（环境工程专业论文）城市河流水质空间变异性研究——以苏州市区河段为例.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o no fs u z h o u u n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n d t e c h n o l o g y s p a t i a lv a r i a b i l i t yo f w a t e r q u a l i t y r a r a m e t e r sl nk l v e r s 1 hj1 h ac a s es t u d yo fr i v e r si ns u z h o uc i 够 m a s t e r c a n d i d a t e ：z h a n gl i n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t e - p r o m o uz i p i n g p r o s u nh o n g q u a n m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d1 e c h n o i o g y j u n e ，2 0 1 1 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 杜日期：迎年上月且日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 旌垒日期：垫卫年蔓月日 舯刻程轹评醐赳吐膻日 苏州科技学院硕+ 学何论文摘要 摘要 苏州作为中国经济迅速增长的城市之一，政府部门对水环境的保护较为重 视，但随着工业化和城市化进程的快速推进，区域内的河流水质现状不容乐观， 河流水环境的好坏已成为城市可持续发展的制约因子。因此，有必要对区域内河 流水质的空间变异性进行分析和研究，从而直观地呈现出河流水体受污染情况的 地域变异性，这对苏州市河流水环境的评价和规划具有积极的指导意义。 本文以苏州市区3 2 0 l 【i i l 2 范围内的河流为研究对象，对c o d m i - 、n h 3 - n 、t p 三个主要水质参数进行了监测。首先选用模糊综合评价方法、对河流水质现状进 行评价：其次应用地质统计学的理论和方法，对河流不同水质参数的时空分布特 征及变化趋势进行了分析研究。主要的研究过程和结论如下： ( 1 ) 利用2 0 0 9 2 0 1 0 年间苏州市区主要河流三个水期的监测数据，分析了区 域内河流三个水环境因子污染现状。结果表明，枯水、平水、丰水三个时期，河 流c o d m l l 污染控制的较好，n h 3 n 和t p 是污染的主要影响因子，尤其是n h 3 - n ， 各监测断面平均浓度均已超过地表水平均标准的v 类值。 ( 2 ) 运用模糊综合评价方法，对苏州市区主要河流三个水期的水质进行了综 合评价和分析。结果表明，苏州市河流水质已经遭到了不同程度的污染，以枯水 期为例，除了x l 和4 6 两个断面外，其他断面综合水质均为劣v 类。 ( 3 ) 为了揭示苏州市区河流各水质参数的时空分布特征及变化趋势，应用地 质统计学的变差函数球状模型和克立格方法，对河流有机污染指标、富营养化指 标进行了空间插值，并绘制了时空分布等值线图用于分析，时空分布结果表明： 受不同区域污染来源的差异、不同河道自身条件的差异和不同水期水生植物、入 流水量、河水流动性的差异等因素的影响，苏州市区河流水质参数呈现出不同的 时空变异特征；各水质参数污染均相当严重，尤以富营养化指标氮磷最为显著。 ( 4 ) 从河水的污染来源看，相较于外部河流带入的污染，苏州市区河流受内 部污染排放的影响更为严重，其主要包括工业污染、城镇生活污染、地表径流污 染三个部分。 关键词：水质参数，时空变异性，富营养化，地质统计学，模糊综合评价，苏州 m a s t e rd i s s e n a t i o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya b s t r a c t a b s t r a c t s m m o u al e a d i n ge d g ec i t y 晰me c o n o m i c s s 州rg r o w t l l ，w a t e re n v i r 0 唧e n t p r o t e c t i o ni n t l l i sr e g i o ni st a | 【e ni n t oa c c o u n t t h ew a t e rq u a