（环境工程专业论文）涪江绵阳段水体水质现状评价研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t b a s e do nt h es y s t e m a t i cs t u d ya n da n a l y s i so ft h ea s s e s s m e n tm e t h o d so fr i v e r w a t e re q u a l i v ya n dt h ew a t e r q u a l i t ym o n i t o r i n g r e s u l t so fm i a n y a n gs e c t i o no f f u j i a n g f i v e ri nt h el a s t3y e a r s ，t h eg r a yd e c i s i o nm a k i n g c o m p r e h e n s i v ei n d e xa s s e s s m e n tm e t h o d w a s d e v e l o p e da f t e rt h ed e e pa n a l y s i so n t h eg r a yd e c i s i o n m a k i n ga s s e s s m e n tm e t h o da n d c o m p r e h e n s i v e i n d e xa s s e s s m e n tm e t h o d t h i sd e v e l o p e da s s e s s a n e n tm o d e lh a sb e e nu s e di n t h e 瓣re n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a s s e s s m e n ti nm i a n y a n gs e c t i o n o f f u j i a n g r i v e r f u r t h e rm o r e t h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo f m i a n y a n gs e c t i o no f f u j i a n gr i v e rw a sp r i m a r i l yc a 】c u l a 把d a c c o r d i n gt ot h i s ，t h eb a s i ci d e a st o c a tt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lo fm i a n y a n gs e c t i o no f f u j i a n g r i v e rw a s p u t f o r w a r d a a l r o u g hc o m p 舐s o nb e m e e nt h eg r a yd e c i s i o n m a k i n ga s s e s s m e n tm e t h o da n dt h e g r a yd e c i s i o nm a k i n g - c o m p r e h e n s i v e i n d e xa s s e s s m e n tm e t h o d , i tw a sf o u n dt h a tt h el a t t e r h a sm o r ea d v a n t a g e ss u c ha si t s h i g h e r s e n s i t i v e n e s sa n da c c u r a c y , t h ea s s e s s m e n t r e s u l t s r e f l e c tt h e d y n a m i cc h a n g e t r e n do fw a t e re n v i r o n m e n t a l q u a l i t y m o r e o b j e c t i v e l y , a n dt h eg r a ym a k i n g - c o m p r e h e n s i v e i n d e xa s s e s s m e n tm o d e li sm o r e s c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b i e t h r o u g ha s s e s s m e n t ，i tc a l lb ec o n c l u d e d t h a tt h ew a t e r q u a l i t y i nm i a n y a n gs e c t i o n o f f u j i a n gr i v e rw a sb e t t e r ；t h ew a t e rq u a l i t yi m p m v e sg r a d u a l l yi nt h el a s t3y e a r sb u t t h i st r e n dw a sn o ts t a b l ee i t h e ri ns p a c eo ri nt i m e ；t h ew a t e rq u a l i t yw a sb e s ti nl o w w a t e rp e r i o db u ti t sw o r s ei nf l u s hw a t e rp e r i o da n ds l a c kw a t e rp e r i o d ；i ns p a c et h e w a t e r q u a l i t yi np i n g w us e c t i o nw a sb e s t ，i t st h es e c o n dp l a c ei nf u j i a n g q i a os e c t i o n a n d b a i q i n g s e c t i o nw h i l ei t sw o r s ti nf e n g us e c t i o n a f t e rc a l c u l a t i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , i tw a ss h o w nt h a tm i a n y a n g s e c t i o no ff a n gr i v eh a ss o m ec a p a c i t y i n i n c e p t i n gc o d m n ，b o d s ，v o l a t i l e h y d r o x y b e n z e n e ，c n 。，a s ，t h g ，t p b ，t c d ，p e t r o l e u ma n df 。，b u t t h ef e c a lc o l i f o r m c o n c e n t r a t i o nh a se x c e e dt h en a t i o n a ls t a n d a r d a tl a s t ，t h ep r i m a r ym e a s u r e so nt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lt r e a t m e n ti nm i a n y a n g s e c t i o no ff u j i a n gr i v e rw e r ep u tf o r w a r d t h e s em e a s u r e si n c l u d ei n c r e a s i n g t h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第i 页 t r e a t m e n tp r o p o r t i o no f s e w a g e ，c o n t r o l l i n ga n dp r e v e n t i n gt h ea r e a - p o l l u t i o n ，p l a n n i n g t h ei n d u s t r y c a t e g o r y a n d l a y o u t w i t hr e a s o n k e yw o r d s ：g r a yd e c i 对o n m a k i n gc o m p r e h e n s i v ei n d e x ；a s s e s s m e n t o f w a t e r q u a l i t y ； w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ；w a t e re n v i r o n m e n t a l t r e a t m e n t ； m i a n y a n g s g c f i o l lo f f u j i a n gr i v e r 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 1 8 世纪束，瓦特发明蒸汽机后，产业革命开始。由于蒸汽机成为主要动力， 煤成为主要原料，结果在产业革命的故乡一一英国伦敦陆续发生了多次严重 的煤烟污染事件。石油的开采利用和内燃机的发明，使石油成为仅次于煤的 第二大能源，由此出现了第二代大气污染一一光化学烟雾污染。石油化工业 兴起后。产生了一系列水和气的污染事件，特别是有机合成化肥和农药的出 现和大范围应用，使大量农田、土地、水域受到污染。金属冶炼的发展也使 大气、水体、土壤、生物和人体都受到重金属的污染。 在近现代工业为人们带来现代文明的同时，也对人类生存的自然环境产生 了一系列负面效应甚至巨大威胁。为此，有识之士开始逐渐认识到盲目发展 工农业生产的危险。为全面正确认识环境和工农业生产的协调发展问题，发 达国家从二十世纪6 0 年代起开始开展环境质量评价工作。 环境质量评价是研究人类环境质量的变化规律，评价人类环境质量的水 平，并对环境要素或区域环境性质的优劣进行定量描述的科学，也是研究改 善和提高人类环境质量的方法和途径的科学【”。环境质量评价为人们在社会经 济开发过程中进行远景规划、项目选择及环境现状可容工程的限度，尤其是 可持续发展规划提供参考依据。按评价的时间划分环境质量评价可分为回 顾评价、现状评价和影响评价。 