2.水质评价与模糊综合评价法解析

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2.国内水环境质量评价研究概况
中国始于20世纪50年代，在全国主要河流、 湖泊（水库）上进行水质评价工作。1960 年提 出了中国河流水化学特征报告及有关图表。 1972年，包含了水质评价内容的《北京西郊环 境质量评价研究》树立了我国水质评价研究上 的第一个里程碑。随后，开展了官厅水库、松 花江、图们江、白洋淀、湘江、杭州西湖、武 昌东湖、昆明滇池、太湖、东海海域及南海海 域等水环境的专题质量评价工作。
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水质评价是研究人类水环境质量的变化规律， 评价人类水环境质量的水平，并对水环境要素 或区域水环境性质的优劣进行定量描述的科学， 也是研究改善和提高人类水环境质量的方法和 途径的科学。 水质评价按评价的时间划分，有回顾评价、现 状评价和影响评价。其中，水质现状评价是根 据近几年水环境监测资料对一个地区的水环境 质量现状进行评价。通过水质现状评价可以了 解过去人类活动对一个地区水环境质量各要素 的影响后果，从而可以进一步追索造成污染的 原因，便于制定和采取综合措施，在治理污染 的同时，积极的进行污染预防，是水环境影响 评价的基础。
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3.灰色评价法
水质的监测数据都是在有限的时间和空间范围内获得的，因 而信息是不完全或不确切的，故可将水环境系统视为一个灰 色系统，即部分信息已知，部分信息未知或不确知的系统， 这一原理应用于水质综合评价中的基本思路是：计算水体水 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 关联度大小确定水体水质的级别。对处于同类水质的不同水 体可通过其与该类标准水体的关联度大小进行优劣比较。 灰色评价法主要有灰色聚类法、灰色关联法、灰色模式识别 法、等斜率灰色聚类法、区域灰色决策法、加权灰色局势决 策法、梯形灰色聚类分析法、灰色局势决策法、灰色贴近 度法等。
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1.单因子评价法 指用水体中感观性、毒物和生物学等单因子的监测结果对照 各自评价标准，确定各项目的水质类别，在所有项目水质类别 中选取水质最差类别作为水体水质类别，是现行国家水质标准 中确定的悲观评价原则。 2.污染指数法 污染指数评价法是用水体各监测项目的监测结果与其评价标 准之比作为该项目的污染分指数，再通过各种数学手段将各项 目的分指数综合运算得出一个综合指数，以此代表水体的污染 程度，作为水质评定尺度。 指数法综合评价是对整体水体质量的定量描述，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污 染的性质和程度的。而且对于全国流域尺度而言，指数化综合 评价法计算简便，便于进行水系之间或同一水系时间上的基本 污染状况和变化的比较。中国环境监测总站在进行水质评价时 采取这种方法。
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吕兰军、徐祖信、李俊莉运用各种指数法进行 水环境质量评价，并提出改进意见和一种全新 的河流指数评价方法，它既可以比较分析同一 类水质指标在同一级别中的差异，又可以在不 同类别水质指标中比较分析水质的污染程度； 汪家权、沈时兴把多种评价方法相结合，构建 新的评价模型应用于水质评价中，李如忠对水 质评价模型进行了综述；宋军继分析了城市环 境与水的关系以及城市水环境面临的问题，在 此基础上提出了城市水环境发展的应对策略。 由上可见我国关于河流、湖泊水环境质量评价 和水质评价方法的研究相当活跃，使得水环境 质量评价研究进入快速发展时期。
第二讲 水质评价与模糊综合评价法
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国内外水环境质量评价研究概况 水环境评价存在问题与发展趋势 评价方法介绍 模糊综合评价法概述 模糊综合评判模型 模糊综合评价步骤 六安市淠河水质模糊综合评价 淠河评价结论 方法创新之处
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一.国内外水环境质量评价研究概况
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20世纪60 年 代中期开始出现，70年代蓬勃发展。美国 是世界上第一个把环境评价以法律形式肯 定的国家。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。
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2.发展趋势


