青弋江流域水质评价及时空变化特征分析
摘要 采用单因子评价法、模糊综合评价法和主成分分析法对青弋江流域7个监测断面2017—2019年6项水质指标的监测数据进行分析，识别了流域的主要水质指标，得出青弋江流域的综合水质状况和水质时空变化趋势。结果表明：青弋江流域整体水质为优，主要水质指标为NH 3-N和TP;下游因工业污染源较多，水质最差，上游主要污染源为林地腐殖质等带来的N、P污染，随着水体自净中游水质优于上游;汛期由于雨水冲刷带来的农业面源污染加重，水质劣于其他月份，随着对流域污染源排放管控的加强，流域水质随时间推移呈优化趋势。
关键词 青弋江;单因子评价;模糊综合评价;主成分分析;时空变化趋势
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.020
开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
Water Quality Evaluation and Spatiotemporal Variation Characteristics of Qingyi River Basin
WU Zhuan-zhang1，GENG Tian-zhao2，WU Zhen-wei1 et al (1.Anhui Province Eco-Environmental Monitoring Center，Hefei， Anhui 230071;2.Suzhou Ecological Environment Bureau，Suzhou，Anhui 234000)
Key words Qingyi River;Single factor evaluation;Fuzzy comprehensive evaluation;Principal component analysis;Spatiotemporal trends
基金项目 第二次全国污染源普查工业源普查报表制度及普查数据质量控制实施技术支持项目(22110399005)。
作者简介 吴转璋(1981—)，女，安徽太湖人，工程师，硕士，从事环境监测和评价方面的研究。*通信作者，正高级工程师，从事环境管理研究。
收稿日期 2020-12-16
“十三五”以来，随着“水十条”以及相关污染防治攻坚战行动计划的发布实施，我国水污染防治工作取得了明显成效，水环境质量得到显著改善，但水环境质量形势依然严峻，水生态环境保护工作依然任重道远[1]。水环境质量评价是水生态环境保护中的一项基础性工作，通过对监测数据的合理分析，摸清水环境质量的优劣和变化特征，能够为制定科学的水生态环境保护措施提供有效参考[2]。因此，采用合适的方法对水环境质量现状进行评价具有重要意义。
目前水环境质量评价的方法有很多，比较常用的有单因子评价法、综合污染指数法、模糊综合评价法和主成分分析法等。其中单因子评价法计算简单，可操作性强，可以直接根据评价因子的监测值与评价标准之间的关系，得出各评价因子的达标情况、超标因子以及超标倍数等结果，能清晰明了地判断出水体主要污染因子及超标断面位置，因此单因子评价法适用于快速判断水质类别，但是该方法用最差的水质指标等级作为该断面的水质类别，评价结果过于保守，难以对同一等级水质类别进行更详细的优劣排序。综合污染指数法是将各评价因子的监测值与其评价标准之比作为单项污染指数，通过赋权综合计算各单项污染指数得到综合污染指数，该方法可以对整体水质作出定量描述，但不同的赋权方法计算出的评价结果差异较大。模糊综合评价法通过建立隶属函数和权重集得到水质的综合评价结果，评价结果更加客观全面，適用于分析水质是否达到水质目标要求，但目前隶属度由人为主观确定得出，评价结果会出现较大差异。主成分分析法能够考虑到各指标间的信息关联，在最大限度地保留原始信息的同时，对高维变量进行降维筛选出主要指标，且能根据各断面的综合得分值对流域水质进行时空变化特征分析，但主成分分析法难以对水质等级进行判定。以上评价方法侧重点不同，各有优劣，相互结合可以优势互补[3-9]。