其中环境质量回顾评价是根据一个地区历年积累的环境资料进行评价，据 此回顾一个地区环境质量的发展演变过程1 2 】；环境质量现状评价是根据近几年 环境监测资料对一个地区的环境质量现状进行评价【2 】；环境影响评价是指对拟 议中的人类的重要决策和开发建设活动可能对环境产生的物理性、化学性 或生物性的作用及其造成的环境变化和对人类健康和福利的可能影响进行的 分析和评估，并提出减少这些影响的对策措施【3 】。环境质量现状评价是环境影 响评价的基础。 通过环境质量现状评价可以了解过去人类活动对一个地区环境质量各要 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 1 8 世纪束，瓦特发明蒸汽机后，产业革命开始。由于蒸汽机成为主要动力， 煤成为主要原料，结果在产业革命的故乡一一英国伦敦陆续发生了多次严重 的煤烟污染事件。石油的开采利用和内燃机的发明，使石油成为仅次于煤的 第二大能源，由此出现了第二代大气污染一一光化学烟雾污染。石油化工业 兴起后。产生了一系列水和气的污染事件，特别是有机合成化肥和农药的出 现和大范围应用，使大量农田、土地、水域受到污染。金属冶炼的发展也使 大气、水体、土壤、生物和人体都受到重金属的污染。 在近现代工业为人们带来现代文明的同时，也对人类生存的自然环境产生 了一系列负面效应甚至巨大威胁。为此，有识之士开始逐渐认识到盲目发展 工农业生产的危险。为全面正确认识环境和工农业生产的协调发展问题，发 达国家从二十世纪6 0 年代起开始开展环境质量评价工作。 环境质量评价是研究人类环境质量的变化规律，评价人类环境质量的水 平，并对环境要素或区域环境性质的优劣进行定量描述的科学，也是研究改 善和提高人类环境质量的方法和途径的科学【”。环境质量评价为人们在社会经 济开发过程中进行远景规划、项目选择及环境现状可容工程的限度，尤其是 可持续发展规划提供参考依据。按评价的时间划分环境质量评价可分为回 顾评价、现状评价和影响评价。 其中环境质量回顾评价是根据一个地区历年积累的环境资料进行评价，据 此回顾一个地区环境质量的发展演变过程1 2 】；环境质量现状评价是根据近几年 环境监测资料对一个地区的环境质量现状进行评价【2 】；环境影响评价是指对拟 议中的人类的重要决策和开发建设活动可能对环境产生的物理性、化学性 或生物性的作用及其造成的环境变化和对人类健康和福利的可能影响进行的 分析和评估，并提出减少这些影响的对策措施【3 】。环境质量现状评价是环境影 响评价的基础。 通过环境质量现状评价可以了解过去人类活动对一个地区环境质量各要 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 素的影响后果，从而可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，积极地进行污染预防。 因此，如何正确认识环境现状，如何进行科学的环境质量现状评价就是一 个值得研究的课题。 绵阳市位于四川盆地西北部涪江、安昌河、芙蓉溪三江交汇处，乃川西北 重要的新兴工业城市，是川西北重要的科研、经济、交通等中心。被誉为“蜀 道咽喉”和“川西北第一重镇”。绵阳是国家的重要科研基地之一，因科技实 力雄厚、科研群英荟萃而被誉为“中国西部科学城”。 绵阳市幅员面积2 0 2 4 9 平方公里，全市总人口5 2 0 万人。城区建成面积6 0 平方公里，城区人口6 6 万人。绵阳现辖涪城、游仙2 区，三台、安县、梓潼、 盐亭、平武、北川6 县，代管江油市和省人民政府科学城办事处，直辖绵阳 高新技术产业开发区。 绵阳历史文化悠久，文物古迹和名胜风景众多。在绵阳市境内，拥有被国 家、省、市定为重点保护的文物单位和风景名胜区就达2 1 0 处，尤以渊远流 长的巴蜀文化和遍地可寻的三国遗迹著称于世。绵阳富有光荣的革命传统， 平武、北川、江油三县属j i i 陕革命根据地，今存革命遗址2 0 0 处。风景名胜 遍布境内，自成都经绵阳去九寨沟、黄龙寺，被誉为“千里黄金旅游线”。 绵阳有大小河流3 0 0 0 余条，除青江、西河属嘉陵江水系外，其余全属涪 江水系。涪江是长江二级支流，由北至南贯穿全市长3 2 9 公里流域面积 1 9 7 7 9 平方公里，占全市幅员的9 7 6 。境内级支流右岸有平通河、通口 河、安昌河、凯江：左岸有火溪河、芙蓉河、梓潼江等，构成不对称的羽状 水系。2 0 0 0 年全市水资源总量为9 8 6 7 亿立米。水资源时空分布不均。人均 占有量1 9 0 3 立米。 由于涪江在绵阳市国民经济和社会发展中具有相当重要的作用，就必须对 涪江水质现状有一个科学的认识：据绵阳市自然地理志记载，涪江干流六个 监测断面1 9 8 2 年的水质评价是：一个属清洁断面，四个属轻度污染，一个属 重度污染，至1 9 9 0 年，六个监测断面中除平武断面未出现超标外，其余断面 的大肠杆菌全部超标，说明市境涪江大部分河段受到了不同程度的污染，江 油市麦地湾断面除大肠杆菌和铁超标外，锰最高超标达8 6 倍。由于涪江干 流流量大，沿途又有支流补给，自净能力强，水质尚属良好。自1 9 9 0 年后 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 绵阳市加大了涪江水环境治理力度，水质已大幅度改善。据市监测部门统计， 2 0 0 1 年工业废水排放量7 4 2 1 万吨，其中符合国家排放达标的7 2 0 9 万吨，固 体废物排放量1 2 2 5 万吨，综合利用量8 2 9 万吨，处置量1 2 7 万吨，工业废 水、废渣中的污染物质有重金属污染物和非金属污染物，如酚、氰化物、砷、 六价铬等，还有化学耗氧量、氨氮等有机污染物。