l i t y 、) ，i t h i nm i sc 时 i 1 1 c r e 戚n g l y9 0 e st 0b a dd u et 0m er 印i da d v a n c e m e n to fi t si n d u s t r i a l i z a t i o n 锄d u r b a i l i z a t i o n i th 勰b e c o m eak e yr e s t r i c tt 0t h ec o n t i n u o u sd c v e l o p m e n to fs u 2 i l l o u t h e r e f o r e ，i t sn e c e s s a 巧t o 觚a l y z ea i l ds t u d ym es p a t i a lv 撕a b i l i t ) ，o fw a t e rq u a l i t ) ，o f r i v e r si nt l l er e g i o n ，w i l i c hd i r e c t l ys h o w sm eg e o 铲a p m c 2 l lv 撕a b i l i 够o fp o l l u t i o ni i l t l l er i v e 髂，锄dt h i sw o r kh 嬲ap o s i t i v eg u i d a n c et 0t l l ee v a l u a t i o n 锄dp l 枷n go f r i v e r si ns uz ：h o u i i ln l i sa n i c l e ，w em o i l i t o r e dt l l r e em a i np a 鞠m e t e r sc o d m l l 、n h 3 - n 、t po f w a t c r q u a l 时i i lm er i v e r s ，w 1 1 i c h 晰t h i n3 2 0 l ( i i l zo f s u z h o uc 破i tf i r s te v a l u a t e sm ew a t e r q u a l 时b yu s i n gt l l em e t h o do ff u z z yc o m p r e h e i l s i v ee v a j u a t i o n ；1 e n 锄a l y z e st h e t e m p o r a la n ds p a t i a lv a r i a t i o nf e a t u r e s 锄d 谢a t i o nt r e n d so fd i a e r e n tw a t e rq 砌i 秒 p 踟e t e r so fr i v e r sb ym e t l l o d s 锄dt l l e o r i e si i lg s t a t i s t i c s t h em a i n 咖d yp r o c e s s 锄dc o n c l u s i o 璐a r ed i g e s t e d 嬲b c l o w ： ( 1 ) i t 砌y z e st l l e c u r r e n ts t a t 憾o f 廿l er e g i o n s l r w a 钯re i i r 0 眦e n t p o l l u t i o w i mt h em o i l i t o r i r 唱d a t ao fc k e f r i v e 瑙i nt l l r w a l e r 硒。邮i ny c a u r2 0 0 9 锄d2 0lo t h er e s u l t ss h o w sm a t 锄o n gt l l e 廿1 r e ew a t c r a s o n st i l e yh a 、，eb e t t e r c o n t r o l st 0t t l eo d d m np o l l u t i o 邶，锄dt l l a tt h em 旬o rf 如t o 璐c o m e 丘o mt h ep o l l u t i o 璐 b yn h 3 n 觚dt p p 矾i c u l a d y ，m em 砌t o 血gs c c t i o l l sm ef o n n e rl l a se x c e e d e dv ( h a d eo f 驯u r f k ew a t e ro na v e r a g e ( 2 ) i tc c 粕p r e h e n s i v e l ye v a l u a t e s 甜l da m l l y z e st l l ew a t e rq u a l i 够i 1 1t l l r e ew a t e r 邪。