水源地水质评价模型研究_毕业设计论文.doc

安徽工程大学本科生毕业论文 摘 要 随着工业化的发展，水源地附近的工厂越来越多，农药 灌溉量也是越来越增加，对水源地安全的威胁也越来越大。 为使源头清水来，让人民群众喝上放心水，一度成为先进 社会关注的热点问题之一。水源地评价方法的研究开发也 是日新月异，进而选取适当的评价方法针对群众所需要探 究的水源地水质问题也成为一重大问题。 现今阶段我国和国外都在才用什么方法应对水源地水质 的评价问题？当前的各种评价方法存在什么样的问题？如 何从不同的评价方法中选择适合当前水源地水质评价的方 法？或者如何选择一种适合各种水源地水质评价的方法是 本文研究的对象。在研究一系列当前的水质评价方法后才 能得出较好的选择。评价不是最终结果，给予评价是为了 针对评价数据制定对应的水源地保护措施，这才是评价的 最终目的。 本文通过灰色关联评价法-熵值法-水质指数评价法这种 组合评价法的对一水源地水质的各项指标进行计算对比， 用数值进行客观评价分析，并对于不同的水源存在的各种 问题进行对应求解，指导水源地保护，有效遏制水源的恶 化。 关键词：水源地水质、评价模型、熵值法、灰色关联法、 水质指数法 水源地水质评价模型 abstract with industrialization, the factory near the water more and more irrigation is more and more pesticides increased threat to the security of water sources is also growing. to make the source of water and let the people drink safe water, once into an advanced one of the hot issues of social concern. water source evaluation of research and development is rapid, and then select the appropriate evaluation methods needed for people to explore the source water quality has also become a major problem. stage of our country and abroad, cash-only method used in response to the evaluation of source water quality? a variety of evaluation methods currently what kind of problems? how to choose a different evaluation methods for evaluation of the current method of source water quality? or how to choose a variety of water sources for water quality assessment method is the object of this paper. a series of current water quality in the study after 安徽工程大学本科生毕业论文 evaluation in order to obtain a better choice. evaluation is not the final result, given evaluation data for the evaluation is to formulate corresponding measures to protect water sources, this is the ultimate goal of the evaluation. this evaluation by grey - entropy - water quality index method evaluation of this combination of a water source to calculate the various indicators of water quality compared to an objective evaluation of numerical analysis and for the existence of a variety of different sources the corresponding problem solving, guiding water source protection, effectively curb the deterioration of water sources. key words: source water quality, assessment model, entropy method, the gray relational analysis, water quality index 水源地水质评价模型 目 录 摘 要 iv abstract .v 目 录 vi 图表目录 viii 引言 .