涪江干流的平武断面、涪 江桥断面、丰谷断面、百顷断面除粪大肠菌群指标外，其余监测指标均达到 涪江所属水域功能的标准。 随着国家实施西部大开发战略，绵阳将建成中国科技城，这必将促进城市 规模的扩大，人口的增长，工业的发展，从而将会使水污染加剧，水资源供 需矛盾将越来越突出，要求必须进一步加强水资源的统一管理和保护，积极 开展计划用水，节约用水认真做好水污染防治工作，所以对涪江绵阳段水 环境现状评价显得尤为的必要和重要。涪江绵阳段水质现状评价是绵阳市社 会经济可持续发展的需要；是绵阳市人民日益增长的物质生活的需要；是市 政府和西南交通大学联合开展的两江流域水环境整治规化的需要。做好评价 工作，能为绵阳市实行排污总量控制提供依据：为涪江绵阳段流域内工业项 目引进，工业合理布局，城镇科学规化等决策提供极高的参考价值；是把绵 阳市建设成天蓝、地绿、水清、人和的现代化城市的基础性工作。 1 2 水质现状评价研究现状 1 2 1 水质评价的发展 1 9 6 5 年，r k h o r t o n 提出了水质评价的质量指数法( q i ) ，以此标志着水 质现状评价工作的开始。随后，r m b r o w n 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 ) ，n l n e m e r o w 在其河流污染的科学分析一书中 提出了另一种指数的计算方法一一内梅罗法并对纽约州的一些地面水的污 染情况进行了指数计算。1 9 7 1 年，l 帕梯提出了又一种地表水水质评价方法。 1 9 7 7 年，s l r o s s 根据b o d 、氨氮、悬浮固体及d o 四项指标，对英国克鲁 德河流域主、支流的水质进行了评价。在前东欧和苏联，多数学者在评价时 既考虑物理一化学指标，还考虑生物指标，使水质现状评价更加全面、科学i “。 从1 9 7 3 年开始，我国开始开展水环境质量评价工作。最早的是北京西 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 绵阳市加大了涪江水环境治理力度，水质已大幅度改善。据市监测部门统计， 2 0 0 1 年工业废水排放量7 4 2 1 万吨，其中符合国家排放达标的7 2 0 9 万吨，固 体废物排放量1 2 2 5 万吨，综合利用量8 2 9 万吨，处置量1 2 7 万吨，工业废 水、废渣中的污染物质有重金属污染物和非金属污染物，如酚、氰化物、砷、 六价铬等，还有化学耗氧量、氨氮等有机污染物。涪江干流的平武断面、涪 江桥断面、丰谷断面、百顷断面除粪大肠菌群指标外，其余监测指标均达到 涪江所属水域功能的标准。 随着国家实施西部大开发战略，绵阳将建成中国科技城，这必将促进城市 规模的扩大，人口的增长，工业的发展，从而将会使水污染加剧，水资源供 需矛盾将越来越突出，要求必须进一步加强水资源的统一管理和保护，积极 开展计划用水，节约用水认真做好水污染防治工作，所以对涪江绵阳段水 环境现状评价显得尤为的必要和重要。涪江绵阳段水质现状评价是绵阳市社 会经济可持续发展的需要；是绵阳市人民日益增长的物质生活的需要；是市 政府和西南交通大学联合开展的两江流域水环境整治规化的需要。做好评价 工作，能为绵阳市实行排污总量控制提供依据：为涪江绵阳段流域内工业项 目引进，工业合理布局，城镇科学规化等决策提供极高的参考价值；是把绵 阳市建设成天蓝、地绿、水清、人和的现代化城市的基础性工作。 1 2 水质现状评价研究现状 1 2 1 水质评价的发展 1 9 6 5 年，r k h o r t o n 提出了水质评价的质量指数法( q i ) ，以此标志着水 质现状评价工作的开始。随后，r m b r o w n 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 ) ，n l n e m e r o w 在其河流污染的科学分析一书中 提出了另一种指数的计算方法一一内梅罗法并对纽约州的一些地面水的污 染情况进行了指数计算。1 9 7 1 年，l 帕梯提出了又一种地表水水质评价方法。 1 9 7 7 年，s l r o s s 根据b o d 、氨氮、悬浮固体及d o 四项指标，对英国克鲁 德河流域主、支流的水质进行了评价。在前东欧和苏联，多数学者在评价时 既考虑物理一化学指标，还考虑生物指标，使水质现状评价更加全面、科学i “。 从1 9 7 3 年开始，我国开始开展水环境质量评价工作。最早的是北京西 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 绵阳市加大了涪江水环境治理力度，水质已大幅度改善。据市监测部门统计， 2 0 0 1 年工业废水排放量7 4 2 1 万吨，其中符合国家排放达标的7 2 0 9 万吨，固 体废物排放量1 2 2 5 万吨，综合利用量8 2 9 万吨，处置量1 2 7 万吨，工业废 水、废渣中的污染物质有重金属污染物和非金属污染物，如酚、氰化物、砷、 六价铬等，还有化学耗氧量、氨氮等有机污染物。涪江干流的平武断面、涪 江桥断面、丰谷断面、百顷断面除粪大肠菌群指标外，其余监测指标均达到 涪江所属水域功能的标准。 