（环境科学专业论文）桂林市漓江段2009年度水质分析及评价.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字同期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 签字日炒，一年 桂林理工大学硕士学位论文 摘要 随着桂林市人口的增长、经济的发展，越来越多生活污水及一i ：业废水排入漓江流域，漓 江水环境问题日益突出，在水体富营养化方面甚为严重。为了全面了解桂林市漓江段地表水 环境质量状况，本文对桂林市内漓江段水域布点采集水样，并进行水质评价和饮用水健康风 险评价，找出漓江水环境中的主污染物及评价污染程度，对影响漓江水域地表水的主要冈子 进行趋势分析，为漓江地表水的污染控制和质量评价提供一定的依据。本文据漓江水体受污 染的状况、周边污染源的分布特征及水体h j 途，对漓江流域地表水环境的保护提出了控制对 策和保护建议，为漓江水环境可持续发展规划及保护提供参考。 根据漓江所处的地理位置、水体用途及污染源的分布特点，选取桂林市漓江的南州大桥 下泗洲湾到象山公园段水域进行布点采样，总共在此段布设取样点2 5 个，每个水样点每月 取l 2 次水样，取样期为( 2 0 0 9 4 2 0 0 9 1 0 ) 。并在桂林理t 大学一处静水水塘处同期取一 水样进行对比分析。 通过对水样的分析评价，发现桂林市漓江段水域水质在丰水期优于枯水期，除总氮超标 外其余所选取测定的水质冈子均符合地表水质量标准g b3 8 3 8 2 0 0 2 的i i 类水质标准； 通过主因子分析法提取出7 个主因子，即这7 项冈子是影响水质的最主要因素，分别为无机 岩溶和磷营养盐污染指数、化学和氮营养盐污染指数、电子业金属离子污染指数、硝酸盐 污染指数、氨氮及p b 污染指数、有机碳及砷污染指数、重金属污染指数；通过对 2 0 0 9 0 4 2 0 0 9 1 0 所取水样的进行水环境健康风险评价，发现化学致癌物质c r 和a s 通过饮 水途径对人体健康危害的年风险总值超过国际辐射防护委员会( i c r p ) 推荐的最人可接受风 险水平，相当于美国环保局( e p a ) 的致癌风险评价指南所规定的最大个人年风险值。 关键词：漓江地表水；水质分析法；主因子分析；饮用水健康风险评价； 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t hp 叩u l a t i o n 孕o 、川ha n de c o n o m i cd e v e l o p m e n to fg u i l i n ，al a r g en u m b c ro f d o m e s t i c s e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t ew a 衙w a sd i s c h a r g e di n t ot h e 硼i a n gm v l i j i a n g 黜v e r 、张t e r q u a l i t yp r o b l 锄sh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yp r o m i n e l l t ，e s p e c i a l l yi nt h ee u t r o p h i c a t i o n i no r d e r t oi n v e s t i g a t et h eg u i l i nl i j i a n gr i v e rw a t e re i l v i r o n m e n t a lq u a l i t y ，i i lt 1 1 i sp a p e r ，w eb y o u t t l l e w a t e rs a m p l e so fl ir i v e ri ng u i l i nl o t ，m a k et h ed t i n h n gw a t e r q u a l i t ya s s e s s m e n ta n dh e a l m r i s ka s s e s s m e n t ，t h e nw ec a nf o u n dt h em a i np o l l u t a n t si nt h ee n v i r o r l i l l e n ta n d p o l l u t i o nl e v e l so f l