璐o ft l l em 萄0 rr i v e 瑙b yt h em e m o do ff u 2 2 yc o m p r e h e l l s i v ce v a l u a t i o n t h e 聆s u l t ss h o wm a tt i l ew a t e rh 觞b e e np o l l u t e di nv 撕o u sd e 伊e e s t a k ed r y 嬲o n 鹪 锄e x 锄p l e ，鲫r c a mc o u r s e sw e r cp o l l u t e dc o m p l e t e l y ，e x c l u s i v eo fs e c t i o x 1 觚d 4 6 ，t l l ec o m p r e h e 璐i v ew a t e rq u a l i t ) ，o fo t l l e rs e c t i o 嬲w e r c 、 ，o r t i i a nv g m d e ( 3 ) nc o m p a r e st l l es p a t i a li n t e 巾o l a t i o no fo r g 觚i ce m p o i s o nc o m p r e h e i l s i v e i n d e x e s 锄de u 仃o p h i ci i l d e x e s 锄dd r a 吣ac o n t o u rm 印o fs p a c e - t i m ed i s t r i b u t i o n c k 唿c t e r i s t i c s ，t o 舱v e a lm et e m p o r a l 锄ds p a t i a lv a r i a t i o n f e a t u r e sa n dv 撕a t i o n 协e n d so fd i f r e 陀n tw a t e rq 删i t ) rp a m m e t e 鹅o ft i 圮r e g i o n sr i v e 瑙，b yt i l em e m o d so f m es p h e d c a lm o d e lv a r i o 伊锄肌d 蹦g i n g t h e 陀s u l t ss h o wt 1 1 a tt l l er i v e 瑙! l a t e r q 啪l 时i n d e x 嬲s 哪e ss p e - t e m p o r 2 l la _ b e 仃j m c ec h a r a c t e r i s t i c s ，锄di sa f r e c t e db y 内【c t o r ss u c ha sd i f r e r e n ts o u r c e sf o m 剐陀a s ，d i f f - e 陀n c e so fr i v e 髂c o u r s e s ，d i f f e r e n c e s o fw a t e r 舔o n s ，a q 嘣i cp l 锄t s ，e v e nw a t e rn o w s ，e t c ；a n dt 1 1 a tw a t e rq 叫i t yo f n v 撕o u si n d e x e sw e r e r i o u s l yp o l l u t e d ， e s p e c i a l l y ， m e c o n t e n t0 f n i 昀g e n 锄dp h o s p h o m so ft 1 1 ee u t r o p m ci n d e x e si sr e m a r k a b l e ( 4 ) f r o mt l l es o u r c e so fr i v e rp o l l u t i o nt 0v i e w ，t l l er i v e r so fs u z l l o uc i 付h 弱 s e r i o u s l ya 脏c t e db yi n d i g e n o u sp o l l u t i o i l ，w h i c hm a i n l yi n c l u d et l 鹏ep 缸so f s e w a g ef r o mi n d u s t 巧锄dt o w nl i v i n g ，a n du r b a l ls u r f i a c e 砌o m k e ，唧o r d s ：w a t e rq u a l i 哆p a m m e t e r s ，s