随着国家实施西部大开发战略，绵阳将建成中国科技城，这必将促进城市 规模的扩大，人口的增长，工业的发展，从而将会使水污染加剧，水资源供 需矛盾将越来越突出，要求必须进一步加强水资源的统一管理和保护，积极 开展计划用水，节约用水认真做好水污染防治工作，所以对涪江绵阳段水 环境现状评价显得尤为的必要和重要。涪江绵阳段水质现状评价是绵阳市社 会经济可持续发展的需要；是绵阳市人民日益增长的物质生活的需要；是市 政府和西南交通大学联合开展的两江流域水环境整治规化的需要。做好评价 工作，能为绵阳市实行排污总量控制提供依据：为涪江绵阳段流域内工业项 目引进，工业合理布局，城镇科学规化等决策提供极高的参考价值；是把绵 阳市建设成天蓝、地绿、水清、人和的现代化城市的基础性工作。 1 2 水质现状评价研究现状 1 2 1 水质评价的发展 1 9 6 5 年，r k h o r t o n 提出了水质评价的质量指数法( q i ) ，以此标志着水 质现状评价工作的开始。随后，r m b r o w n 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 ) ，n l n e m e r o w 在其河流污染的科学分析一书中 提出了另一种指数的计算方法一一内梅罗法并对纽约州的一些地面水的污 染情况进行了指数计算。1 9 7 1 年，l 帕梯提出了又一种地表水水质评价方法。 1 9 7 7 年，s l r o s s 根据b o d 、氨氮、悬浮固体及d o 四项指标，对英国克鲁 德河流域主、支流的水质进行了评价。在前东欧和苏联，多数学者在评价时 既考虑物理一化学指标，还考虑生物指标，使水质现状评价更加全面、科学i “。 从1 9 7 3 年开始，我国开始开展水环境质量评价工作。最早的是北京西 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 郊环境质量评价研究，其中包括了对水环境质量的评价内容。随后，开展了 象北京官厅水库、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。其中 在北京西郊环境质量评价时提出了叠加型指数法，在南京城区环境质量综合 评价研究中提出了加权均值型指数法，在图们江水系污染与水质资源保护研 究时提出了均值型指数法1 4 】。近年来，模糊数学法、灰色指数法、层次分析法、 物元分析法等又相继应用在水质评价中胪】。现在，水质评价成为几乎所有综合 环境质量评价中不可残，缺的重要内容。 1 2 2 既有水质评价方法及特点 i 现有水质评价方法简介 通过近5 0 年的研究，水质评价已成为环境质量评价中一个发展最快、进 步展大的分支，目前已有二、三十种水质评价方法被广泛采用【6 】。其中应用较 多的方法包括： ( 1 ) 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，然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合得到该 水体的污染指数，作为水质评定尺度。 在水质评价污染指数法中，包括有叠加型指数法、均值型指数法、w 型水 质评价法、加权均值法、b r o w n 水质指数法、r o s s 水质指数法、内梅罗污染 指数法、分指数平方和方根法、综合指数混合加权模式 7 , 8 , 9 , 1 0 , 1 1 】、组合指数模 式、指数聚类法等 1 3 】。 ( 2 ) 模糊评价法 由于水体环境本身存在大量不确定性因素，各个项目的级别划分、标准确 定都具有模糊性因此，模糊数学在水质综合评价中得到了广泛的应用。模 糊评价法的基本思路是：由监测数据建立各因子指标对各级标准的隶属度集， 形成隶属度矩阵，再把因子的权重集与隶属度矩阵相乘，得到模糊积，获得 一个综合评判集。表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度，反映了综 合水质级别的模糊性。 模糊数学用于水质综合评价的方法主要有模糊聚类法1 1 4 t 1 5 ，。6 - 1 7 18 1 、模糊贴 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 郊环境质量评价研究，其中包括了对水环境质量的评价内容。随后，开展了 象北京官厅水库、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。其中 在北京西郊环境质量评价时提出了叠加型指数法，在南京城区环境质量综合 评价研究中提出了加权均值型指数法，在图们江水系污染与水质资源保护研 究时提出了均值型指数法1 4 】。近年来，模糊数学法、灰色指数法、层次分析法、 物元分析法等又相继应用在水质评价中胪】。现在，水质评价成为几乎所有综合 环境质量评价中不可残，缺的重要内容。 1 2 2 既有水质评价方法及特点 i 现有水质评价方法简介 通过近5 0 年的研究，水质评价已成为环境质量评价中一个发展最快、进 步展大的分支，目前已有二、三十种水质评价方法被广泛采用【6 】。其中应用较 多的方法包括： ( 1 ) 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，然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合得到该 水体的污染指数，作为水质评定尺度。 