- 2 - 第 1 章 绪 论 .- 3 - 1.1 研究背景及意义 - 3 - 1.1.1.研究背景 - 3 - 1.1.2.研究意义 - 3 - 1.2 国内外研究现状 - 4 - 1.3 本文研究的主要内容 - 5 - 1.4 研究技术路线 - 5 - 第 2 章 指标及方法的应用 .- 7 - 2.1 水源地水质指标 - 7 - 2.1.1.罗斯（ross）水质指数 - 8 - 2.1.2布朗（brown）水质指数 - 9 - 2.1.3.水环境质量现状评价标准表 - 10 - 2.2 目前以上三种方法的单独应用 .- 11 - 安徽工程大学本科生毕业论文 2.2.1.灰色关联评价法 - 11 - 2.2.2.熵值法 - 13 - 2.2.3.水质指数评价法 - 14 - 2.3 选定组合方法进行水质评价 .- 15 - 2.3.1.灰色关联法和熵值法结合的前评价 - 17 - 2.3.2.水质指数法发现问题 - 19 - 第 3 章 问题、模型与求解 - 20 - 3.1 德胜河近 12 个月的水质监测情况 - 20 - 3.2 模型的建立 .- 20 - 3.3 模型的求解 .- 20 - 3.3.1.计算熵权（本文用 excel 计算） - 21 - 3.3.2.灰色关联法 - 22 - 3.3.3.水质指数法 - 23 - 3.4 德胜河未来水质污染发展趋势的预测分析 .- 24 - 3.4.1.水质污染的重点月份和主要成分 - 24 - 3.4.2.指导该水源地的保护 - 24 - 第 4 章 结论与展望 - 26 - 参考文献 - 27 - 致谢 - 29 - 附录 1：题录 .- 30 - 附录 2：外文文献翻译 .- 33 - 水源地水质评价模型 表格清单 表 2- 1 各评价参数权 重 16 表 2- 2 水质指数各参数的评分尺度 16 表 2- 3 9 个参数的重要性评价及权重系数 16 表 2- 4 地表水质评价标准（单位：mg/l，臭和色度除外） 17 表 2- 5 各级参数的分值及评价总分值 17 表 2- 6 评价总分值 18 表 2- 7 2008 年我国南方某市 3 个饮用水水源地水质监测结 果统计 23 表 2- 8 2008 年我国南方某市 3 个饮用水水源地水质评价结 果（改进的水质指数法） 23 表 2- 9 综合评价标准和水质分级指数 23 表 2- 10 灰色系统评价法处 理结果 25 表 3- 1 巢湖市德胜河饮用水源地水质监测结果 单位： mg/l（ph 值除外） 27 表 3- 2 综合评价标准和水质分级指数 29 安徽工程大学本科生毕业论文 引言 gb3838 2002地表水环境质量标准中规定:“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” 。 目前,国内外的水质评价方法很多,一般常用方法有:直接 用相关标准评价、指数法和分级评价法等。近年来随着科 技的发展,开发了一些新的评价方法,如基于层次分析的水 质评价方法、基于模糊理论的水质评价方法、基于灰色理 论的水质评价方法、基于人工神经网络的水质评价方法等。 然而大多数方法都存在着各自的缺点，针对不同的水源地 不能完全适用。制定和选择一套评价方法适合大多数水源 地的评价势在必行。 水源地水质评价模型 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 随着我国工农业生产的飞速发展, 严重超标的废水、废 物和废气的排放越来越多, 饮用水水源污染日趋严重。我 国饮用水来源主要以大的河流湖泊为主。然而, 据水利部 门统计, 全国七成以上的河流湖泊遭受了不同程度污染。 在我国长江、黄河、淮河、海河和珠江等七大水系中, 已 不适合做饮用水源的河段接近40%; 城市水域中78%的河段 不适合做饮用水水源。目前, 据水利和卫生部门的初步调 查, 我国农村有3 亿多人饮水不安全 , 有1.9 亿人饮用污 染水, 水中有害物质含量超标。 饮用水水源污染所带来的饮用水安全问题越来越不容忽 视。因此温家宝总理在政府工作报告中提出要加强环境保 护和生态建设, 要抓紧解决严重影响人民群众健康安全的 环境污染问题, 让人民群众喝上干净的水、呼吸清新的空 气,有更好的工作和生活环境。由此可见饮水水源地安全问 题已引起党和国家的高度重视。 1.1.2 研究意义 我国目前对水源地保护尚未高度重视，导致水源地的保 安徽工程大学本科生毕业论文 护一直存在缺陷，主要体现于下： ( 一) 我国现在还没有对饮用水水源地保护的综合性法律 法规, 这是其主要缺陷之一 饮用水水源保护区污染防治管理规定( 1989) 是我 国现今唯一一部最为集中规定饮用水水源地保护的法规, 但由于制订年代较早, 法规级别较低 , 内容过于粗糙, 只 能对我国这方面的保护起到一种指导作用。可见我国现在 并没有专门的饮用水水源地保护法, 相关法律法规也较为 松散, 缺乏系统性和整体性。 ( 二) 我国对于两类污染处罚力度较小 水污染防治法第 49 条的规定:“违反本法第 20 条 第 4 款规定, 在生活饮用水地表水源一级保护区内新建、 扩建于供水设施和保护水源无关的建设项目的, 由县级以 上人民政府按照国务院规定的权限责令停业或者关闭。” 仅仅规定了“停业或者关闭”, 如何对相关责任人的处罚 及违章建筑的处理方面并无更加有力的规定。在水污染 防治法第六章的其他条文中, 立法者将饮用水水源污染 所应承担的责任统一归到了水体污染责任中。众所周知, 饮用水水源地对于民生的影响是直接而重大的。如果将这 方面的责任归于一般的水体污染中, 会弱化饮用水水源地 的地位, 不利于对其进行完善的保护 , 更不利于加强人们 对于饮用水水源地的保护意识。因此,很有必要将饮用水水 水源地水质评价模型 源地这一水体污染责任独立出来加以加重处罚措施的规定。 而中华人民共和国水法第六十七条“在饮用水水源保 护区内设置排污口的, 由县级以上地方人民政府责令限期 拆除、恢复原状; 逾期不拆除、不恢复原状的, 强行拆除、 恢复原状, 并处五万元以上十万元以下的罚款。”同样存 在着处罚较轻, 没有体现出饮用水水源地特殊性的问题。 饮用水水源保护区污染防治管理规定第十一、十二、 十九条中明确禁止了农业对于饮用水污染的几种类型, 但 也只是大体上进行了规定。比如在对于二级保护区和三级 保护区的农业生产过程中能否使用剧毒高残留的农药、大 剂量的化肥等并无明文规定。而且, 对于占中国人口绝大 多数的农民来说, 农业对于他们生存的意义非同寻常。饮 用水水源地的存在客观上对他们生活产生了一定负面影响。 如何对饮用水源地的农民进行补偿, 从而促使其自觉自愿 保护饮用水, 在相关法律条文中并未提及。这也为饮用水 水源地保护造成了一定的难度。 水源地保护迫在眉睫，拥有一个有效的水质评价模型更 是必要的！ 1.2 国内外研究现状 1 我国现行水资源质量评价方法的科学性与合理性分析 第一次全国水质评价开始于1981年，而后水利部约每5年 组织一次全国范围的水质评价，评价河长约10万km。近几 安徽工程大学本科生毕业论文 年作为中国水资源公报的部分内容向公众发表。因第 一次全国水质评价时尚无国家环境和资源水质标准可依， 因此根据各专项标准值综合拟定了一个分5级的评价标准。 其评价方法有单项评价，采用年度时空均值与标准值比较 的指数法；分类和河流综合评价采用单项参数的地图重叠 法（最差的参数赋100%权）以及按河长加权的水质指数算 术均值法。而后的全国水质评价虽在评价项目选定、分类、 污染等级划分等有所变动之外，其思路和技术方法均沿袭 了这一格局。 1983年后例行的水质评价更趋简单化，采用了全部评价 项目的地图重叠法。而评价方法的研究方面，主要集中在 评价指数的数学处理上，几乎用尽了全部的数学手段，但 在评价结果的合理性方面仍进展不大。人们十分关心我国 现行水资源质量评价方法的科学性和合理性。从评价结果 的表达上看，地图重叠法将水质级别的空间分布表示的较 为清楚、直观。如果单元河长划分的较为符合实际的话， 这种表达也有可取之处。国外有些国家如法国也用过此类 表示方法（尤其是地下水的区域分布图等） 。但这种评价方 法仍有许多不足之处。第一，无论是单项评价还是分类评 价都采用最差的项目赋百分之百权的单指标法，造成了评 价结果与实际的偏离。不同的项目对环境的影响是有差别 的，如bod、氨氮等一般污染项目通过水体流动可以自净， 水源地水质评价模型 它们对环境的影响主要是耗氧。它们与毒性物质对环境生 态及人体健康的影响有着本质的差异。第二，单元河段代 表值选用年均值，后改中值也是有缺陷的。虽然中值克服 了水质数据非正态性分布的影响，但无论是用中值还是均 值来判定其符合哪一类水都显得过于粗糙，这种所谓达标 与否只有50%的把握，置信度太低。第三，由于水质评价标 准是全国一刀切的，许多重要的天然水化学组份只能弃之 不用，造成评价结果失真。显然，像悬浮物、水温和ph等 项目在不同水域的自然背景值相距甚远，无法参与一刀切 的评价，使水质评价作为度量环境生态变化的工具大打折 扣。毒性与硬度密切相关的重金属由于各水域硬度差异很 大，用全国一刀切的标准评价也造成结果不合理。第四， 现在约定俗成地把类水作为水质污染与否的分界线（符 合、类的为达标，否则为污染河段）是一种虚假 的达标统计。实际上有些河段，如源头或自然保护区应按 类管理，可是这种评价方法，该河段如为、类也计 为达标造成虚假结果。第五，现行的评价方法不能表征同 一水质类别内的水质优劣以及缺少度量水量变化对水质影 响的变量，使得河流水量变化的影响不能得到合理的反映。 总之，目前沿用的水资源质量评价方法有不少缺点，使我 国的水资源质量评价与发达国家拉大了差距。 2 发达国家水质评价的思路和作法 安徽工程大学本科生毕业论文 发达国家，如美国的水资源质量评价是为了弄清如下问 题： （1）有问题的水域在哪里，即水质的空间分布； （2）自然水质的变化如何，变化速率多大； （3）国家如果采取措施恢复变化了的水质应对哪些水域 下手，即排出治理的优先序。主要工作内容为： （1）对水域进行尽可能全面的监测。该监测包括水体的 三种介质：水柱(可溶态)、悬浮物和底质、水生生物。