p a t i a la i l dt e m p o r a lv 暑i r i a b i l i t ) ，e u t r o p l l i c a t i o 巩 g e o 蚴i s t i c s ，m z z ) rc o m p r e h e n s i v ee v 2 l l u a t i o n ，s u z l l o u i i i 苏州科技学院硕十学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 研究的背景及意义1 1 2 国内外研究进展1 1 2 1 地表水环境质量评价的研究进展l 1 2 2 地表水环境质量评价的一般方法3 1 2 3 地质统计学在水环境领域的研究进展5 1 3 研究的主要内容7 1 4 研究方法及技术路线8 1 4 1 研究方法8 1 4 2 研究的技术路线9 第二章研究区概况及水系特征1 0 2 1 苏州市自然地理概况1o 2 1 1 地理位置及行政区划1 0 2 1 2 地形地貌1o 2 1 3 气候特征1 l 2 2 苏州市水资源概况。1 2 2 2 1 苏州水资源的量和质1 2 2 2 2 苏州水资源的特点_ 1 3 第三章研究区河流水质监测1 4 3 1 水质监测点的布设及样品的采集1 4 3 2 水质监测项目及实验方法l5 3 2 1c o d m i l 的测定1 5 3 2 2t p 的测定15 苏州科技学院硕十学位论文目录 3 2 3n h 3 - n 的测定16 第四章研究区河流水质综合评价1 8 4 1 水质评价方法18 4 1 1 模糊综合评价的过程1 8 4 1 2 模糊综合评价的方法和步骤1 8 4 2 评价标准的选择2 0 4 3 水质评价2 l 4 3 1 水质监测数据21 4 3 2 苏州市河流水环境因子变化特征。2 1 4 3 3 模糊综合评价水质。2 6 4 3 4 水质综合评价结果分析_ 。2 8 4 4 河水污染源解析2 9 4 4 1 入境水体携带的污染负荷2 9 4 4 2 境内污染负荷的排入2 9 4 4 3 城市建设对河道的影响3 0 4 5 本章小结3 0 第五章研究区河流水质参数空间分布特征及变化趋势3 l 5 1 地质统计学的基本理论3 l 5 1 1 区域化变量3 1 5 1 2 变差函数和协方差函数3 2 5 1 3 平稳假设和本征假设3 2 5 1 4 变差函数的理论模型3 3 5 1 5 克立格方法3 4 5 1 6 地质统计学在水环境研究中的适用性。3 4 5 2 水质参数统计分析3 4 5 3 水质参数空间结构分析3 5 5 4 水质参数空间分布特征及变化趋势3 7 5 4 1c o d m i l 的空间分布特征及变化趋势3 8 n 苏州科技学院硕十学何论文目录 5 4 2n h 3 - n 和t p 的空间分布特征及变化趋势3 9 s 5 本章小结4 2 第六章结论与展望4 3 6 1 研究结论4 3 6 2 展望。4 4 参考文献4 5 致谢4 8 附录a 。4 9 附录b ：4 9 附录c 5 0 n i 苏州科技学院硕+ 学何论文 第一章绪论 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论 河流作为淡水资源的重要组成部分，为人类提供了供水、航运、渔业和景观 等各种综合效益，是人类赖以生存和发展的重要载体【l j 。河流对于一个城市来说， 可谓是一种天赋异禀，极其重要，因此，其水环境质量的好坏对于城市的经济社 会发展、人民的安居乐业将起到至关重要的影响。 随着我国城市化步伐的加快、工业化迅速发展、人口增长以及人民生活水平 逐步提高，用水量急剧增加，工业废水和城市生活污水排放量也迅速增加。据 2 0 0 9 年高端科技报告会的数据显示，目前我国3 4 的地表水遭到污染，2 5 的地下水遭到污染，水功能区有4 4 不达标，部分河流的污染物入河量超过了纳 污能力，地表水水源地约有2 5 不合格，地下水的不合格率达到3 5 ，水资源质 量恶化的趋势尚未得到有效遏制1 2 j 。在这种水资源过度利用的情况下，对水环境 的研究变得极其重要。 苏州作为中国经济迅速增长的城市之一，政府部门对水环境的保护较为重 视，但随着工业化和城市化进程的快速推进，区域内的河流水质现状不容乐观， 河流水环境的好坏已成为城市可持续发展的制约因子。因此，有必要对区域内河 流水质的空间变异性进行分析和研究，从而可以及时对河流水质的变化做出评 价。 将水质评价和水质空间变异分析的研究，共同应用到苏州河流水环境的保 护工作中。