为此，笔者以长江的重要一级支流青弋江作为研究对象，根据2017—2019年青弋江流域的水质监测资料，结合单因子评价法、模糊综合评价法和主成分分析法对青弋江流域水质进行评价和分析，全面客观地反映流域水质状况与变化特征，从而为流域水环境管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 数据来源
青弋江是长江的重要一级支流，干流全长309 km，流域面积约7 195 km2，起源于黄山市黟县，经石台县、黄山区，于周家坦注入陈村水库(太平湖)，出陈村水库流经泾县、宣城、南陵、芜湖等地，于芜湖市区入长江[10-11]。
该研究数据来源于青弋江流域7个常规监测断面2017—2019年数据，断面设置自上游至下游分别为溪口村、城关上游、琴溪桥、泾南交界、百园新村、海南渡、宝塔根。根据青弋江地理位置特征可知，溪口村和城关上游为上游断面，琴溪桥、泾南交界和百园新村为中游断面，海南渡和宝塔根为下游断面。其区位分布见图1。
1.2 数据预处理
根据对原始数据的初步分析，剔除未检出数据以及水温、pH等空值较多的项目，选取溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD Mn)、五日生化需氧量(BOD 5)、氨氮(NH 3-N)、化学需氧量(COD Cr)和总磷(TP)6项指标进行评价分析。
1.3 评价方法
1.3.1 单因子评价法。
单因子评价法是用水体各监测因子的监测结果对比该因子的水质分类标准，确定该因子水质类别;在所有因子的水质类别中选取水质类别最差的类别作为
该水体的水质类别。水质分类标准值根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)确定。
1.3.2 模糊综合评价法。
模糊评价法通过各因子的浓度值，除以对应的质量标准中各类别的平均值，得出权重值。再依据各监测因子在地表水环境质量标准各类别中的归属，得出隶属度。最后通过矩阵复合运算，确定总体水环境的类别[12]。
1.3.3 主成分分析法。
主成分分析法是设法将原来变量重新组合成一组新的相互无关的综合变量，同时根据实际需要从中取出几个较少的但尽可能多地反映原来变量信息的综合变量的统计方法。主要计算步骤如下[13-14]：①原始数据标准化;②计算各指标之间的相关系数矩阵;③计算相关系数矩阵的特征值与特征向量;④计算主成分贡献率及累积贡献率，确定主成分;⑤将标准化后的指标变量转换为主成分;⑥对主成分进行加权求和，即得最终评价值并用其评判水质，权数为每个主成分的方差贡献率。
2 结果与分析
2.1 单因子评价结果
首先采用《地表水环境质量评价办法(试行)》(环办〔2011〕22号文)规定的划分水质类别的单因子评价法来评价溪口村、城关上游、琴溪桥、泾南交界、百园新村、海南渡和宝塔根7个监测断面水质状况。评价结果显示，2017—2019年青弋江流域各监测断面水质类别均稳定在Ⅱ类(表1)，水质状况为优，确定青弋江流域水质类别主要指标是TP。
2.2 模糊综合评价结果
青弋江流域水质模糊综合评价显示(表1)，2017—2019年青弋江流域各监测断面水质类别均稳定在Ⅰ类，水质状况为优。通过对权重指标分析可知，2017—2019年7个监测断面的DO权重值均最大，分别為025、0.27、0.33、0.26、0.26、0.27、0.36、0.33、0.36、0.26、0.28、0.29、0.32、031、0.29、0.24、0.27、0.31、0.24、0.24、027，说明DO是影响青弋江流域水质的主要指标。
2.3 主成分分析结果
分别对各监测断面不同监测指标年均值和月均值进行2个独立的主成分分析。采用各监测断面不同监测指标年均值进行流域主要污染指标的筛选以及水环境质量的时空变化趋势分析，采用各监测断面不同监测指标月均值进行各监测断面水环境质量的时间变化趋势分析。
运用 KMO 和 Bartlett球体检验进行统计，KMO检验是对原始变量之间的简相关系数和偏相关系数的相对大小进行检验，Bartlett球性检验用于检验各变量是否各自独立[15-16]。该研究计算得到年均值和月均值数据组KMO检验统计值分别为0.52和0.56，均大于0.50，Bartlett球形检验显著性概率P值均小于 0.05，表明以上数据组指标间相互不独立，相关性较强，适宜进行主成分分析。