其 监测项目应含括无机痕量组份，有机有毒物质，放射性及 其水文因素。 （2）评价项目中天然水化学组份和人为污染组份并重。 因为水质自然性状的变化是生态环境变迁的度量，其成因 包括人们左右不了的因素，如火山爆发、气候变化等，也 有人为长期作用而难以度量的因素如土地利用，植被退化， 这些生态环境变化必然反映在水质上。如水温是区域生态 （植被）水文（流量）变化的晴雨表，ph是水体富营养化 趋向的反映之一，悬浮物是区域士地利用和土壤侵蚀的度 量，粪大肠菌是温血动物和人类密度变化的量度指标。 （3）在数据处理的技术方法上，多用统计学方法。因为 他们认为水质数据的最大特点是随机性，所以数据应给出 最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各不同百分度的值及 最大值，再与其相应标准值比较，就能得出达标不达标以 水源地水质评价模型 及达标的置信度有多大。 1.3 本文研究的主要内容 本文研究一个组合水质评价模型，克服了国内目前使用 的传统的全国一刀切的做法，使水质评价真正落实到了具 体水域。该方法既能反映自然生态之变迁，又能反映人为 排放的影响。其分类评价又具有积木式组合拆卸结构，可 进行不同侧面的对比。数字化的指数表征方式更直观，易 理解，也能区分同一水质级别内的优劣，初步实现了与国 际接轨。 1.4 研究技术路线 现行的水质评价方法主要有单因子评价法、水质综合污 染指数法、模糊数学法、基于灰色系统理论评价法、基于 人工神经网络评价法等。以上几种方法都各有特点且均存 在一定的局限性，其中：单因子污染指数只能代表一种污 染物对水质污染的程度，不能反映水体的全貌；综合污染 指数法是对整体水质作出的定量描述，这样的评价结果只 能定性地说明污染程度是轻、严重还是非常严重，不能确 定其功能类别为几类；模糊数学法采用线性加权平均极型 得到的评判极易出现失真、失效、跳跃等现象，存在水质 类别判断不准或结果不可比的问题，可操作性较差；基于 人工神经网络评价法对于协同性较差的样本，评价结果易 安徽工程大学本科生毕业论文 出现均化现象。 由于影响水环境质量的因素不断增多且不断变化，因而 水环境是一个具有广泛不确定性的系统。本人研究型应用 确定的方法针对各种水源地进行系统分析。首先是灰色关 联法做到简单、定量可比；然后是熵值法客观性判定水质 质量；两种方法集合作出水源地水质的定向指标结果；最 后是水质指数评价法发现问题并解决问题。这样一整套的 方法来确定水质水量，并指导水源地的保护工作。 可以用下图 1 表示： 图 1-1 研究路线 水源地水质评价模型 国内外研究文献查阅 对各种研究方法进行分析 研究模型的讨论分析 选择并确定研究模型 举例计算证明模型 利用模型解决本论文需 要研究案例 查阅资料了解各项水 质指标与国家法令 数据结果，指导该水源 地的保护工作 结论与展望 安徽工程大学本科生毕业论文 第 2 章 指标及方法 的应用 2.1 水源地水质指标 分为三种指标：感官性状和一般化学指标、毒理性指标、 细菌学指标 一、感官性状和一般化学指标 1色度 饮用水的颜色是由于带色有机物、金属或高色 度的工业废水造成。水色的存在使引用者不快甚至感到厌 恶。衡量水中的色度用铂钴标准比色法，规定相当于1mg铂 在1l水中所具有的颜色称为1度。国标规定色度不超过15度， 并不得呈现其他异色。 2.浑浊度 浑浊度本身并不直接代表水的性质，而是综 合性地反映水的浑浊程度，属于感官性质。浑浊度用白陶 土标准比浊法测定，相当于1mg白陶土在1l水中所产生的浑 浊程度作为一个浑浊度单位，用度表示。国标规定不超过3 度，特殊情况下不超过5度。 3.臭和味 国标规定饮用水不得有异臭、异味。测定水 中臭气没有标准的单位表示，一般常以水样在40度及60度 时测者的感觉用文字定性描述并以臭气强度表示。描述臭 气强度分为6级。味在强度上也分为6级 4.肉眼可见物 国标规定水中不得含有肉眼可见物。 水源地水质评价模型 5ph值 ph值是水中氢离子浓度倒数的对数值。是衡量 水中酸碱度的一项重要指标。 6.总硬度 含有钙与镁离子的水叫做具有硬度的水。水 中钙离子与镁离子含量的综合叫做水的总硬度。水的硬度 有分为暂时硬度和永久硬度两种，总硬度是这两种硬度之 和。国标规定：生活饮用水的总硬度不能大于450mg/l（以 碳酸钙计） 。 7.铁 铁在天然水中普遍存在，是人体不可缺少的营养 素。水中含铁量在0.30.5mg/l时无任何异味，达1mg/l时 便有明显的金属味，在0.5mg/l时色度可大于30度。国标规 定：生活饮用水中含铁不应该超过0.3mg/l。 8.锰 锰也是人体需要的微量元素之一。水中含锰量 如超过0.15mg/l时，水就会产生金属涩味。毒性较小，国 标规定不应超过0.1mg/l，是从感官和危害角度提出的。 9.铜 水中含铜量达1.5mg/l时就会有明显的金属味，超 过1mg/l的水，可以使衣服器皿及白瓷器染成绿色。但铜也 是人体需要的微量元素之一。国标规定主要从感官出发， 不应超过1.0mg/l。 10.锌 当水中含锌量达10mg/l时，水是浑浊的，在 5mg/l时水中有金属涩味。国标规定不应超过1.0mg/l也是 根据感官性状要求制定的。 