基于对苏州市区河流水质现状的评价，运用地质统计学的理论和方法， 利用其在优化采样方案、处理不规则采样及最优化插值计算等方面的明显优点， 并结合苏州市区河流的人为用途、水域的生态保护及生物多样性的要求，对苏州 市区河流水质的空间变异性进行研究，从而实现对污染物可能的变化趋势进行估 计。这一工作，不仅可以准确描述研究区河流水质的现状，而且能直观地呈现出 研究区河流水体受污染情况的地域变异性，这对苏州河流的水环境规划和水环境 评价具有积极的指导意义，还能为区域水环境长期保护与治理方案的选择提供参 考依据。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 地表水环境质量评价的研究进展 对水环境进行质量评价及预测研究，为水环境的规划与决策提供科学依据， 苏州科技学院硕十学何论文第一章绪论 是水环境质量评价的最终目的。地表水环境现状评价的工作开展已有多年历史， 最初是通过对水的感观认识来判断水质的优劣，如水的色、味、嗅等。然而，随 着西方工业的发展以及城市化进程加快的影响，工业和城市污水的排放不断增 加，使得河流湖泊的污染日趋严重，水质的好坏仅依据感观来判断已不符合要求。 因此许多水质评价指标逐步形成，水质的评价标准也得到了不断的完善【3 j 。 ( 1 ) 国外地表水质评价研究进展 2 0 世纪初，世界上许多河流的水质日趋恶化，用水安全得不到可靠保证，人 们对水质问题的关注度不断提高，水质评价工作也随之发展起来。1 9 世纪初期， 德国学者柯克维兹和莫松1 4 】等提出了生物学的水质评价分类方法；英国学者根据 河流水质的不同状况状况，提出了以化学指标对河流进行污染分类。到了1 9 6 5 年，r k h o m n 【5 】提出的水质评价的质量指数法( q i ) ，标志着水质现状评价工作 的开始。随后r m b r o w n l 6 l 等于1 9 7 0 年提出了水质现状评价的质量指数法( w q i ) ， 紧接着n l n e m e “1 7 】在其著作的河流污染的科学分析一书中提出内梅罗指 数法。1 9 7 7 年，s l r o s s 【8 】在总结以前的一些水质指数的基础上，根据n h 3 - n 、 b o d 、d o 及s s 四项指标，对英国克鲁德河流域主、支流水质进行了评价，并提 出了一种较简明的水质指数计算方法。进入2 0 世纪9 0 年代后，水质评价工作的发 展有了进一步的扩张，各种数学方法和模型都得到了应用，如p u c k e t t l 9 j 等运用主 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，前东欧 和苏联的许多学者在水质评价时不仅考虑物理一化学指标，还考虑生物指标，让 评价工作更加变得全面和科学。 总之，国外的水质评价是个多学科的对多介质、多参数的水质数据的分析过 程，是针对具体水域而言的，目标是确定有问题的水域和问题之所在【l o 】，因此国 外在此领域的研究不仅要考虑水质的人为用途，而且要考虑水域的生态保护，生 物多样性的要求。 ( 2 ) 我国地表水质评价研究进展 我国的地表水环境质量评价工作开始于2 0 世纪5 0 年代。1 9 7 2 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，开展了如松花江、图们江、湘江、杭州西湖、武昌东湖、太湖、 东海海域及南海海域等一系列江湖水环境专题的质量评价工作。其中，在北京西 郊水环境质量评价工作中提出了水质质量系数；上海地区水系水质调查组提出了 “有机污染综合评价 的概念；在南京城区的水环境质量综合评价研究中，提出 了“水域质量综合指标”的概念，并使用了叠加型指数法；在图们江水系污染与 水资源保护研究中提出了均值型指数法。1 9 7 8 年，中国科学院地理研究所提出了 一种评价地表水水质的污染指数，其目的是对我国东部的河流进行污染程度评 2 苏州科技学院硕十学佗论文第一章绪论 价。2 0 世纪7 0 年代末，广州进行了水质分级评价 1 4 1 。 第一次全国范围内的水质评价开始于1 9 8 1 年，而后水利部约每5 年组织一次， 评价河流长度约为l o 万千米，近几年作为中国水资源公报的部分内容向公众 发布。由于第一次全国水质评价时没有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，即采 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1 0 0 权) 以及按河流长度加权的水质指数算术均值法。 之后的全国水质评价除在评价项目选定、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【”，1 6 】。 近年来随着计算机技术的飞速发展，模糊数学、随机模型、灰色指数法、层 次分析法、物元分析法、人工神经网络法等相继应用于水质评价中。