观上看,它包括硬件、软件、人才、数据、方法五大要素,从微观上看,它是一个可以输入、存储、查询、操作、分析、输出包括空间信息在内的所有信息的计算机信息系统。地理信息系统在城市规划、资源的调查和评价领域中的应用比较成熟,且应用范围广泛。GIS技术应用于水环境质量评价与管理,主要是利用其在数据采集、空间查询、空间分析与模型分析方面的基本功能。GIS以地理空间数据库为基础采用地理模型分析方法,适时提供多种空间的、动态的地理信息为地理研究和决策服务。

结束语：水环境质量评价是随着科学技术的不断发展而逐步深入。近年来,计算机技术越来越广泛地用于环境科学领域,与之相关的新的环境评价方法会不断得到开发和应用,人工神经网络和地理信息系统应用于水环境评价即体现了这一新的发展趋势。

参考文献：

1.吴舜泽,夏青,刘鸿亮.中国流域水污染分析[J].环境科学与技术,2000,(2):1～6.

2.国家环境保护总局.2002年中国环境状况公报[J].环境保护,2003,(7):3～13.