11.挥发酚类 酚分为挥发酚与不挥发酚，水中含酚主 安徽工程大学本科生毕业论文 要来自工业废水污染，特别是炼焦和石油的工业废水，其 中以苯酚为主要成分。国标规定：根据感官要求，定为饮 用水中挥发酚含量不应超过0.002mg/l。 12.阴离子合成洗涤剂 其化学性质稳定，较难分解和 消除，毒性极低。国标规定为不应超过0.3mg/l。 13.硫酸盐 硫酸盐在天然水中普遍存在，但含量过高 就会使水具有苦涩味，且能使人腹痛、腹泻、甚至便血。 国标规定不应超过250mg/l。 14.氯化物 水中氯化物含量过高，使水产生令人厌恶的 味道，长期饮用氯化物含量过高的水还会引起高血压、心 脏病和婴儿猝死，国标主要根据味觉考虑规定为不应超过 250mg/l。 15.溶解性总固体 水中溶解性总固体主要成分为钙、 镁、钠的重碳酸盐、氯化物和硫酸盐等无机物。国标规定 溶解性总固体不应超过1000mg/l。 二、毒理性指标 1.氟化物 氟化物在自然界广泛存在，是人体正常组成 成分之一。国标综合考虑饮用水氟含量对牙齿的轻度影响 和氟的防蛀，以及对广大高氟区饮水进行除氟或更换水源 所付的经济代价，规定饮用水中氟含量不得超过 1mg/l。 2 氰化物 水中氰化物有剧毒，氰化物使水呈杏仁气味， 其嗅觉浓度为 0.1mg/l。国标采用一定安全系数，规定饮用 水中氰化物不得超过 0.05mg/l（以游离态氰计） 。 3.砷 水中的砷化物有毒，国标规定不应超过 0.05mg/l 的安全标准。 水源地水质评价模型 4.硒 硒是人体必需的元素之一。但硒的化合物有毒， 在人体内有明显的蓄积作用。 5.汞 汞是剧毒物质。汞化物分为有机汞与无机汞，无 机汞中的氯化汞和硝酸汞毒性较高，汞在人体内蓄积性高， 残毒性久，浓缩性大。国标规定不得超过 0.001mg/l。 6.镉 镉是有毒元素，实用镉污染的食物可能会蓄积与 体内造成慢性中毒。国标规定饮用水中镉含量不超过 0.01mg/l。 7.铬 铬的化合物有二价、三价和六价，其中六价铬毒 性最大，可引起皮肤、粘膜、肝、胃、肾、口腔、血液部 分的疾患，并有导致肺癌的可能。国标规定为不得超过 0.05mg/l。 8.铅 铅常随饮水和食物进入人体，摄入量过多可引起 中毒。世界卫生组织于 1972 年规定每人每周摄入铅的总量 为 3mg，当饮用水中铅含量为 0.1mg/l 时可能引起儿童血铅 浓度的增高，根据国内管网水含铅量一般均低于 0.05mg/l 的实际情况，国标规定铅浓度不得超过 0.05mg/l。 9.银 银的主要毒性表现为皮肤、眼和粘膜着色，称为 银质沉着症。由于银一旦被吸收，就能长期保存在组织中。 国标根据国外饮水中银的限量标准，规定饮水中银的浓度 不得超过 0.05mg/l。 10.硝酸盐 硝酸盐含量过高可引起婴儿得变形血红蛋白 血症，还可能引发癌症。国标定为饮用水中硝酸盐氮含量 不得超过 20mg/l。 三、细菌学指标 1.细菌总数 细菌总数是指一毫升水样在普通琼脂培养 基中经37度24小时得培养所生长得各种细菌菌落总数。国 标定为每毫升不超过100个。 2.大肠杆菌 水中所含大肠杆菌得数量，通常用大肠杆 菌群来表示，其意义为一升水中所含得大肠杆菌数。国标 安徽工程大学本科生毕业论文 规定大肠杆菌3个/l，这在流行病学上是安全的。 根据水的不同用途，拟定了相似的水质标准，作为计算 水质指标的依据，然后计算各种用途的水质指标值。 2.1.1 罗斯（ross）水质指数 罗斯在总结以前的水质指数的基础上，提出了一种比较 简明的水质指数。选择悬浮固体、bod和氨氮为评价参数。 并分别给予权重，见下表。 表 2-1 各评价参数权重 参数 bod 氨氮 悬浮固体 do 权重系数 3 3 2 2 在计算水质指数时，先把各参数的测定值或相对污染值 分成等级，然后按等级进行计算。 其计算式为：wqi=分级值/权重值 规定wqi值用整数表示，这样就将水质指数分成从010的 11个等级，数值越大，水质越好，各级指数可以进行如下 分级：wqi=10，天然纯净水；wqi=8，轻度污染水； wqi=6，污染水；wqi=3，严重污染水；wqi=0，水质类似腐 败的原污水。 表 2-2 水质指数各参数的评分尺度 悬浮固体 bod 氨氮 悬浮固体 do 水源地水质评价模型 浓度 （mg/ l） 分 级 浓度 （mg/ l） 分 级 浓度 （mg/ l） 分 级 浓度 （mg/ l） 分 级 浓度 （mg /l） 分 级 010 20 02 30 00.2 30 9010 5 10 9 10 1020 18 24 27 0.20 .5 24 8090 89 8 2040 14 46 24 0.51 .0 18 1051 20 8 68 6 4080 10 610 18 1.02 .0 12 6080 46 4 8015 0 6 1015 12 2.05 .0 6 120 6 14 2 1503 00 2 1525 6 5.01 0.0 3 4060 4 01 0 300 0 2550 3 10.0 0 1040 2 25 40 50 do 饱和率 90% 6 4 5 15 30mnc 2 4 6 6 20 50 挥发酚 类 0.001 0.005 0.01 