如今，水质 评价已成为几乎所有综合环境质量评价中不可缺少的重要内容【i7 1 。 1 2 2 地表水环境质量评价的一般方法 河流水质的综合评价是水环境治理中重要的基础性工作，通过对水质监测数 据的科学评价，能够制定出合理的整治规划，从而采取有效的措施【l 引。 自2 0 世纪8 0 年代以来，我国开始全国范围内的河流水质评价工作，水质综合 评价结果的科学合理性一直是探讨的热点问题。目前，在我国河流综合水质评价 中，得到水质评价工作者大量关注的、典型的水质评价方法包括单因子评价法、 污染指数法、模糊数学评价法、灰色系统评价法、层次分析法、物元分析法、人 工神经网络评价法等，它们大都是基于各项污染物的相对污染值，进行数学上的 归纳与统计，然后计算污染指数，并据此进行水体污染的分类和分级。 ( 1 ) 基于单项水质指标的评价方法一单因子评价法 单因子评价法就是用水质最差的单项指标所属类别来确定水体综合水质类 别，即用水体各监测项目的监测结果对照该项目的分类标准，确定其水质类别， 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。水质指数厶 的计算公式为： 驴g 白( 1 1 ) 式中：g 为第f 类污染物测定值；“为第，类污染物评价标准。当五1 时，表 示水体未污染；当五l 时，表示水体受污染。具体数值直接反映污染物的超标程 度【1 9 1 。 该方法是一种操作最为简单的水质综合评价方法，目前使用较多，应用可直 接得出水质状况与评价标准之间的关系，只要依次判别出所选择的各个参数的水 苏州科技学院硕十学何论文第一章绪论 质类别，然后以最差的那个类别作为水质综合评价的类别即可。不过此方法也是 最为悲观的评价方法，因为只要有一项参数污染严重，不论其它参数的污染程度 如何，水质综合类别都是很差的。加之，各评价参数之间互不联系，不能全面反 映河流水体污染的综合情况。 ( 2 ) 基于水环境功能区的评价方法一污染指数法 污染指数法是基于水环境功能区的评价方法，其基本思路是：针对单项水 质指标，将其实测值与对应的水环境功能区类别水质标准相比，形成单项污染指 数；对所有参与综合水质评价的单项水质指标，将各指标的单项污染指数通过 算术平均、加权平均、连乘及指数等一系列数学方法得到一个综合指数，来评价 综合水质【2 咐2 】，如加权平均综合指数表示为： 一一 尸= w 函= w ，( c ，) j 昌l，i l ( 1 2 ) 式中：尸为综合污染指数；以为参与综合水质评价的单项水质指标数；w 沩第 f 项指标的权重；磊为第f 项指标的单项污染指数；驴g 艘，g 为单项水质指标的 实测浓度；& 为与水域功能类别对应的单项水质指标浓度限值。由此可以看出， 综合污染指数判断综合水质相对于水环境功能区的达标程度，尸1 ，表明综合水 质达标，反之综合水质超标。 污染指数法综合评价是对整体水体质量的定量描述，只要项目、标准及监测 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，污染指数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。但其缺点是没有完善统一的环境质量分 级系统，不能与质量标准统一起来，缺乏可比性，目前它仍处于在使用中不断检 验、修订及逐步完善的过程中，因此，评价结果有一定的主观性团】。 ( 3 ) 基于矩阵运算的平均方法 基于矩阵运算的典型评价方法包括模糊综合评价法、灰色系统评价法、层次 分析法等。模糊综合评价法的基本思想是构造隶属函数和模糊关系矩阵：灰色系 统评价法的基本思想是构造白化函数和灰色聚类矩阵【2 4 筇1 ；层次分析法的基本思 想是构造基于递阶层次结构模型的判断矩阵【2 川；基于评价矩阵构造，这几种评价 方法的评价结果表示为： p = 口，口，口，口，口， ( 1 - 3 ) 式中：p 为综合水质评价结果；口，( f = l ，2 ，3 ，4 ，5 ) 为综合水质对第f 类水质类别 的隶属程度：最大隶属度对应的水质类别即为综合水质类别。如 4 苏州科技学院硕十学位论文第一章绪论 p = f o 0 8 7 4 ，o 0 8 7 4 ，o 2 7 1 2 ，o 3 8 3 9 ，o 0 2 2 0 ，综合水质为类。 ( 4 ) 基于样本训练的评价方法一人工神经网络法 在水质评价领域，基于样本训练的评价方法，最典型的要属基于b p 网络的 水质评价方法，其基本思想是：选定样本，通过不断的正向和反向反馈，对 b p 神经网络进行训练，直至得出满意的、与样本预期输出相符合的计算结果； 基于训练好的b p 网络，对评价样本进行综合水质评价1 2 7 】。