i i i a n gr i v e r ，a n dt h et h em a i ne n 访r o n m e n t a li m p a c tf a c t o r s 仃饥d 锄c eo fu i a n g 砥v e rw a t s o w ec a np r o v i d eab a s i sf o rs u r f a c e 、粕t e re n v i r o n m e l l t a ip o l l u t i o nc o n t m la n d q u a l i 哆a s s e s s m 饥t o ft h el i j i a n gm v e r a c c o r d i n gt ot h ep o l l u t i o ns t a t i l s ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f p o l l u t i o n s o u r c e sa n dw a t e ru s eo fl i j i a n gr i v e r ，t h ea r t i c l ep u tf o n v a r d st l l ec o n 仃o lm e a s u r e m e n ta n d p r o t e c t i o nr e c o m m e l l d a t i o n s ，o f f e r sar e f 柏l c et ol i j i a n g 砌v e rw a t e re i l v i r o 啪e i l ts u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tp l a n n i n ga n dm ep r o t e c t i o nf o rt h eg o v 饥u n 饥t a c c o r d i n gt o “黜v e rg e o g r a p h i c a ll o c a t i o n ，w a t e ru s a g e 锄dd i s t r i b u t i o no fp o l l u t i o n s o u r c e s ，w cs e l e c tap 甜o do fs t a b i l 时a n dr 印r c s e i l t a t i v er e 西o no fl i i i a i l gs 锄p l i l l gp o i i l t s ，n l e r e a r e2 5s a m p l i n gp o i i i t sm a 1 1 1 2 s a m p l e ss h o u l d b et a k e nf o re v e d ，s a m p l i n gp o i n te a c hm o n t l l ， d a t e1 j r 啪2 0 0 9 4t o2 0 0 9 1 0 w et a k eat h es t i l ll a k ew a t e rs 锄p l ei ng u i l i nu n i v e r s 岫o f t e c h n o l o g yt oc o m p a r a t i v ea n a l y s i s b yd e t e c t i n ga n de v a l u a t i o nm ew a t e rs 姗p l e s ，w ef o u n dt h a tt h ew a t e rq u a l i 哆o fg u i l i i l l i j i a n gr i v e ri nw e tp e r i o di sb e t t e rt h a nd 巧s e a s o n ，a l ls e l e c t e dw a t e rq u a l i 够p a r a m e t e r s m e a s u r e da r ei i ll i n ew i t hm es t a n d a r do f ”s u r f a c ew a t e rq u a l i 哆s t a n d a r d s ”g b3 8 3 8 2 0 0 2i i l a d d i t i o nt ot n ；w ee x 仃a c t e ds e v 研n c i p a lf a c t o r st h r o u g l im em a i nf a c t o r