0.01 0.1 0.5 cn 0.01 0.05 0.1 0.1 0.5 2.0 cu 0.005 0.01 0.03 0.03 0.2 2.0 安徽工程大学本科生毕业论文 as 0.01 0.04 0.08 0.08 0.3 1.0 hg 0.000 1 0.000 5 0.001 0.001 0.01 0.05 cd 0.001 0.005 0.01 0.01 0.05 0.16+cr 0.01 0.02 0.05 0.05 0.2 1.0 pb 0.01 0.05 0.1 0.1 0.3 1.0 石油类 0.05 0.3 0.5 0.5 5.0 20 氨氮 0.3 0.5 1.0 4.0 大肠杆 菌（个 /l） 500 10000 50000 50000 300000 500000 表 2-5 各级参数的分值及评价总分值 级别 参数的分值 评价总分值 第一级（） 10 145150 第二级（） 9 135144 第三级（） 8 120134 轻污染（） 6 110119 中污染（） 3 90109 重污染（） 1 1589 水源地水质评价模型 表 2-6 评价总分值 级别 评价总分值 级别 评价总分值 9194 6974 8490 5668 7583 955 2.2 目前以上三种方法的单独应用 2.2.1 灰色关联评价法 1.灰色关联法建模理论 灰色关联分析是灰色系统理论的一个重要组成部分，其 基本思想是根据系统各因素数列的几何关系或曲线的相似 程度来判别各子因素序列与母因素间的灰色关联程度，关 联度的大小可以度量母子因素间关系的强弱、大小和次序， 是事物、因素之间关联程度的度量。若两条几何关系或曲 线比较平行，则认为二者的关联程度大；反之，关联程度 就小。 2.确定比较数列和参考数列 将水质标准作为参考数列 ，水质检测值作为比较数()isk 列 。其中k表示评价因子，i表示水环境质量标准类别，()jc j表示各水源地的数量。则 可演化为水质分类标准矩阵()ik ，则 可演化为水质样本矩阵 。imsjm jmc 安徽工程大学本科生毕业论文(1)2()(,.,iiiimsks()()().,jjjjcc 3.无量纲化 采用吴文业、戈建民、黄奕龙介绍的无量纲化方法，即 采用某一指标的实测值与各级标准值的平均值相比的方法， 此法既可以达到无量化的目的，而且又反映了污染物的相 对污染状况。水质分类标准矩阵 无量纲化后记为 ，水ims imb 质样本矩阵 无量纲化后记为 。jmc ja 标准矩阵 无量纲化计算公式为：is （1）1(),2.;1,.)iimnikbnkms 样本矩阵 jc无量纲化计算公式为： 1(),2.;1,.)jjmnikajnkms （2） 4.关联系数的计算 无量纲化后的比较数列 ()jak对参考数列 ()ibk在 k 点的 关联系数 ()ijk反映比较数列与参考数列在某点上的关联度)， 即其定义为： （3）min()ax()()j ijijikkk 式中： 与 的绝对值差;()ijib()ja 水源地水质评价模型 （4）()ijijbka 的最小值mnijij 的最大值ax()ijijk 式中： -分辨系数。 ，其取值不同，分辨能力不同，0,1 分辨能力不同，值愈大，分辨能力愈强。 5.关联度的计算 综合各点（k=1，2，m）的关联系数，得比较数列()jak 与参考数列 ()ibk的关联度 ij；1mijjijkw k=1, 2,m （5） 式中： ()j为第 j 个断面中第 k 个评价因子的权重，可以 采用叶文虎在环境质量评价学中介绍的一种反映污染 超标轻重的加权法。即 1()()jjmjkpw （6） 式中： -j个水源地评价因子k的超标倍数，评价因子k()jp 的检测值与标准浓度的比值，即 = /s（k） ； -j()jpkjc()jck 个水源地评价因子k检测浓度mg/l；s（k）-评价因子k标准 浓度mg/l。 由上式求得最大 值所对应的标准级别i即12max,.i 为待评价水源地的环境质量级别。 安徽工程大学本科生毕业论文 2.2.2 熵值法 1. 熵值法的原理 设有 m 个待评方案，n 项评价指标，形成原始指标数据 矩阵 ，对于某项指标 ，指标值 的差距越大，()ijxxjxijx 则该指标在综合评价中所起的作用越大；如果某项指标的 指标值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用。在信 息论中，信息熵 是系统无序程度的度量，()1()lnnxiiihpx 信息是系统有序程度的度量，二者绝对值相等，符号相反。 某项指标的指标值变异程度越大，信息熵越小，该指标是 提供的信息量越大，该指标的权重也越大；反之，某项指 标的指标值变异程度越小，信息熵越大，该指标提供的信 息量越小，该指标的权重也越小。所以，可以根据各项指 标指标值的变异程度，利用信息熵这个工具，计算出各指 标的权重，为多指标综合评价提供依据。 用熵值法进行综合评价的步骤是： 1） 将各指标同度量化，计算第 j 项指标下第 i 方案指标 值的比重 ijp （7）1ijijmijxp 2） 计算第 j 项指标的熵值 je （8） 1lnmjijijkp 水源地水质评价模型 其中 k0，ln 为自然对数， ej0. 