所选训练样本通常 为地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 的浓度限值，评价结果是一个“连续性的 水质类别 ，口p 口+ l ，表示评价综合水质类别为口类。 ( 5 ) 基于代数运算的水质连续性刻画评价方法一水质标识指数法 水质标识指数法是一种基于代数运算的水质连续性刻画评价方法，其基本思 想是f 2 8 2 9 】： a = x l x 2 ( 1 - 4 ) 式中： 为第f 项评价指标的单因子水质指数；x - 为第f 项评价指标的水质 类别；x ：为监测数据在x - 类水质变化区间中所处的位置，根据公式按四舍五入 的原则计算确定( 图1 1 ) 。 爿l五。局| ) | f l + l 类水下限值)类水上限值) 图卜1 单项水质指数符号意义 与其它评价方法不同，x - x ：的计算基于代数运算模式，不仅能够对i v 类水进行连续性刻画，还能够对劣v 类水进行连续性刻画。其特点是：既能定性 评价、也能定量评价；既不会因个别水质指标较差就否定综合水质，又能对河流 综合水质做出合理的评价；既可以用于一条河流不同断面水质的客观比较，又可 以用于不同河流水质的评价比较；既可以在同一类别中比较水质的优劣，也可以 对劣v 类水比较污染的严重程度。 1 2 3 地质统计学在水环境领域的研究进展 在水环境研究中，对各水质参数空间变异性的研究是评价研究区水质、探明 污染来源及制定合理的水环境治理方案的基础【3 0 】。以往对于空间变异性的研究大 苏州科技学院硕十学何论文第一章绪论 多采用r a f i s h e r 所倡导的经典统计学，即将采集的信息作为独立观测值纯 随机事件处理，但这种方法明显显示出其不足【3 h 3 1 。而地质统计学借助于变差 函数，既考虑到变量的数值大小，又重视变量的空间位置关系，弥补了经 典统计学忽略空间方位的缺陷【3 4 】。因此，是用来刻画水质参数空间变异性 问题的有效工具。 ( 1 ) 国外此领域的研究进展 从2 0 世纪7 0 年代起，一些外国学者就开始将地质统计学方法应用到水环境的 研究中。经过近四十年的发展，国外学者在地质统计学理论应用于水环境研究的 领域中，已经有了相当成功的经验，这些成功经验无疑给国内学者的研究带来了 很大指引作用。 近些年，国外学者在这方面有着一些深入研究。s e r g i oc i 肌i r e l l a ，g a b r i e l e b 1 i t t a 矗1 0 c o 【3 5 】等以意大利北部的波河流域为研究区，应用地质统计学理论对流域 内地下水硝酸盐浓度的空间分布情况进行随机分析和评价，并基于地质统计学的 连续高斯理论，将研究区域内硝酸盐的空间分布状况通过一系列随机特征图像描 绘出来。其研究结果表明：在研究区内，集中的农业活动是地下水受污染的主 要因素，因此，想要在区域内形成一个完善的水质管理计划，了解地下水硝酸盐 浓度的空间变化性是一个决定性因素；通过对许多模拟的整合和处理，得到了 波河流域内受污染和未受污染地区的图像；为区域内硝酸盐浓度空间分布不确 定性的研究提供了一个预测模型。f a i s a lh o s s a i n l 3 6 】等应用地质统计学方法，对孟 加拉国浅层地下水砷污染进行研究，并提出一些管理方案。研究结果表明：主 流的地质统计学方法( 如普通克立格法) ，在对无采样区域砷浓度的预测方面， 可能不会十分准确，但如果谨慎应用，则可以为区域内的浅层地下水砷污染的管 理，提供合理的战略性方案；对于许多地下水砷污染普遍的发展中国家来说， 此案例的成功，无疑给他们解决问题带去指引。 为了在水环境领域的研究达到更好的效果，一些国外学者应用地质统计学方 法的同时，更结合了许多相关学科的理论。v i j e n d 豫k b o k e n 【3 7 】等将地质统计学 模型和地理信息系统理论相结合，应用这种方法对美国乔治亚州农业用水的利用 情况进行分析和评价。研究地乔治亚州的农业用水的使用情况基本不为人所知， 在此情况下，它和相邻的各州也因为水产生了很多纠纷。最终研究结果表明： 应用地质统计学和地理信息系统理论相结合的方法，去评价农业用水的利用，效 果显著。用此方法进行评价，准确性依赖于以下几点：灌溉用水的空间变化性、 选取地的自身因素、灌溉区资料的准确性；地质统计学工具可以为改善用水途 径的计划提供有用的信息，可以为地区、国家或国际层面的用水纠纷的解决做出 重大贡献。 6 苏州科技学院硕+ 学何论文第一章绪论 ( 2 ) 我国此领域的研究进展 地质统计学理论进入中国的时间比较晚，它在水环境科学方面的应用，也只 是从2 0 世纪9 0 年代才真正开始，可以说是时间相当短。