在水质评价污染指数法中，包括有叠加型指数法、均值型指数法、w 型水 质评价法、加权均值法、b r o w n 水质指数法、r o s s 水质指数法、内梅罗污染 指数法、分指数平方和方根法、综合指数混合加权模式 7 , 8 , 9 , 1 0 , 1 1 】、组合指数模 式、指数聚类法等 1 3 】。 ( 2 ) 模糊评价法 由于水体环境本身存在大量不确定性因素，各个项目的级别划分、标准确 定都具有模糊性因此，模糊数学在水质综合评价中得到了广泛的应用。模 糊评价法的基本思路是：由监测数据建立各因子指标对各级标准的隶属度集， 形成隶属度矩阵，再把因子的权重集与隶属度矩阵相乘，得到模糊积，获得 一个综合评判集。表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度，反映了综 合水质级别的模糊性。 模糊数学用于水质综合评价的方法主要有模糊聚类法1 1 4 t 1 5 ，。6 - 1 7 18 1 、模糊贴 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 近度法【1 9 】、模糊相似选择法【2 0 】、模糊距离法【2 1 1 、模糊综合指数法 2 2 , 2 3 】、模糊 综合评价级数法【2 4 1 、模糊水质分级评价法【”1 、模糊综合评判 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 、模糊 综合评判一分级保证率法 3 o j 等。 ( 3 ) 灰色评价法 水环境质量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 是不完全的或不确切的，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，灰色系统的原理也较多地应用于水质 综合评价。其基本思路是：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。 灰色系统理论进行水质综合评价的方法主要有灰色聚类法【3 l - 3 2 ，3 3 ，34 1 、灰色 关联评价法 3 5 , 3 6 , 3 7 】、灰色聚类关联法【38 1 、灰色模式识别法【3 9 】、等斜率灰色聚 类法 4 0 , 4 1 , 4 2 】、灰色局势决策 4 3 , 4 4 , 4 5 , 4 6 , 4 7 】、加权灰色局势决策法【4 8 1 、宽域灰色决 策法【49 1 、梯形灰色聚类分析5 0 1 等。 ( 4 ) 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。其思路是：根 据各级水质标准建立经典域物元矩阵根据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”j 。 ( 5 ) 单因子评价法 现行国家水质标准中已确定悲观评价原则，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峥。 ( 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，只根据事物的性质特征，采用直观推理判断。 人工神经网络应用于水质评价的方法有b p 网络模型法【5 4 ，5 ”、h o p f i e l d 网 络模型法【5 6 】、r b f 网络模型法【5 7 1 等。 另外，还有一些评价方法，如密切值法1 5 叭、层次分析法 5 9 , 6 0 1 、可拓评价方 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 法 6 1 , 6 2 1 、普适指数公式法 6 3 1 、水质综合特征模式法研1 、因子分析方法 6 5 】、水 质污染损害率评价法【6 6 】、主成分分析法 6 7 , 6 8 】、矩阵排序法【6 9 1 等，适用于些 特定场合，应用受到一定限制。 i i 各方法的特点及比较 以上各种评价方法都要先确定3 个前提，即各项目的监测结果，各项目的 质量分级标准和各项目因子的权重。其中前两条对各种方法基本是一样的( 污 染指数法有所不同，它对标准不进行分级) ，而各种方法对权重的确定则有所 不同。 ( 1 ) 水质级别的确定过程比较 单因子评价法确定水质级别的过程最简单，其直接将监测浓度与各类标准 值相比，判断结果非此即彼( 太于i 类就定为i i 类，大于i i 类就定为i i i 类) ， 而其它方法则考虑了级别划分、标准确定及综合水质级别具有的模糊性、不 确定性，即当浓度介于二类标准之间时，认为对这2 个类别都具有归属性。 这些方法依据监测值与评价标准之间的关系构造其隶属度或白化值、灰关联 度、关联度、距离等的计算函数，确定其对各个类别的归属程度( 或贡献) ， 计算过程较为复杂。其中污染指数法的计算过程比较特殊，也比较简单，它 指定了某个特定类别作为评价标准，只计算浓度与该标准的距离。 ( z ) 因子权重的确定比较 综合污染指数法中各因子做等权处理。内梅罗污染指数法中污染最重因子 ( 事先并不确定) 权重最大，占二分之一，其余因子等权处理。单因子评价法中 污染最重因子占】0 0 权重其余因子权重为零。其它评价方法中因子权重由 权重公式计算得到模糊评价法和物元分析法的因子权重与该因子的浓度值 和标准有关，浓度越大权重越大；灰色评价法中因子权重与浓度和标准值相 关标准值越大该因子权重越小。 可以看出，在评价标准( 国家地表水质量标准) 已经确定的前提下，各种 方法对因子权重的处理、确定有2 种不同思路。