sa n a l y s i n g ，t l l es 洲 f a c t o r sa f f e c t st h ew a t e rq u a l i t ym o r ei m p o n a n tt h a no t h e r st h a ti sa m o n gt h ef a c t o r sm e a s u r e d b y ；t h r o u 曲t h ew a t e r 铋、，i r o n m e i l t a lh e a l t hr i s ka s s e s s m e i l t 、砘i c ht h es a m p l e st a k e l lb y ( 2 0 0 9 0 4 - 2 0 0 9 - 1o ) ，w ef o u n dt h a tt h ea n u n ls u mo fh a 肋如l t oh u m a nh e a l t hr i s kv a l u eo f c a r c i n o g e n sc ra n da sb y 捌n k i n gw a t e ri so v e rt h em a x i m u ma c c 印t a b l er i s kl e v e l ( i c r p ) r e c o m m e n d e d ，t h e 1 u ei sa l s oe q u i v a l e l l tt ot h em a x i m u mp e r s o n - y e a r sr i s kv a l u ep r o v i d e db y ( e p a ) c a r c i n o g 饥i c 打s ka s s e s s m e n tg u i d e l i n e s k e y 、阳r d s ：l i j i a n gr i v e rs u r f a c ew a t e r ；w a t e rq u a l i t ya n a l y s i s ；p r i n c i p a lf a c t o ra n a l y s i s ；d r i i l l ( i n g w a t e rh e a l t h s ka s s e s s m e n t ： 桂林理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a ( 了 第l 章引言1 1 1 研究背景及意义1 1 2 目前国内外水质分析评价的进展1 1 2 1 国际水质分析评价研究进展2 1 2 2 我国水质分析评价研究进展概况3 1 3 常用水质分析评价的方法及优缺点4 1 3 1 单因子评价法4 1 3 2 污染指数法4 1 3 3 灰色评价法5 1 3 4 模糊评价法一5 1 3 5 物元分析法6 1 3 6 神经网络评价法6 1 3 7 可拓评价法一6 1 3 8 其他评价方法7 1 4 主冈予分析法的研究进展和心用7 1 4 1 主因子分析法的研究进展7 1 4 2 主因子分析法的应用及优点7 1 5 健康风险评价的研究进展8 1 5 1 国内外健康风险评价研究基本概况8 1 5 2 饮用水健康风险评价在水环境系统分析中的应用的必要性8 1 6 水质变化趋势研究进展9 1 6 1 国内外水质变化趋势研究进展9 1 6 2 我国常用水质趋势分析的方法9 桂林理工大学硕士学位论文 第2 章桂林市漓江水域及研究内容概况l l 2 1 自然环境概况一1 1 2 1 1 漓江自然地理概况1 1 2 1 2 漓江地质概况1 1 2 1 3 漓江水文陋”1 特征1 2 2 1 4 桂林气候特征1 3 2 2 环境污染源概况1 4 2 2 1 废水1 4 2 2 2 废气。1 4 2 2 3 固废1 s 2 3 水体主要使用功能概况1 6 2 4 取样点位置的选取及分布情况1 6 2 5 研究内容1 7 2 6 研究的技术路线( 如图2 6 ) 1 8 第3 章实验及桂林市漓江段水质单因子分析1 9 3 1 实验测定项目( 评价因子) 及所用方法和仪器1 9 3 1 1 实验测定项目的选取1 9 3 1 2 实验测定项目所用仪器试剂及方法2 0 3 2 水质标准2 2 3 3 单冈子分析及结果2 4 3 4 小结2 7 第4 章主因子分析法对桂林市漓江水域污染评价研究。