1)水环境质量评价的综合指数法，其基本理论和方法 都相当成熟，仍然是水污染评价的一种有效方法。但 评价指标的选择和评价标准的采用将得到进一步的完 善而走向统一，以提高评价方法的适用性，并成为其 它方法评价结果的一种参比。 2)系统论，控制论和信息论的发展以及耗散结构论、 协同论和突变论的产生，模糊数学、层次分析、灰色 系统和人工神经网络等现代系统方法将不断应用于水 环境评价，而成为今后研究的一大热点；由单因子模 型的定量评价预测向多因子模型的综合评价预测发展; 水环境中不同系统方法和藕合是科学发展的必然，随 机性、模糊性和灰色性往往共存于所研究的对象和问 题之中。因此，水资源研究的随机分析、模糊分析和 灰色分析的祸合思路将引起人们的重视。
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N.L.Nemerow 在其《河流污染的科学分析》一书中提 出内梅罗指数法。S.L.Ross 根据 BOD、NH3-N、SS 及DO 四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流水质 进行了评价。进入90年代后，水质评价的方法得到了 进一步的扩展，各种数学方法和模型都得到了应用， 如Puckett等应用主成分分析法对美国弗吉尼亚州某些 河流的主要离子化学因素进行了研究，Sokolov等运 用模型模拟了澳大利亚东南部Yarra河流水质参数随时 间的随机变化情况，Caissie 等对加拿大一条小河流 河水主要离子浓度随流量的变动和水文分割进行了研 究，前东欧和苏联的多数学者在评价时既考虑物理和 化学指标，还考虑生物指标，使水质评价更加全面、 科学.
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4)建立有效的计算机评价支持系统
根据钱学森提出的处理复杂巨型系统的方法— 从定性到定量的综合集成方法(metasynthesis) 的基本思想，尝试将多方法组合、交互式思想 同先进的技术方法综合起来构成集成式智能化 交互式评价支持系统，这种评价支持系统应综 合评价对象集、评价目标集、评价人集、评价 方法集，及其他的先进技术(如人工智能、知识 工程、专家系统、人工神经网络、模糊集理论、 计算机信息处理技术等)于一体，形成“人一机 一评价对象”一体化模式，即从IDSS向护 I3DSS转变，使评价工具具备通用性、规范性、 智能性、交互性等特征。
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5)迄今没有一个被大家公认通用的、具有可比性的水 质综合评价数学模型。各地各部门在进行水质评价时, 选用模型的任意性很强,评价的结果不便于与其它地区 水质状况进行比较,因而也不能准确反映本地的相对污 染状态,国家难以全面掌握水环境污染的时空分布态势, 其结果难以被公众接受,达不到水质评价的目的。1999 年12 月在广州召开的全国综合评价技术研讨会提出, 要把水环境综合评价方法的统一和改进问题作为目前 需要重点解决的问题之一。 6)缺乏比较客观的确定环境因子权重的量化方法。除 人工神经网络评价法外,其它各种方法的评价结果无疑 都受权重影响很大,权重的研究是一个重要的课题。在 多因子的水质综合评价中, 各因子对环境污染的贡献 是不同的,而目前缺乏统一的客观的定权方法,这对评 价结果的可比性影响较大。

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3）不适于水资源可持续利用的研究和国家对水资源 利用的战略指导。一个合理的、能真实反映水资源状 况的水资源评价模型，对水资源可持续利用的研究和 国家水资源战略的制定是极为重要的，它不但能评价 水资源的现状，而且能为国家的长期社会经济发展作 宏观的战略指导，但目前水资源的评价方法的片面性 往往不能达到本目标。 4）由于对水质综合评价的基本原则尚存在分歧, 因此 在水质类别判定上各种方法的结果经常不一致。一部 分人认为,水质综合评价要考虑各种指标的综合作用, 如果多数指标的级别较低,而仅有几项指标级别高,则 不应把综合水质定为较高级别。而实际上, 现行国标 GHZBI-1999中对地表水综合评价均已确定悲观的原 则,即以单项指标最差所属级别确定其综合水质级别。 这是符合实际的,因为若某项指标浓度严重超标,已不 适于饮用,却仍评为可作为饮用水源地的三类水,将给 人民生命健康带来威胁。因此在把环境质量评价方法 应用于水质综合评价时要考虑水体环境的特殊性,必须 满足水质类别判断的准确性。
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3)进行基于方法集的组合评价研究
方法集是指能独立完成对对象进行评价的方法的 全体。基于方法集的组合评价方法是指，在评 价的基本原则指导下，根据一定的准则和规则 从基本评价方法集中抽取若干方法，并运用这 些评价方法对待评价对象进行评价，然后寻找 理想的组合算法模型对以上评价结果进行优化 组合的全过程。通过方法的集成去寻求一个更 有效的方法组合，以消除单一方法产生的随机 误差和系统偏差，进而解决多方法评价结论的 非一致性问题。
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三.评价方法介绍
我国于1974年提出用数学模型综合评价水污染， 至今经过了近30年的发展历程。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 括起来大致分指数评价法、模糊评价法、灰色评价 法、物元分析法、人工神经网络评价法、地理信息 系统的应用评价中，另外，还有一些评价方法，如 普适指数公式法、层次分析法、水质污染损害率评 价法、可拓评价法、密切值法、水质综合特征模式 法、矩阵排序法、因子分析方法、主成分分析法等， 适用于一些特定场合，应用受到一定限制。
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1.国外水环境质量评价研究概况
20世纪初，世界上一些河流水质日趋恶化，用水安全得不 到保证，水质问题越来越受到人们的重视，水质评价工作 也随着发展起来。最早是德国科学家柯克维兹和莫松等提 出了生物学的水质评价分类方法，随后英国科学家根据河 流水质情况，提出以化学指标对河流进行污染分类。1965 年，美国俄该俄州河流卫生委员会的赫尔顿R.K.Horton） 提出了一种水质评价的指数体系，并提出了制定指数的步 骤，即豪顿水质指数（QI），标志着水质现状评价工作的 开始。随后 R.M.Brown 等于 1970 年在35种水质参数中选 取11 种重要水质参数，然后再根据专家的意见进行加权计 算，即建立了水质指数（WQI），意大利斐拉拉大学卫生 研究所提出的普拉特水质指数，