近年来，许多学者的开始 重视这方面的研究，这一领域也得到了相应的发展，有了许多成功应用的实例， 为国内以后的深入研究提供了夯实的理论基础和实践经验。 许晓彤、陶月赞、席道瑛【3 8 】应用地质统计学方法评价点源污染对河流水质 的影响。在多点源影响条件下，结合河流水质空间变化规律，运用地质统计学中 构造变量空间统计结构的方法，利用迭加原理，建立点污染源对河流水质影响的 评价方法。研究表明：在一定条件下，河流水质空间分布规律可作为区域化变 量处理，因此依据地质统计学的理论，建立点源对下游水质影响的评价方法是可 行的；由于水流断面流速不作为参变量出现在计算过程中，因此如果流速测验 精度不能满足经典水质模型要求时，该方法仍能取得较为满意的效果；将此研 究的点源影响评价方程与飚娼i n g 插值方程相结合，可建立多点源、多监测断面河 段的水质模拟、预测模型。杨文斌，王国祥1 3 9 j 等通过现场采样数据，应用觚g i s 的地质统计学组件分析了固城湖春季水环境因子空间变异规律，并从污染源分 布、水生植物密度差异方面探讨了水环境因子空间变异产生的原因。研究结果表 明：利用变异函数模型拟合而成的水环境因子的变异曲线，从预测误差来判断， 拟合效果很好，因此，固城湖水环境因子的空间分布图比较真实地反映了固城湖 水环境现状；固城湖的n h 3 n 和t n 基本上呈现出由南到北逐渐升高的趋势， n h 4 + - n 、t n 、s d 三个因子的空间变异性主要是由人类活动引起，水草对n h 3 n 、 t n 的吸收作用以及s d 的改善作用不明显；大湖区1 1 p 与水草密度的变化趋势相 反，基本上呈现出从中西部向东逐渐升高的趋势；水草密度越大( 大湖中南部) p h 越高，而水草密度越小( 航道、湖东部) p h 越小：固城湖中南部围网的拆 除以及港口河上游生活污水的减少，能够使得中南部湖区水质得到改善。 从国内目前的研究来看，地质统计学在水环境研究中的应用水平不是很高。 就大多数研究而言，对地质统计学理论的应用局限于单一，很少有其它学科和地 质统计学科结合应用于水环境研究的实例；而在研究的深度方面也有所缺乏，许 多的研究都仅限于对这领域的初步探索。因此，在我国，地质统计学理论在水环 境研究领域还有很大的发展空间。 1 3 研究的主要内容 本论文以苏州市区主要河流为研究对象，应用模糊综合评价法和地质统计学 相关理论，对河流污染物空间变化情况进行分析。基于此目标，确定了本论文的 主要研究内容： 7 苏州科技学院硕十学何论文第一章绪论 ( 1 ) 监测点的选择及水样的采集 在选定的苏州市区范围内确定网格状分布取样点，2 0 0 9 2 0 l o 年间，对区域 内河流进行三个时间段的水样采集。 ( 2 ) 样品水质的测试 根据地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，对采集的水样进行水质检 测，分析河水主要污染因子的现状，选取的指标为c o d ( 高锰酸盐指数) 、t p 、 n h 3 - n 。 ( 3 ) 水质评价、模型选择 根据水样的监测数据，对苏州市河流水环境现状进行综合评价。并基于平稳 假设，选择地质统计学的实用模型，用于分析苏州市河水污染的空间分布状况。 ( 4 ) 程序绘图 利用地质统计学的计算机程序，绘制苏州市区河水污染程度的平面分布直观 图和空间分布等值线图。 ( 5 ) 成果分析与结论 基于对研究区河段的实地考察及分析，对研究所得结果进行总结和分析，主 要包括三个方面：分析研究区河段各污染物的来源，特别是污染物浓度比较高 的区域；说明研究区河流各污染物的总体分布特征及可能性变化趋势；分析 河流各污染物的变化与污染来源地关系，尤其是流域附近的污染源。 1 4 研究方法及技术路线 1 4 1 研究方法 ( 1 ) 资料及数据的收集，保证本论文的理论基础扎实。 ( 2 ) 利用苏州市地图，确定研究区各样点的具体位置，对河流的各采集点进 行现场取样。 ( 3 ) 根据地表水和污水监测技术规范，在苏州科技学院环境工程重点实 验室，对采集的水样进行试验。 ( 4 ) 以水样的监测数据为基础，运用模糊综合评价方法，对研究区河流水质 进行综合评价和分析。 ( 5 ) 应用地质统计学的理论和方法，选定切合实际的空间变异性分析模型， 结并合计算机程序的分析，揭示研究区河流水质的空间分布特征。 8 苏州科技学院硕十学何论文 第一章绪论 1 4 2 研究的技术路线 本文首先引入模糊综合评价方法对苏州市区河流水质进行综合评价，其次， 运用地质统计学的理论及软件分析各污染指标的空间变化特征，最后，在了解研 究区河流实际情况的基础上，能够给予河流水质防护工作些许建议。 研究的技术路线如图1 2 所示： 图卜2 论文研究的技术路线图 9 苏州科技学院硕十学位论文第_ 章研究| 又：概况及水系特征 第