2 8 4 1 评价分析方法的确定2 8 4 2 主因子分析法模型蚓2 8 4 3 主冈子求解2 9 4 3 1 变量标准化一2 9 4 3 2 相关系数一3 0 4 3 3 主因子载荷的求解一3 0 桂林理工大学硕士学位论文 4 3 4 主因子载荷的统计意义3 1 4 3 5 主因子导出3 1 4 3 6 主因子旋转3 2 4 3 7 主因子得分3 3 4 4 主因子评价结果及分析3 4 4 4 12 0 0 9 年4 10 月份水质主因子提取3 4 4 4 22 0 0 9 年4 1 0 月份水质主因子成因分析3 7 4 4 32 0 0 9 年4 1 0 月份水质主因子得分3 8 4 5 ，j 、结4 1 第s 章桂林市漓江流域饮用水健康风险评价4 2 5 1 健康风险评价模型4 2 5 1 1 基因毒物质所致健康危害的风险4 2 5 1 2 躯体毒物质所致健康危害的风险一4 3 5 1 3 放射性物质所致健康危害的风险4 3 5 2 评价参数及强度的确定4 3 s 3 评价结果及分析4 5 5 3 12 0 0 9 年4 到10 月份水质风险评价结果4 5 5 3 22 0 0 9 年4 到10 月份水质风险的变化趋势4 6 5 3 3 水质风险评价结果分析。4 7 5 4 小结4 8 第6 章2 9 年度漓江主要水质因予趋势及主要影响因素分析4 9 6 1 桂林市漓江流域c o d ( m 。) 变化趋势分析和主要影响因素分析4 9 6 1 12 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江流域地表水c o d i m 。j 均值变化情况及原因分析4 9 6 1 22 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江各个取样点c o d l m 。) 土匀值变化情况及原因分析5 0 6 22 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江流域地表水t 0 c 均值变化情况5 1 6 3 2 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江流域地表水p h 均值变化情况5 1 6 3 12 0 0 9 0 4 _ 1 0 桂林市漓江流域地表水p h 均值变化情况及原因分析5 1 6 3 22 0 0 9 0 4 1 0 月漓江各取样点p h 均值变化情况及原因分析5 2 6 42 0 0 9 0 4 1 0 梓林市漓江流域地表水t n 均值变化情况5 3 v 桂林理工大学硕士学位论文 6 4 12 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江流域地表水t n 均值变化情况及原因分析5 3 6 4 22 0 0 9 0 4 1 0 月漓江各取样点t n 均值变化情况及原因分析5 4 6 s2 0 0 9 0 4 1 0 桂林市漓江流域地表水t p 均值变化情况s 5 6 5 12 0 0 9 0 4 10 桂林市漓江流域地表水t p 均值变化情况及原因分析5 5 6 5 22 0 0 9 0 4 1 0 月漓江各取样点t p 均值变化情况及原因分析5 6 6 62 0 0 9 0 4 1 0 漓江地表水与梓林理工大学静水水湖水质对比分析5 7 6 7 小结s 9 第7 章漓江水环境保护及污染防治的几点建议 7 1 漓江工业废水污染预防6 0 7 2 漓江生活废水污染预防6 1 7 3 漓江郊区农业水污染预防6 1 7 4 处理好上游区域问题6 2 7 5 加强漓江旅游项目管理6 2 结论6 4 j 致谢6 6 参考文献。 作者简介7 2 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 目前我国乃至世界上的大多数国家都因为大力发展经济导致了环境污染问 题的同益严重，环境问题也成为人类现在所面临的一个和资源、人口并列的发展 和生存问题。这些年来，环境问题也受到了越来越多的关注。 水环境是人们赖以生存和发展的重要环境要素之一。目前随着我国经济、社 会的迅速发展和城市化进程的不断加快，水环境问题已成为严重制约经济、社会 生活可持续发展和危害人们身体健康的重要问题。其中水环境污染是我国近年来 面临最严重和最普遍的环境问题之一，它直接影响人们生活和社会生产的各个方 面。近年来，中央和各级地方政府相继出台了相关的政策、法律法规，采取了相 应的措施来防治水环境污染。然而在未来很长的一段时期内，水环境质量仍处于 阶段性变化中，积极开展水环境污染防治工作仍将为我国环境保护领域的一项重 要工作。 