常用水质评价方法的选择.doc

PAGE  PAGE 5 常用水质评价方法的选择 毛兴华 （上海市水文总站 上海 200232） 摘要 本文重点分析了最差因子判别法、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四种方法的特点，并以上海市为例对这四对方法进行了实际应用。结果表明，最差因子判别法评价的水质较差，而基于模糊理论的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 评价 方法 问题的提出 在涉及到水环境的工程问题和科学研究中，常常需要对水环境的质量进行分析和评价。解决问题的性质不同，??要采用的分析评价方法也不相同，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，例如《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）就规定：“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，本文主要讨论水环境质量的多因子综合评价问题。 一般来讲，在水环境多因子综合评价中，需要考虑三个方面的因素：①评价对象总体污染状况和特点；②评价因子的选择；③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，可以断定为某些方法的使用肯定是不合适的，因为方法的不同不应该影响到结果的不同，只能是“异曲同工”，而不能是“异曲异工”。在这样的前提下，选择什么样的评价方法就应该主要考虑操作的简单易懂、实用和稳定性这些方面。 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[1]，模糊综合评价法[2]，人工神经网络模型[3]，遗传算法[4]，等等。这些评价方法各有特点，本文着重对前四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。 最差因子判别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就行了。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。 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、五日生化需氧量这四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： （1） 上式中带下标“i”的项为该指标的实测值；带下标“0”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。A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。由上式不难看出，假如取III类水标准上限值计算，得出AIII2，则说明有机污染总体上要优于III类水，即应该属于III类水，AIII2则说明有机污染总体上劣于III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比较好地反映出水体的有机污染情况，而且计算也比较简单，因而应用比较广泛。但它也存在一些不足之处，该方法把四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，用上式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上式，多次计算，这也是比较麻烦的。 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Matlab。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的组成的代数式，只要将各因子的实测值代入