【文章內(nèi)容簡介】 份和人為污染組份并重。因為水質(zhì)自然性狀的變化是生態(tài)環(huán)境變遷的度量，其成因包括人們左右不了的因素，如火山爆發(fā)、氣候變化等，也有人為長期作用而難以度量的因素如土地利用，植被退化，這些生態(tài)環(huán)境變化必然反映在水質(zhì)上。如水溫是區(qū)域生態(tài)（植被）水文（流量）變化的晴雨表，pH是水體富營養(yǎng)化趨向的反映之一，懸浮物是區(qū)域士地利用和土壤侵蝕的度量，糞大腸菌是溫血動物和人類密度變化的量度指標。（3）在數(shù)據(jù)處理的技術(shù)方法上，多用統(tǒng)計學方法。因為他們認為水質(zhì)數(shù)據(jù)的最大特點是隨機性，所以數(shù)據(jù)應給出最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各不同百分度的值及最大值，再與其相應標準值比較，就能得出達標不達標以及達標的置信度有多大。 本文研究的主要內(nèi)容本文研究一個組合水質(zhì)評價模型，克服了國內(nèi)目前使用的傳統(tǒng)的全國一刀切的做法，使水質(zhì)評價真正落實到了具體水域。該方法既能反映自然生態(tài)之變遷，又能反映人為排放的影響。其分類評價又具有積木式組合拆卸結(jié)構(gòu)，可進行不同側(cè)面的對比。數(shù)字化的指數(shù)表征方式更直觀，易理解，也能區(qū)分同一水質(zhì)級別內(nèi)的優(yōu)劣，初步實現(xiàn)了與國際接軌。 研究技術(shù)路線現(xiàn)行的水質(zhì)評價方法主要有單因子評價法、水質(zhì)綜合污染指數(shù)法、模糊數(shù)學法、基于灰色系統(tǒng)理論評價法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法等。以上幾種方法都各有特點且均存在一定的局限性，其中：單因子污染指數(shù)只能代表一種污染物對水質(zhì)污染的程度，不能反映水體的全貌；綜合污染指數(shù)法是對整體水質(zhì)作出的定量描述，這樣的評價結(jié)果只能定性地說明污染程度是輕、嚴重還是非常嚴重，不能確定其功能類別為幾類；模糊數(shù)學法采用線性加權(quán)平均極型得到的評判極易出現(xiàn)失真、失效、跳躍等現(xiàn)象，存在水質(zhì)類別判斷不準或結(jié)果不可比的問題，可操作性較差；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法對于協(xié)同性較差的樣本，評價結(jié)果易出現(xiàn)均化現(xiàn)象。由于影響水環(huán)境質(zhì)量的因素不斷增多且不斷變化，因而水環(huán)境是一個具有廣泛不確定性的系統(tǒng)。本人研究型應用確定的方法針對各種水源地進行系統(tǒng)分析。首先是灰色關(guān)聯(lián)法做到簡單、定量可比；然后是熵值法客觀性判定水質(zhì)質(zhì) 9 / 55量；兩種方法集合作出水源地水質(zhì)的定向指標結(jié)果；最后是水質(zhì)指數(shù)評價法發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。這樣一整套的方法來確定水質(zhì)水量，并指導水源地的保護工作?？梢杂孟聢D 1 表示：圖 11 研究路線國內(nèi)外研究文獻查閱對各種研究方法進行分析研究模型的討論分析選擇并確定研究模型舉例計算證明模型利用模型解決本論文需要研究案例查閱資料了解各項水質(zhì)指標與國家法令數(shù)據(jù)結(jié)果，指導該水源地的保護工作結(jié)論與展望第 2 章 指標及方法的應用 水源地水質(zhì)指標分為三種指標：感官性狀和一般化學指標、毒理性指標、細菌學指標一、感官性狀和一般化學指標1色度 飲用水的顏色是由于帶色有機物、金屬或高色度的工業(yè)廢水造成。