其中综合污染指数法的因子 权重事先确定与不同水体的差异无关，即同一污染物在不同的水体中其权 重是一样的。而内梅罗污染指数法、灰色评价法、模糊评价法、物元分析法 和单因子评价法的因子权重事先并不确定而是与水体差异密切相关，同一 污染物，在不同水体中由于浓度不同，其权重也不同。相对而言第二种处理 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 思路更加合理，因为它认为各因子在水环境质量体系中所占的地位( 权重) 应该与其浓度高低有关。同时综合污染指数法对各因子做等权处理，不考虑 各因子对水环境影响的差异性，也可能有局限性。 ( 3 ) 水质级别的确定方式比较 模糊评价法、灰色评价法和物元分析法是将各因子对各类别的归属度矩阵 与因子权重集相乘，得到一个评判向量，以向量中值最大之对应类别作为水 体评价类别。污染指数法是将各因子的污染分指数直接相加或求几何均值， 得到一个污染指数，根据污染指数大小( 对照分级表) 确定水体类别。单因 子评价法则不对各因子做任何综合运算，直接将污染最重( 类别最差) 因子 所属类别定为水体类别。 由于水体中各种污染物浓度不断发生变化，部分污染园子浓度可能增高， 而另一部分则可能降低，整个水体质量是升高还是降低，从监测数据中不易 确定，原因是各因子对水质的影响程度不同，影响结果也不相同。单因子评 价法以“超标”或“达标”而孤立地看待个别指标是很难断定水质变化发 展趋势的，因而不利于掌握水体水质的动态变化趋势，不利于制定及采取相 应的污染防治对策及措施。内梅罗污染指数法、模糊评价法、物元分析法和 单因子评价法的因子权重事先并不确定，随水质监测结果而不断变化，随意 性较大。综合污染指数法对各因子做等权处理，不考虑各因子对水环境影响 的差异性，具有局限性。 相比较而言，由于灰色评价法根据水质标准确定各污染因子的权重，同时 它体现了标准值越大则其毒性越小其所占权重就越小的思想，相对比较 合理，因而其得到了相当广泛的应用。 1 3 论文选题、主要研究内容及技术路线 尽管以灰色局势决策为代表的灰色评价法广泛应用在水质综合评价中，并 且能较好地刻画出待评价水质的综合污染现状，但当不同水体或同一水体不 同时刻水质级别相同或变化较小时该类方法很难对污染状况变化的时空差 异进行比较，不利于了解水体污染的动态变化趋势。不利于进行水环境的合 理规划和决策。 因此，作者以“涪江绵阳段水体水质现状评价研究”为硕士论文的选题， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 思路更加合理，因为它认为各因子在水环境质量体系中所占的地位( 权重) 应该与其浓度高低有关。同时综合污染指数法对各因子做等权处理，不考虑 各因子对水环境影响的差异性，也可能有局限性。 ( 3 ) 水质级别的确定方式比较 模糊评价法、灰色评价法和物元分析法是将各因子对各类别的归属度矩阵 与因子权重集相乘，得到一个评判向量，以向量中值最大之对应类别作为水 体评价类别。污染指数法是将各因子的污染分指数直接相加或求几何均值， 得到一个污染指数，根据污染指数大小( 对照分级表) 确定水体类别。单因 子评价法则不对各因子做任何综合运算，直接将污染最重( 类别最差) 因子 所属类别定为水体类别。 由于水体中各种污染物浓度不断发生变化，部分污染园子浓度可能增高， 而另一部分则可能降低，整个水体质量是升高还是降低，从监测数据中不易 确定，原因是各因子对水质的影响程度不同，影响结果也不相同。单因子评 价法以“超标”或“达标”而孤立地看待个别指标是很难断定水质变化发 展趋势的，因而不利于掌握水体水质的动态变化趋势，不利于制定及采取相 应的污染防治对策及措施。内梅罗污染指数法、模糊评价法、物元分析法和 单因子评价法的因子权重事先并不确定，随水质监测结果而不断变化，随意 性较大。综合污染指数法对各因子做等权处理，不考虑各因子对水环境影响 的差异性，具有局限性。 相比较而言，由于灰色评价法根据水质标准确定各污染因子的权重，同时 它体现了标准值越大则其毒性越小其所占权重就越小的思想，相对比较 合理，因而其得到了相当广泛的应用。 1 3 论文选题、主要研究内容及技术路线 尽管以灰色局势决策为代表的灰色评价法广泛应用在水质综合评价中，并 且能较好地刻画出待评价水质的综合污染现状，但当不同水体或同一水体不 同时刻水质级别相同或变化较小时该类方法很难对污染状况变化的时空差 异进行比较，不利于了解水体污染的动态变化趋势。不利于进行水环境的合 理规划和决策。 因此，作者以“涪江绵阳段水体水质现状评价研究”为硕士论文的选题， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 结合四j i l 省重点科技研究项目绵阳市两江流域水环境的综合整治规划的 研究工作，在用灰色局势决策法对涪江绵阳段水体水质现状进行评价的基础 上，结合综合指数法联合构建灰色局势决策一综合指数法对涪江绵阳段水体 水质进行评价，以揭示该段水体质量的时空变化规律分析造成这种时空变 化的原因，找出造成水体污染的主要污染源和污染物。在此基础上，结合该 段水环境容量的初步分析，提出水污染防治的基本思路和设想，从而为涪江 绵阳段水环境的综合整治规划决策提供科学依据。 本论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 涪江绵阳段水质动态变化特征研究。