分别对各水质指标年均值和月均值数据组进行降维处理，结果见表2和图2。从年均值数据组降维结果来看，方差贡献率大于10%的主成分有4个，对应的数值分别为3865%、27.12%、13.13%和10.55%，前4个主成分的累积方差贡献率为89.45%，高于80%。主成分1与TP和NH 3-N呈显著正相关关系，主成分2与DO呈显著正相关关系，主成分3与COD Mn和BOD 5呈显著正相关关系，主成分4与DO和COD Cr呈显著正相关关系。以上主成分涉及所有水质指标。
从月均值数据组降维结果来看，方差贡献率大于10%的主成分也有4个，对应的数值分别为31.30%、20.33%、1723%和13.58%，前4个主成分的累积方差贡献率为8244%，高于80%。主成分1与TP、NH 3-N和COD Mn呈显著正相关关系，主成分2与DO呈显著正相关关系，主成分3与BOD 5呈显著正相关关系，主成分4与COD Cr呈显著正相关关系。以上主成分涉及所有水质指标。
对比分析青弋江流域各监测断面年均值数据组和月均值数据组降维结果，可知2组数据的主成分分析结果基本一致，筛选出青弋江流域主要水质指标为TP和NH 3-N。
青弋江流域年均值数据组水质主成分综合评价结果见表3，月均值数据组水质主成分综合评价结果见表4。
2.4 水质时空变化特征分析
对青弋江流域年均值和月均值数据组水质主成分综合评价结果进行分析，得出青弋江流域水质时空变化趋势及各断面水质时间变化趋势(图3)。
2017—2019年青弋江流域年均值数据组水质主成分综合评价结果表明(表3)：青弋江流域下游水质最差，中游优于上游;2019年各断面水质均优于2017年水质，青弋江流域整体水质随时间推移呈优化趋势;2018年整体水质变化趋势不明显，溪口村和琴溪桥2018年水质在2017—2019年中最优，百园新村和宝塔根水质在3年中最差。
2017—2019年青弋江流域月均值数据组水质主成分综合评价结果表明(表4)：溪口村断面2017年5、6月水质最差，10、12月份水质最优;2018年4、9月水质最差，10—12月水质最优;2019年2、6、9月水质最差，5、10—12月水质最优。城关上游断面2017年7、8月水质最差，1月次之，其他月份曲线基本平稳;2018年9月水质最差，6月次之，2月水质最优;2019年5—8、11月水质最差，1月水质最优。琴溪桥断面2017年9月水质最差，11、12月水质最优;2018年水质曲线基本平稳;2019年6月水质最差，12月水质最优。泾南交界断面2017年9月水质最差，其他月份曲线基本平稳;2018年10月水质最差，7、12月次之，其他月份曲线基本平稳;2019年8、9月水质最差，1月最优。百园新村断面连续3年水质变化曲线基本一致，7月份最差，其他月份曲线基本平稳。海南渡断面2017年7月水质最差，12月次之，其他月份基本平稳;2018年9月水质最差，12月次之，7月最优;2019年9月水质最差，6月次之，1月最优。宝塔根断面连续3年水质变化基本一致，6—9月最差，12月次之，其他月份基本平稳。综合分析各断面水质变化，得出青弋江流域汛期水质明显劣于其他月份。
3 讨论
3.1 评价结果对比分析
该研究的3种水质评价方法侧重点不同，评价结果也略有差异。单因子评价法用最差的水质等级代表评价结果，根据各采样点位的TP浓度评价青弋江水质为Ⅱ类，评价结果不够全面，但计算结果安全性高。模糊综合评价结果与单因子评价结果相差1个等级，评价结果显示青弋江水质为Ⅰ类，模糊综合评价法充分考虑了各评价因子的综合影响，评价结果更加客观全面，但模糊综合评价对指标权重矢量的确定主观性较强，会掩盖一些重要水质指标的影响。主成分分析法难以对水质等级进行判定。
影响单因子评价结果的主要水质指标是TP，模糊综合评价中DO权重值最大，DO对模糊综合评价结果的影响最大，主成分分析法结果显示第1个主成分对应水质指标为TP和NH 3-N，第2个主成分对应水质指标为DO，主成分分析法与单因子评价法和模糊综合评价法的评价结果基本一致，且包含单因子和模糊综合评价的主要水质指标，因此主成分分析法更为客观、全面。
单因子和模糊综合评价法只能对水体进行定性评价，主成分分析法能对水体质量进行定量描述，且能根据描述结果进行时空变化特征分析。
3.2 评价结果与实际调查情况对比分析