水色的存在使引用者不快甚至感到厭惡。衡量水中的色度用鉑鈷標準比色法，規(guī)定相當于1mg鉑在1L水中所具有的顏色稱為1度。國標規(guī)定色度不超過15度，并不得呈現(xiàn)其他異色。 渾濁度本身并不直接代表水的性質(zhì)，而是綜合性地反映水的渾濁程度，屬于感官性質(zhì)。渾濁度用白陶土標準比濁法測定，相當于1mg白陶土在1L水中所產(chǎn)生的渾濁程度作為一個渾濁度單位，用度表示。國標規(guī)定不超過3度，特殊情況下不超過5度。 國標規(guī)定飲用水不得有異臭、異味。測定水中臭氣沒有標準的單位表示，一般常以水樣在40度及60度時測者的感覺用文字定性描述并以臭氣強度表示。描述臭氣強度分為6級。味在強度上也分為6級 國標規(guī)定水中不得含有肉眼可見物。5pH值 pH值是水中氫離子濃度倒數(shù)的對數(shù)值。是衡量水中酸堿度的一項重要指標。 含有鈣與鎂離子的水叫做具有硬度的水。水中鈣離子與鎂離子含量的綜合叫做水的總硬度。水的硬度有分為暫時硬度和永久硬度兩種，總硬度是這兩種硬度之和。國標規(guī)定：生活飲用水的總硬度不能大于450mg/L（以碳酸鈣計） 。 鐵在天然水中普遍存在，是人體不可缺少的營養(yǎng)素。水中含鐵量在~，達1mg/L時便有明顯的金屬味，大于30度。國標規(guī)定：。 錳也是人體需要的微量元素之一。，水就會產(chǎn)生金屬澀味。毒性較小，是從感官和危害角度提出的。 ，超過1mg/L的水，可以使衣服器皿及白瓷器染成綠色。但銅也是人體需要的微量元素之一。國標規(guī)定主要從感官出發(fā)。 當水中含鋅量達10mg/L時，水是渾濁的，在5mg/L時水中有金屬澀味。 酚分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚，水中含酚主要來自工業(yè)廢水污染，特別是煉焦和石油的工業(yè)廢水，其中以苯酚為主要成分。國標規(guī)定：根據(jù)感官要求。 其化學性質(zhì)穩(wěn)定，較難分解和消除，毒性極低。 硫酸鹽在天然水中普遍存在，但含量過高就會使水具有苦澀味，且能使人腹痛、腹瀉、甚至便血。國標規(guī)定不應超過250mg/L。 11 / 55 水中氯化物含量過高，使水產(chǎn)生令人厭惡的味道，長期飲用氯化物含量過高的水還會引起高血壓、心臟病和嬰兒猝死，國標主要根據(jù)味覺考慮規(guī)定為不應超過250mg/L。 水中溶解性總固體主要成分為鈣、鎂、鈉的重碳酸鹽、氯化物和硫酸鹽等無機物。國標規(guī)定溶解性總固體不應超過1000mg/L。二、毒理性指標 氟化物在自然界廣泛存在，是人體正常組成成分之一。國標綜合考慮飲用水氟含量對牙齒的輕度影響和氟的防蛀，以及對廣大高氟區(qū)飲水進行除氟或更換水源所付的經(jīng)濟代價，規(guī)定飲用水中氟含量不得超過 1mg/L。2 氰化物 水中氰化物有劇毒，氰化物使水呈杏仁氣味，其嗅覺濃度為。國標采用一定安全系數(shù)，規(guī)定飲用水中氰化物不得超過 （以游離態(tài)氰計） 。 水中的砷化物有毒，國標規(guī)定不應超過 。 硒是人體必需的元素之一。但硒的化合物有毒，在人體內(nèi)有明顯的蓄積作用。 汞是劇毒物質(zhì)。汞化物分為有機汞與無機汞，無機汞中的氯化汞和硝酸汞毒性較高，汞在人體內(nèi)蓄積性高，殘毒性久，濃縮性大。國標規(guī)定不得超過 。 鎘是有毒元素，實用鎘污染的食物可能會蓄積與體內(nèi)造成慢性中毒。國標規(guī)定飲用水中鎘含量不超過 。 鉻的化合物有二價、三價和六價，其中六價鉻毒性最大，可引起皮膚、粘膜、肝、胃、腎、口腔、血液部分的疾患，并有導致肺癌的可能。國標規(guī)定為不得超過 。 鉛常隨飲水和食物進入人體，攝入量過多可引起中毒。