如果 对于给定的 jijx 全部相等，那么 1ijijmijxp 此时 ej取极大值，即 1lnlmjiekk 若设 k=1/ln m，于是有 0 ej1 3） 计算第 j 项指标的差异性系数 jg 对于给定的 j， xij的差异性越小，则 ej越大；当 xij全 部相等时， ej = =1，此时对于方案的比较，指标 xj毫无ma 作用；当各方案的指标值相差越大时， ej越小，该项指标 对于方案比较所起到的作用越大。定义差异性系数 （9）1jjge 则当 gj越大时，指标越重要。 4）定义权数 （10）1jjnjga 5）计算综合经济效益系数 i 1nijiap （11） 为第 i 个方案的综合评价值。i 安徽工程大学本科生毕业论文 2.2.3 水质指数评价法 1.水质指数计算方法 水质指数的计算分为三个步骤： （1） 单项指数（ ）：计算方法为：当实测值 处于ii ic 时，为超 5 级水，其水质指数一律计为 100.ii ii （5） gb3838-2002 中共有 5 项补充项目，即硫酸盐、氯 化物、硝酸盐、铁、锰，这 5 项只有一个标准值数按 以下公式计算，即： 安徽工程大学本科生毕业论文 60iioci （16） 3.水源地水质评价 根据 wqi 值，按下表评价水源地水质状况 水质评 价 优 良 尚好 较差 差 极差 wqi 20 2140 4160 6180 81100 100 2.3 选定组合方法进行水质评价 灰色系统理论提出了对各子因素进行灰色关联度分析的 概念，透过一定的方法寻求出水源地各指标因素之间的数 值关系。因此，灰色关联度分析对评价模型的建立提供了 量化的度量，适合进一步的动态历程分析。 熵值法是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵， 根据指标的相对变化程度对整个水源系统的影响来决定指 标的权重，相对变化程度大的指标具有较大的权重，更适 合水源地不能时期的变化研究。 水质指数法消除了变量相关对综合评价的影响，以上 2 种方法不具备这种影响作用。指数法从众多的变量中分解 出少数几个特别变化因子，相对更片面性，却能更好表示 出水源症状，以便对症下药，指导水源地的保护。 灰色关联理论基于水质的灰色不确定性，不会得出量化 水源地水质评价模型 结果与定性分析结果不相符的情况。同时，引入熵值法， 信息熵的引用避免了权重计算的主观性；这样的两种方法 集合使结果更客观更符合事实。最后的水质指数法来计算 出该水源水质出现的问题在哪项指标上，针对问题给予切 当的处理，正确指导水源地的保护工作。 举个实例检验这种组合方法： 表 2-7 2008 年我国南方某市 3 个饮用水水源地水质监测结 果统计 水源 地 ph nh3-n 总大肠杆 菌群数 （个/l） bod5 总硬 度 硝酸 盐 亚硝 酸盐 a 7.7 2 0.28 1600 2.01 126.0 3 1.81 0.10 b 7.6 0 0.11 1600 2.13 89.09 1.50 0.04 c 7.6 3 0.18 1600 2.40 89.77 1.68 0.03 以下（表 2）是给予的相应的评价结果，采用的是改进 水质指数法。 表 2-8 2008 年我国南方某市 3 个饮用水水源地水质评价结 果（改进的水质指数法） 安徽工程大学本科生毕业论文 评价因子（i）出 厂 水 源 地 ph 3nh总 大 肠 杆 菌 数 bod5 总 硬 度 硝 酸 盐 亚 硝 酸 盐 水 质 类 别 评 价 结 果 a 20 27.4 35. 6 20 23. 8 10 40 类 良 好 b 20 20 35. 6 20 20. 8 10 20 类 良 好 c 20 21.7 35. 6 20 20. 8 10 20 类 良 好 评价标准-以国家地表水环境质量标准 （gb3838-2002） 、 国家生活饮用水卫生标准 （gb5749-2006）为基础，参 照水利部地表水资源质量标准 （sl63-94）进行综合调 整，编制成如下副表： 表 2-9 综合评价标准和水质分级指数 评价标准 评价指标 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 ph 值 6.58.5 水源地水质评价模型 氨氮 mg/l 0.15 0.50 1.00 1.50 2.00 总大肠菌 群数 200 2000 10000 20000 40000 bod5 mg/l 3 3 4 6 10 总硬度 mg/l 80 300 450 500 600 硝酸盐 mg/l 10 亚硝酸盐 mg/l 0.06 0.10 0.15 1.00 1.00 2.3.1 灰色关联法和熵值法结合的前评价 归一化处理 为消除各种水质指标量级及绝对值对评价结果的影响， 首先将比较数列和参考数列的元素进行归一化处理 1 12 23 345()6.80.152380.6()110.0.267.4556()xk xk 45 84().7.3. 