漓江全长4 3 7 公里，从桂林到阳朔约8 3 公里的水程，为日常所称漓江。 漓江是我国锦绣河山的一颗明珠，是桂林风光的精华和灵魂，同时漓江也是 世界上规模最大、风景最美的岩溶山水游览区。其对桂林乃至广西的社会、 经济、文化等各领域都有很大的影响。以2 0 0 8 年广西桂林市的经济情况为 例：初步核算，全年生产总值( g d p ) 8 8 3 0 2 亿元【l 】，全年接待国内外旅游人数 1 6 2 6 9 0 万人次，旅游总收入1 0 0 2 6 亿元，约占桂林市g d p 的1 2 。其中，国 内游客1 5 0 1 8 8 万人次，海外游客1 2 5 0 2 万人次：中国内旅游收入7 3 7 8 亿元， 海外旅游收入2 6 4 8 亿元。 然而随着水环境污染问题同益突出，漓江水质受到污染，居民饮用水安全受 到威胁，丌展水环境健康风险评价将有利于充分了解水体受污染状况、污染物迁 移转化途径和对人体健康与生态环境的危害。通过对漓江水环境的分析评价，找 出影响漓江水质的主要污染因子、污染源、水质演变的趋势和健康风险指数，对 漓江地表水环境的污染控制、保护和预防都具有很好的参考作用，也为今后环境 规划等决策提供信息支持。这也是我国“以人为本”、“人口、资源、环境和谐发 展”战略的必然要求。 1 2 目前国内外水质分析评价的进展 当前，国内外的专家、学者在对水环境质量分析评价领域方面所作的研究， 桂林理工大学硕士学位论文 主要集中在水环境质量的综合评价和水环境质量的综合分析两个方面【2 】，两者间 有区别又有联系。水环境综合评价侧重于根据国家颁布的水质标准，对水质污染 程度进行分级评价，而水质综合分析则侧重于对水环境污染的程度进行客观描述， 从时间、空问相结合的角度，动态的、立体的阐述水质变化的规律，找出影响质 的主要污染物，为决策提供信息支持。水环境质量评价概念提出后，对水质进行 分级评价就成了国内外学者研究的重点【3 】。水质评价可按照评价进行的时间分为： 回顾评价、现状评价和影响评价【4 】。其中水质现状评价是根据被评价水坏境近期 的监测资料对其水环境质量的现状进行评价。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结果，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， 这即是水环境影响评价的基础。 1 2 1 国际水质分析评价研究进展 2 0 世纪初，水质评价开始发展起来。1 9 0 2 1 9 0 9 年，德国柯克维兹和莫松 等提出了生物学的水质评价分类方法；1 9 0 9 1 9 1 1 年，英国根据河流水质情况， 提出以化学指标对河流进行污染分类。2 0 世纪6 0 年代j a c b o s 和h o r t o n 等提出 水质评价的水质指数( w q i ) 概念和公式，标志着水质现状评价工作的开始【5 1 。此 后，国内外就不断有讨论水质评价新方法出现。 美国的环境质量评价开展较早【6 1 ，在水质评价方面，1 9 7 1 年，l 帕梯提出了 一种地表水水质评价方法；1 9 7 7 年，s l r o s s 根据生化需氧量、氨氮、悬浮物 及溶解氧四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流的水质进行了评价。东欧与前 苏联的环境质量评价【7 j 从2 0 世纪7 0 年代开始，主要侧重于对河流和地理的评价， 前苏联在伏尔加河、顿河、莫斯科河建立了河流污染平衡模式。捷克在2 0 世纪 7 0 年代中期就进行了全国的环境质量评价工作、并出版了一套比例尺为l ：5 0 万的彩色环境质量图。在东欧和前苏联，多数学者在评价时既考虑物理化学指标， 还考虑生物指标，使水质现状评价更加全面、科学。捷克、波兰还开展了旅游地 的环境评价研究【s l 。东欧各国与美国、同本、西欧各国在环境质量评价方面的学 术交流及双边协作也十分活跃，美俄、同俄等国都有定期的专题讨论会，并出版 相应的会议纪要。 日本从2 0 世纪5 卜6 0 年代以来经济迅速发展，由于经济密度大，污染负荷 重，并出现了一系列公害事件，此后开始重视环境污染防治与环境评价工作。日 本的环境质量评价的一个重要特点为把水质评价与污染控制紧密结合起来【9 】，先 后提出了多种控制方式( 浓度控制方式、总量控制方式、排放量分配控制方式等) 。 1 9 7 2 年起，日本把环境影响评价作为一项重要的政策来实施，在评价内容上， 2 桂林理工大学硕士学位论文 包括对自然环境的影响及对社会和经济的影响。 