基于涪江绵阳段近3 年的水质监 测资料，分析主要水质指标的动态变化趋势。 ( 2 ) 灰色局势决策一综合指数法理论研究。在灰色局势决策基础上，建立 水质灰色局势决策一综合指数评价法模型，为涪江绵阳段水质现状评价奠定 理论基础。 ( 3 ) 涪江绵阳段水质现状评价研究。将建立的水质灰色局势决策一综合指 数评价法模型应用于涪江绵阳段水体水质时空变化的评价研究，并将评价结 果与其它评价方法进行比较，验证建立的评价模型的优越性。通过评价，对 涪江绵阳段水体综合水质的时空变化特征及其原因进行研究。 ( 4 ) 涪江绵阳段水环境容量及水污染防治初步研究。根据评价结果和涪江 绵阳段的水环境功能要求，对涪江绵阳段水体的环境容量以及水污染防治进 行初步研究。 本论文的研究技术路线见图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图1 1论文研究技术思路 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第2 章涪江绵阳段水文状况 2 1 自然地理特征 涪江是嘉陵江右岸的一级支流，发源于松潘县雪宝顶，海拔5 5 8 8m 。自 西北向东南流经绵阳市的平武县、江油市、涪城区、游仙区、三台县；遂宁 市的射洪县、蓬溪县、市中区和重庆市的潼南县、铜梁县后，于合川市的东 律沱汇入嘉陵江。全长6 7 0k m 流域面积3 6 4 0 0k m 2 ，占嘉陵江流域面积的 2 2 。 涪江由北至南贯穿绵阳市，绵阳境内长3 2 9 公里，流域面积1 9 7 7 9 平方 公里，占全市幅员的9 7 6 ，占涪江流域总面积的5 4 3 3 。绵阳市境内涪江 右岸支流有平通河、通口河、安昌河、凯江；左岸支流有火溪河、芙蓉河、 梓潼江等，构成不对称的羽状水系。本文所涉及的涪江绵阳段是指从平武段 面至三台县百顷段面长约3 2 9 公里的河段。 涪江流域呈狭长形，地理座标在东经1 0 3 0 4 7 一1 0 6 0 0 2 ，北纬3 0 0 0 5 一3 2 。5 8 之间。水系发育，支流纵横交错流域面积在1 0 0 0k m 2 以上的 较大支流有九条，其中从左岸汇人的有：火溪河、梓江两条；从右岸汇入的 有：平通河、通口河、安昌河、凯江、都江、安居河、小安溪七条。支流多 从右岸汇人，整个水系呈不对称的树枝状分布，见圈2 1 。 江油灯笼桥以上为涪江上游属山区地形，主要由岷山山脉和龙门山山 脉组成。海拔在1 0 0 0 m - - 3 5 0 0 m 左右，北川、平武一带少数高山海拔在4 0 0 0 m 以上。地质构造复杂，地层多有断裂，其中龙门山断裂带是地震活动频繁区 域局部滑坡，泥石流分布广。涪江干流穿行于崇山峻岭之间，深河谷成v 字形，水流湍急，河道弯曲，多急流险滩和石梁。河宽仅2 0 m - - 8 0 m ，河道平 均比降13 7 。两岸山间平坝稀少，耕地不多，植被较差。 江油灯笼桥一遂宁市为涪江中游，属丘陵地貌，海拔在4 0 0 m - - 7 0 0 m 之 间，相对高差1 0 0 m - - 2 0 0 m 左右，河谷逐渐开阔，河谷变化一般1 3 公里 最宽达7 公里。谷坝相间，形成的主要河谷平坝有：武都、中坝、彰明、以 及绵阳市城关至丰谷，遂宁市城关至过军坝。这些平坝是流域内农业最发达 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 第2 章涪江绵阳段水文状况 2 1 自然地理特征 涪江是嘉陵江右岸的一级支流，发源于松潘县雪宝顶，海拔5 5 8 8m 。自 西北向东南流经绵阳市的平武县、江油市、涪城区、游仙区、三台县；遂宁 市的射洪县、蓬溪县、市中区和重庆市的潼南县、铜梁县后，于合川市的东 律沱汇入嘉陵江。全长6 7 0k m 流域面积3 6 4 0 0k m 2 ，占嘉陵江流域面积的 2 2 。 涪江由北至南贯穿绵阳市，绵阳境内长3 2 9 公里，流域面积1 9 7 7 9 平方 公里，占全市幅员的9 7 6 ，占涪江流域总面积的5 4 3 3 。绵阳市境内涪江 右岸支流有平通河、通口河、安昌河、凯江；左岸支流有火溪河、芙蓉河、 梓潼江等，构成不对称的羽状水系。本文所涉及的涪江绵阳段是指从平武段 面至三台县百顷段面长约3 2 9 公里的河段。 涪江流域呈狭长形，地理座标在东经1 0 3 0 4 7 一1 0 6 0 0 2 ，北纬3 0 0 0 5 一3 2 。5 8 之间。水系发育，支流纵横交错流域面积在1 0 0 0k m 2 以上的 较大支流有九条，其中从左岸汇人的有：火溪河、梓江两条；从右岸汇入的 有：平通河、通口河、安昌河、凯江、都江、安居河、小安溪七条。支流多 从右岸汇人，整个水系呈不对称的树枝状分布，见圈2 1 。 江油灯笼桥以上为涪江上游属山区地形，主要由岷山山脉和龙门山山 脉组成。海拔在1 0 0 0 m - - 3 5 0 0 m 左右，北川、平武一带少数高山海拔在4 0 0 0 m 以上。地质构造复杂，地层多有断裂，其中龙门山断裂带是地震活动频繁区 域局部滑坡，泥石流分布广。涪江干流穿行于崇山峻岭之间，深河谷成v 字形，水流湍急，河道弯曲，多急流险滩和石梁。河宽仅2 0 m - - 8 0 m ，河道平 均比降13 7 。两岸山间平坝稀少，耕地不多，植被较差。 江油灯笼桥一遂宁市为涪江中游，属丘陵地貌，海拔在4 0 0 m - - 7 0 0 m 之 间，相对高差1 0