参考数列 安徽工程大学本科生毕业论文 a 水厂水源 ，b 水厂水源 ， 7.2108.5326796.12.48.80.67.601.252.3890.8971.54 c 水厂水源 7.3108.4758622.9.9161.803 计算关联系数 a 水厂水源 ， 12345()0.467321.850.36520.39561297848.4.()0.45760.12.0510.kk 531234583321.9().9. .47654.7.00.5.0265810.36321()k373.91. 关联度 =0.698145 0.804541 0.628184 0.591189 i 0.575848. b 水厂水源 12345()0.8750.1280.26397.4.1. 6.9.()050.420kk 水源地水质评价模型1()10.310.8951.93670.467.87.629. 3().46452.1031.kk0.10.851 关联度 =0.877747 0.72716 0.650096 0.621919 i 0.607021. c 水厂水源 12345()0.15240.870.182406769536.9()0.724580.1.08104kk 12345 .871().36.925330.43827.97.9.2.910.8.04160.()k181 关联度 =0.839373 0.722932 0.551146 0.628375 i 0.613231. 关联度分析 根据关联度最大的原则，得到下表（灰色系统评价结果） 表 2-10 灰色系统评价法处理结果 水厂 水源 地 级 级 级 级 级 水质 级别 评价 结果 a 0.698 0.804 0.628 0.591 0.575 级 良好 安徽工程大学本科生毕业论文 1 5 2 2 8 b 0.877 7 0.727 2 0.650 1 0.621 9 0.607 0 级 优良 c 0.839 4 0.722 9 0.551 1 0.628 4 0.613 2 级 优良 2.3.2 水质指数法发现问题 由于例文应用的就是指数法，由指数法的评价结果可观 测到第一步的正确性评价，并可以得出结论：该水源地的 问题在于 a 厂水源的氨氮和亚硝酸盐含量过多；c 厂水源的 氨氮含量稍多；三个厂的总大肠杆菌含量过多；由此可以 根据厂商的不同需求针对水源进行治理和保护，可以用化 学、物理、生物等方法处理水源，剪除有危害的水质因子 的含量。 水源地水质评价模型 第 3 章 问题、模型 与求解 3.1 德胜河近 12 个月的水质监测情况 巢湖市德胜河水源水质评价 本文主要用建立的评价模型以巢湖市德胜河段饮用水： 东山水库为研究对象。评价东山水库水质的主要影响因子， 参考指标 7 个，包括：ph，溶解氧 do，高锰酸盐指数 ，mncod 氨氮 ，总磷 tp，石油类，氟化物。3nh 表 3-1 巢湖市德胜河饮用水源地水质监测结果 单位： mg/l（ph 值除外） 月份 取水 量 ph do codmn nh3-n tp 石油 类 氟化 物 1 月 90.00 7.6 7 10.4 6 5.10 0.030 0.00 5 0.03 0.45 2 月 84.00 7.8 5 9.31 5.18 0.120 0.00 5 0.04 0.40 3 月 93.00 7.6 8 10.9 6 4.37 0.012 0.00 5 0.03 0.36 4 月 90.00 8.1 5 11.5 2 3.68 0.012 0.04 0.03 0.35 安徽工程大学本科生毕业论文 5 月 93.00 8.0 1 9.15 8.24 0.134 0.14 0.03 0.40 6 月 90.00 8.1 8 6.86 5.84 0.148 0.06 0.04 0.47 7 月 93.00 8.2 5 5.36 6.02 0.046 0.17 0.03 0.40 8 月 93.00 8.1 0 8.42 4.82 0.012 0.10 0.03 0.41 9 月 90.00 8.0 4 11.8 6 4.79 0.059 0.15 0.03 0.77 10 月 93.00 8.0 8 12.2 7 5.73 0.112 0.15 0.03 0.69 11 月 90.00 8.2 7 12.6 9 5.14 0.012 0.08 0.03 0.60 12 月 93.00 8.1 8 9.05 5.00 0.062 0.04 0.03 0.58 3.2 模型的建立 本文研究的水源地有 8 个指标，设为 x1、x 2x8；共 12 个样本；即 m=8，n=12.利用熵值法求出权重，再根据论文 第 13 页，“设有 n 个待评方案，m 项评价指标”。再根据 公式 合并熵权和灰色关联度，用来第ii eea.21 水源地水质评价模型 一步评价水源水质。然后再利用综合指数法作出进一步评 价和探讨。 3.3 模型的求解 3.3.1 计算熵权（本文用 excel 计算） 58.03.4.062.0.5.918.3 68146270 9.3. 794 41.0302.81.8931460652 .0335.002.81.89 651749673 4.543087654321 xxxx 09863.74.04238.0816.7235.06.0842.516.0 1256