2 0 世纪8 0 代初，国内外己有学者丌始尝试性的将人工神经网络( 是2 0 世 纪8 0 年代迅速崛起的一门非线性科学) 【m 】应用于环境质量的分类评价。2 0 世纪 8 0 年代以来，水质评价理论、方法的研究迅速发展。9 0 年代后，随机理论】、 未确知数学等理论i l2 j 和方法的相继提出和广泛应用，为新的水质评价方法的产 生和发展提供了理论依据和技术支持，相较于传统的综合指数法和分级评价法， 新的水质评价方法所得评价结论更趋科学、合理，评价精度更高。 1 2 2 我国水质分析评价研究进展概况 我国水质现状评价工作最早始于2 0 世纪5 0 年代，在全国主要的河流、湖泊、 水库进行水质评价工作。1 9 6 0 年提出了中国河流水化学特征报告及有关图表。 1 9 7 2 年的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 质评价研究的第一个里程碑。随后， 洋淀、湘江、杭州西湖、武昌东湖、 的专题质量评价工作。 我国开展了官厅水库、松花江、图门江、白 昆明滇池、太湖、东海及南海海域等水环境 目前，水质评价工作发展蓬勃，各种水质评价方法都迅速发展起来，其中我 国许多专家、学者对原有的方法和理论进行了改进和完善。胥冰等将模糊综合评 价法用于河流水质评价【1 3 】。赵文强，冯玉国等则用于地下水水质状况评价【1 4 1 5 】。 劳斯团，阎竣，曹斌等还将模糊综合评价法用于水库【1 6 。17 1 、湖泊富营养化程度的 评判i l 引。潘峰等在水质评价过程中提出加权平均型计算模式，对常用的最大隶 属度法l l w 进行了改进，取得了较好的评价结果。熊德琪根据环境质量的评价特 点，在模糊模式识别模型中引入评价因子综合权重矩阵、动态分级和环境质量模 糊指数等新概念和确定方法，建立环境质量评价的模糊识别理论模式，并用于海 水富营养化评价【2 3 1 。肖晓柏等采用线性内插的方法对灰色关联度方法进行 了改进，提高了评价结果的分辨率。此外，史晓新和夏军等参照模糊识别模式理 论，并在灰色关联度理论的基础上，提出了水环境质量评价的灰色模式识别模型 仁”6 | ，其评价结果与一般灰色关联度法相比具有更高的分辨率，不仅可以确定水 体水质级别，还能进行水质的优劣排序。冯玉国较早地将物元分析方法用于地下 水水质评价中1 2 ，通过建立标准事物物元矩阵，节域事物物元矩阵，待评对象 物元矩阵和构造关联函数等步骤，最终确定水质评价结果。门保辉等将物元分析 法运用到对松花江水质评价中【猫j ，得到了与层次分析法、灰色关联分析法相一 致的结果。蔡文1 9 8 3 年提出可拓集合，至今，可拓学己初步形成了它的理论框 架，并开始应用于水环境质量评价领域。胡保庆等首先将可拓评价方法运用于水 环境质量评价，取得了满意的研究结果【2 9 1 。王锦囤、冯玉国等也用可拓评价方 3 桂林理工大学硕士学位论文 法评价了地表、地下水质状况【3 。胡宝清将待评物元的量值以区间数的形式表 示，进一步提出了区域水环境质量评价的区间可拓评价方法【3 l 】。张欣莉等率先 用该方法评价了河流水质，为水环境质量评价提供了一种新方法【3 2 】。金菊良用 实码加速遗传算法来优化投影方向，实现全局寻优。解决了投影寻踪方法中多维 数据复杂的拓扑空间结构导致的最优投影方向难以寻找的不足【3 3 1 。王李管等人 将人工神经网络方法运用到水体水质评价中，取得较好效果【3 4 4 。董曼玲等改进 了针对标准b p 算法收敛速度较慢、稳定性差、易陷入局部极小等缺点【4 2 i 。随着 我国社会经济的发展和进步，水质分析评价工作的已越来越多的受到关注，且发 展迅速。 1 3 常用水质分析评价的方法及优缺点 1 3 1 单因子评价法 单因子评价是现行国家水质标准中确定的悲观评价原则，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。即以水质最差的 单项指标所属类别来确定水体综合水质类别。其方法是用水体各监测项目的监测 结果对照该项目的分类标准，确定该项目的水质类别，在所有项目的水质类别中 选取水质最差类别作为水体的水质类别。单因子评价法根据所选用的评价标准、 计算方法和评价因子的观测值获取方式不同有：采用环境质量标准绝对值为评价 指数、采用环境质量标准相对值为评价标准的评价指数、采用环境质量相对百分 数作为单因子评价指数、采用经验公式直接计算的单因子评价指数等几种方法。 单因子评价法的优点是简单、易操作，但单因子评价中污染因子占1 0 0 权 重，其余因子权重为零，而随水质监测结果不断变化，浓度越大权重越大，随意 性较大，不去考虑各因子对水环境影响的差异性，会忽略很多有用的信息，具有 一定的局限性。 