世界衛(wèi)生組織于 1972 年規(guī)定每人每周攝入鉛的總量為 3mg，當飲用水中鉛含量為 可能引起兒童血鉛濃度的增高，根據(jù)國內(nèi)管網(wǎng)水含鉛量一般均低于 實際情況，國標規(guī)定鉛濃度不得超過 。 銀的主要毒性表現(xiàn)為皮膚、眼和粘膜著色，稱為銀質(zhì)沉著癥。由于銀一旦被吸收，就能長期保存在組織中。國標根據(jù)國外飲水中銀的限量標準，規(guī)定飲水中銀的濃度不得超過 。 硝酸鹽含量過高可引起嬰兒得變形血紅蛋白血癥，還可能引發(fā)癌癥。國標定為飲用水中硝酸鹽氮含量不得超過 20mg/L。三、細菌學指標 細菌總數(shù)是指一毫升水樣在普通瓊脂培養(yǎng)基中經(jīng)37度24小時得培養(yǎng)所生長得各種細菌菌落總數(shù)。國標定為每毫升不超過100個。 水中所含大腸桿菌得數(shù)量，通常用大腸桿菌群來表示，其意義為一升水中所含得大腸桿菌數(shù)。國標規(guī)定大腸桿菌3個/L，這在流行病學上是安全的。根據(jù)水的不同用途，擬定了相似的水質(zhì)標準，作為計算水質(zhì)指標的依據(jù)，然后計算各種用途的水質(zhì)指標值。 羅斯（Ross ）水質(zhì)指數(shù)羅斯在總結(jié)以前的水質(zhì)指數(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種比較簡明的水質(zhì)指數(shù)。選擇懸浮固體、BOD和氨氮為評價參數(shù)。并分別給予權(quán)重，見下表。表 21 各評價參數(shù)權(quán)重參數(shù) BOD 氨氮 懸浮固體 DO權(quán)重系數(shù) 3 3 2 2在計算水質(zhì)指數(shù)時，先把各參數(shù)的測定值或相對污染值分成等級，然后按等級進行計算。其計算式為：WQI=∑分級值/∑權(quán)重值規(guī)定WQI值用整數(shù)表示，這樣就將水質(zhì)指數(shù)分成從0~10的11個等級，數(shù)值越大，水質(zhì)越好，各級指數(shù)可以進行如下分級：WQI=10，天然純凈水；WQI=8，輕度污染水；WQI=6，污染水；WQI=3，嚴重污染水；WQI=0，水質(zhì)類似腐敗的原污水。表 22 水質(zhì)指數(shù)各參數(shù)的評分尺度懸浮固體 BOD 氨氮 懸浮固體 DO濃度（mg/L ） 分級濃度（ mg/L）分級 濃度（mg/L） 分級濃度（ mg/L）分級濃度（mg/L）分級0~10 20 0~2 30 0~ 30 90~105 10 9 1010~20 18 2~4 27 ~ 24 80~90 8~9 820~40 14 4~6 24 ~ 18 105~120 8 6~8 640~80 10 6~10 18 ~ 12 60~80 4~6 480~150 6 10~15 12 ~ 6 120 6 1~4 2150~300 2 15~25 6 ~ 3 40~60 4 0~1 0300 0 25~50 3 0 10~40 250 0 0~10 0 布朗（Brown ）水質(zhì)指數(shù)1970年，布朗等選取了11種重要水質(zhì)參數(shù)。即溶解氧、BOD 渾濁度、總固體、硝酸鹽、磷酸鹽、PH、溫度、大腸桿菌、殺蟲劑、有毒元素等，然后由專家進行不記名投票，確定每個參數(shù)的相對權(quán)重系數(shù)。水質(zhì)指數(shù)WQI按下式計算：WQI=∑WiPi ∑Wi=1式中：WQI——水質(zhì)指數(shù)，其值在0~100之間； Pi——第i個參數(shù)的質(zhì)量，在 0~100之間； Wi——第i個參數(shù)的權(quán)重值，在0~1之間。