1 3 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。由对分指数的处理不同， 水质评价污染指数法也有不同的形式，如叠加型指数法、均值型指数法1 4 3 1 、w 型水质评价法【4 4 1 、加权均值法、b r o w n 水质指数法 4 5 】、r o s s 水质指数法【4 6 】、内 梅罗污染指数法、分指数平方和的平方根法【4 7 】、综合指数混合加权模式、指数 聚类法、组合指数模式【4 8 】等。 4 桂林理工大学硕士学位论文 指数法综合评价对水质描述是定量的，只要项目、标准、监测结果可靠，综 合评价从总体上来讲是能基本反映污染的性质和程度的。并且对于全国流域尺度 而言，污染指数法计算简便，便于进行不同水系之间或同一水系不同时问上的基 本污染状况和变化的比较。所以直至今日，在国内实际水质评价工作中仍为人们 大量采用。但选择不同的污染因子会使污染指数值出现波动，当水体的某些污染 物评价标准值很低，而这些污染物未被检出时，依据数据的填报原则，就将其报 为检出限的一半。此时进行污染指数计算就会夸大水污染程度。 1 3 3 灰色评价法 灰色系统理论在环境评价中的应用始于聚类分析【4 9 1 。这种方法通过建立与 隶属函数相似的白化函数，进行灰色聚类，确定所有断面的水质级别。水质的监 测数据都是在有限的时空范围内获得的，因而信息是不完全或不确切的，可将水 环境系统视为一个部分信息未知或不确知而另一部分信息已知的灰色系统。此原 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【5 0 1 、灰色聚类关联法【5 l 】、灰色模式识别法【5 2 】、等斜率灰色聚 类法f 5 3 】、区域灰色决策法【州、加权灰色局势决策法【5 5 1 、梯形灰色聚类分析法【矧、 灰色局势决策法【57 j 等。其中最常用于水质分析的是灰色聚类法。 灰色评价法主要优点是对白化数据的灰化处理，能够客观注意到水质分级界 线的模糊性，又提高了信息利用率，对单一污染指标，能准确判断出所属类别。 但还存在一些弊端，灰色聚类法最后评价结果是按照最大隶属原则，取最大聚类 系数所在类别，所以对整体来说，会忽略掉一些特殊的数据，以至结果趋于均化、 分辨率不高；且污染因子( 项目) 选取数量的多少直接影响最终的质量系数，即 水质评价的级别。 1 3 4 模糊评价法 模糊综合评价法是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成原理，将一些边界 不清，不易定量的因素定量化，进而进行综合评价的一种方法。其基本思路是： 由监测数据建立各指标对各级标准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再把因子权重 集与隶属度矩阵相乘，得到模糊集，获得综合评判集，表明评价水体水质对各级 标准水质的隶属程度，反映了水质级别的模糊性。水体环境本身存在大量不确定 性因素，各项目的级别划分、标准的确定都具模糊性。因此，模糊数学在水质评 价中得到了广泛应用。模糊评价法主要有模糊聚类法【5 引、模糊综合指数法【5 9 】、 s 桂林理工大学硕士学位论文 模糊贴近度法【删、模糊距离法【6 l 】、模糊水质分级评价法【6 2 1 、模糊相似选择法【6 3 】、 模糊综合评价级数法【6 4 1 、模糊综合评判分级保证率法等。 当在水环境质量综合评价中，涉及到大量的复杂现象和多种因素的相互作用 时，用模糊关系合成原理，可将一些边界不清、不易定量化的因素定量化；但模 糊综合评判法也存在不足，尤其是当水质评价指标较多时，常用的取大取小算法 可能导致信息丢失过多，出现评价结果趋于均化、模糊失效的现象。 1 3 5 物元分析法 物元分析法是物元分析理论在水环境质量评价领域的应用【硎，物元分析理 论是我国学者蔡元创立的研究求解不相容问题的规律、理论、方法的一门新兴学 科。其思路为据各级水质标准建立经典域物元矩阵，再用各因子的实测浓度建立 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，最后根据 其值大小确定水体水质的级别。 物元分析法在水环境质量评价中的应用，解决了水体各单项水质指标评价结 果往往不相容的瓶颈。考虑了级别区间内外的变化特征，对物理意义的表达更加 精确。