表 23 9 個參數(shù)的重要性評價及權(quán)重系數(shù)水質(zhì)參數(shù) 重要性評價值 中介權(quán)重 最后的權(quán)重Wi溶解氧 13 / 55大腸桿菌 pH BOD5 硝酸鹽 磷酸鹽 溫度 混濁度 總固體 合計 ∑= ∑= 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價標準表表 24 地表水質(zhì)評價標準（單位：mg/L，臭和色度除外）評價分級地表水環(huán)境質(zhì)量標準 污染水質(zhì)分級一級（Ⅰ）二級（Ⅱ）三級（Ⅲ）輕污染（Ⅳ）重污染（Ⅴ）嚴重污染（Ⅵ）項目界限值臭（級） 無異臭 臭強度一 級 臭強度二 級 臭強度三 級 臭強度四 級 臭強度五 級色度（度） ≦10 ≦15 ≦25 25 40 50DO 飽和率≧ 90% ≧6 ≧4 4 3 15BOD≦1 ≦3 ≦5 5 15 30MnC≦2 ≦4 ≦6 6 20 50揮發(fā)酚類 ≦ ≦ ≦ CN ≦ ≦ ≦ Cu ≦ ≦ ≦ As ≦ ≦ ≦ Hg ≦ ≦ ≦ Cd ≦ ≦ ≦ +Cr≦ ≦ ≦ Pb ≦ ≦ ≦ 石油類 ≦ ≦ ≦ 20氨氮 ≦ ≦ ≦ 大腸桿菌（個 /L） ≦500 ≦10000 ≦50000 50000 300000 500000表 25 各級參數(shù)的分值及評價總分值級別 參數(shù)的分值 評價總分值第一級（Ⅰ） 10 145~150第二級（Ⅱ） 9 135~144第三級（Ⅲ） 8 120~134輕污染（Ⅳ） 6 110~119中污染（Ⅴ） 3 90~109重污染（Ⅵ） 1 15~89表 26 評價總分值級別 評價總分值 級別 評價總分值Ⅰ 91~94 Ⅳ 69~74Ⅱ 84~90 Ⅴ 56~68Ⅲ 75~83 Ⅵ 9~55 目前以上三種方法的單獨應用 灰色關(guān)聯(lián)評價法 灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的一個重要組成部分，其基本思想是根據(jù)系統(tǒng)各因素數(shù)列的幾何關(guān)系或曲線的相似程度來判別各子因素序列與母因素間的灰色關(guān)聯(lián)程度，關(guān)聯(lián)度的大小可以度量母子因素間關(guān)系的強弱、大小和次序，是事物、因素之間關(guān)聯(lián)程度的度量。若兩條幾何關(guān)系或曲線比較平行，則認為二者的關(guān)聯(lián)程度大；反之，關(guān)聯(lián)程度就小。將水質(zhì)標準作為參考數(shù)列 ，水質(zhì)檢測值作為比較數(shù)列 。其中k{()}iSk ()jC表示評價因子，i表示水環(huán)境質(zhì)量標準類別，j表示各水源地的數(shù)量。則可演化為水質(zhì)分類標準矩陣 ，則 可演化為水質(zhì)樣本矩陣 。{()}iSkim?jC? jm?(1)2(){,.,}iiiiS?()()()}jjjjmCk采用吳文業(yè)、戈建民、黃奕龍介紹的無量綱化方法，即采用某一指標的實測值與各級標準值的平均值相比的方法，此法既可以達到無量化的目的，而且又反映了污染物的相對污染狀況。水質(zhì)分類標準矩陣 無量綱化后記為 ，imS?imB?水質(zhì)樣本矩陣 無量綱化后記為 。jmC?jmA?標準矩陣 無量綱化計算公式為：iS 15 / 55 （1）1(),2.。1,.)iimniSkbnkm??? 樣本矩陣 jmC?無量綱化計算公式為： 1(),2.。1,.)jjnikajnkmS??（2）無量綱化后的比較數(shù)列 {()}jAk對參考數(shù)列 {()}iBk在 k 點的關(guān)聯(lián)系數(shù)()ijk?反映比較數(shù)列與參考數(shù)列在某點上的關(guān)聯(lián)度)，即其定義為： （3）[min()][ax()]()j ijijikkk???????式中： 與 的絕對值差。(){}ijikB??jA （4）()ijijBkA??? 的最小值min()jijk 的最大值axijij?式中： 分辨系數(shù)。 ，其取值不同，分辨能力不同，分辨能力不同，?[0,1]??值愈大，分辨能力愈