且在物元模型中，关联函数可取负值，分辨能力强，能全面分析判别待评 对象属于某一级别的程度，从而提供的信息更为丰富，判断更加准确。但应用该 方法时，经典域、节域的量值范围的确定、关联函数的选取等问题都不够成熟， 有待进一步研究探讨。 1 3 6 神经网络评价法 人工神经网络模拟人类思维方式，对事物的判断、分类不需要预先建立某种 模式，只是根据事物的性质特征，采用直观推理判断。人工神经网络所具有的自 组织和白适应能力决定了它适于处理己知条件和结果之间无明确关系的数据，并 能在条件和结果之间建立一定的关系，这个过程类似于人脑的思维过程。因此， 可以模仿人脑解决某些模糊性和不确定性问题。人工神经网络应用于水质评价的 方法有h o p f i e l d 网络模型法【6 7 】、b p 网络模型法【6 8 】、r b f 网络模型法【吲等。 神经网络评价法的优势在于在分类问题的应用中，用线性算法来完成以往非 线性算法所做的工作，并能保持非线性算法的高精度等特性，解决了评价指标值 不是冈0 好处于某个类别中而是往往分布于几个类别间的难题，但此方法存在随机 性大，人为赋权带来干扰大的缺点。 1 3 7 可拓评价法 可拓学是用形式化工具【7 0 】，从定性和定量两个角度去研究解决矛盾问题的 6 桂林理工大学硕士学位论文 规律和方法。它通过多指标参数评定模型来完整地反映样本的综合质量水平。可 拓集合法与物元分析法有很大的相似性。 实际应用中，由于测量、计算带来的数据误差、信息不完全带来的数据不完 全和人为主观因素带来的数据不准确等原因往往造成结果的不准确和模糊化。 1 3 8 其他评价方法 除上述的评价方法外还有其他一些评价方法，如普适指数公式澍7 1 1 、层次 分析法【7 2 1 、水质污染损害率评价、法【7 3 1 、可拓评价法m 】、密切值i ! 去【7 5 1 、水质综合 特征模式法【7 6 】、矩阵排序法【7 7 】、因子分析方法等。 1 4 主因子分析法的研究进展和应用 1 4 1主因子分析法的研究进展 主因子分析的概念起源于上世纪初的k a r lp e a r s o n 和c h a r l e ss p e a r m a n ， 一开始主要用于对认知测验变量的组织、结构的分析上，目的是借助提取出的公 因子来代表不同的性格特征和行为取向，从而解释人类的行为和能力【_ 7 9 】。主因 子分析也称主分量分析，是由h o t e l l i n g 在1 9 3 3 年首先提出的。1 9 6 7 年哈尔曼 ( h a r m a n ) 的现代因子分析一书的问世【删，加上h o t e l l i n g 和l a r l e y 等分 别从统计角度来处理整个分析过程，主因子分析才真j 下作为一个比较严格的数学 和统计学的理论而得到广泛应用。 主因子分析是利用降维的思想，把多指标变量转化为少数几个可以反映原来 多个变量大部分信剧引j 的综合指标的多元统计分析方法。由于影响环境质量的 各因素来自同一个总体，它们之间大多数存在一定的相互关系，由原变量线性组 合彼此不相关的新因素，从而对原始变量因素进行提取和简化，使得新因素既能 包含原始因素的主要信息，又能更集中、更典型地显示出研究对象的特征。 1 4 2 主因子分析法的应用及优点 主因子分析法是从研究相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些错综复杂的 变量归结为少数几个综合因子的一种多变量统计分析方法。它在环境污染分析评 价中的功用可以归纳为：压缩原始数据，减轻环境工作人员综合分析的负担；使 用综合评价指标值对样品及变量做分类，探索污染源更容易；分析理化工程等造 成的污染更直接和简便。同时，主因子分析可以对大型的、多变量的原始监测数 据矩阵进行分析处理，不再因为长期监测资料的分析难度大而对水质的研究总关 注于一个或几个独立的变量；且主因子分析可以简化评价指标，损失较少的信息， 7 桂林理工大学硕士学位论文 又可以抓住主要矛盾，能对不同断面、不同水期的水质状况进行比较；另外主因 子分析法综合考虑各水质指标对水环境的影响，因子权重由各主因子的方差贡献 率来控制，可以反映出水体的污染程度、主要污染物类别及其变化趋势，定量、 定性地掌握河流水质的动态变化，找出优先控制断面或优先控制的水质指标。 1 5 健康风险评价的研究进展 1 5 1 国内外健康风险评价研究基本概况 健康风险评价【驼1 ( h e a l t hr i s ka s s e s s m e n t ，h r a ) 兴起于2 0 世纪8 0 年代，以风 险度作为评价指标，把