青弋江流域上游主要污染源是林地和农村生活源，中游主要为农村生活源和农业面源，下游进入芜湖市段主要为工业污染源，因此整个流域以富营养污染为主，流域下游由于工业污染源较多，水质最差，上游主要污染源为林地腐殖质等带来的N、P污染，随着水体自净，中游水质优于上游，汛期由于雨水冲刷带来的农业面源污染加重水质劣于其他月份;随着对流域污染源排放管控的加强，流域水质随时间推移呈优化趋势。以上调查结果均与评价结果一致。
4 结论
(1)单因子、模糊综合和主成分分析相结合的评价方法可用于青弋江流域水质评价和时空变化特征的综合分析。结果显示，青弋江流域整体水质状况稳定在Ⅱ类以上，主要水质指标为NH 3-N和TP;青弋江流域下游水质最差，中游水质优于上游;2019年各断面水质均优于2017年，青弋江流域整体水质随时间的推移呈优化趋势，青弋江流域汛期水质明显劣于其他月份。
(2)青弋江流域整體水质为优，但中上游农业面源及芜湖市段工业点源污染仍是该流域两大污染风险。因此，该流域仍需加强农业面源污染控制和下游芜湖市段工业污染末端治理，注重污染预防，从源头和全过程减少污染物的产生。
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作者：吴转璋 耿天召 伍震威 王欢
环境保护部、国家发展和改革委员会、财政部和水利部于今年5月17日联合发布了《重点流域水污染防治规划(2011-2015年)》(以下简称《规划》)。这次规划的出台有什么新的意义，对我国未来水污染防治又有着怎样的指导作用，本刊特为您详细解读。
一、出台背景
“十一五”期间，我国重点流域水污染治理取得了积极进展。与2006年相比，2010年国家控制断面水质达到或优于Ⅲ类的比例增加了13.4%，劣Ⅴ类断面比例下降了16.9%。具体来看，松花江、淮河流域由中度污染改善为轻度污染，辽河流域由重度污染改善为中度污染，巢湖湖体水质由中度富营养改善为轻度富营养，太湖环湖河流由中度污染改善为轻度污染，太湖湖体由中度富营养改善为轻度富营养。
“十一五”专项规划实施以来，虽然流域水环境得到了明显改善，但区域间实施不平衡、治污效益体现不足等问题依然存在，形势依然十分严峻。“十二五”期间又是我国工业化、城镇化快速发展的时期，水环境形势不容乐观。这主要表现在经济社会发展对水环境保护的压力将继续增加，流域水污染空间格局将面临新的变化;有机污染尚未完全消除，重金属、持久性有机物污染等长期积累的问题开始暴露，流域面源污染防治、水生态保护和修复任务艰巨;石油化工等沿江(河)分布的高风险污染行业布局短期内难以根本改变，跨界纠纷时有发生，流域水环境风险防范面临严峻挑战。
二、扩展解读
解读一：兼顾水环境改善需求与可达性，合理制定水污染防治目标。不仅要解决环境质量评价体系与群众感觉不一致的问题，还要在未来切实推进水环境质量全面改善，而不是某些指标或局部区域改善。
《规划》提出了“以流域—控制区—控制单元三级分区体系为框架，以水功能区限制纳污红线为依据，以污染物总量减排为抓手，以规划项目为依托，以政策措施为保障，综合运用工程、技术、生态的方法”的综合防治战略，制定了水质目标:到2015年，重点流域水质持续改善，总体由中度污染改善为轻度污染，Ⅰ类~Ⅲ类水质断面比例提高10%，劣Ⅴ类水质断面比例降低10%。滇池流域主要入湖河流总体水质由重度污染改善为轻度污染，辽河、黄河中上游、巢湖流域总体水质由中度污染改善为轻度污染，松花江流域总体水质由轻度污染改善为良好，丹江口库区及上游流域总体水质保持为优，三峡库区及其上游流域总体水质保持良好，淮河、太湖流域总体水质在维持轻度污染的基础上持续改善，海河流域重度污染程度有所缓解。
在检测标准上，将评价因子由12项增加到21项，即按照《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》表1中的21项指标(不包括水温、总氮、粪大肠菌群)进行评价。对于巢湖、滇池等湖库特点突出的流域，出于防治富营养化的需要，总氮也作为重要水质指标之一。水质全指标评价，不仅解决了环境质量评价体系与老百姓感觉不一致的问题，而且也是为了切实推进环境质量全面改善，不是某些指标或局部区域改善。由于“十一五”期间该项工作取得积极进展，注重“不欠新账，多还旧账”，消除了一批劣Ⅴ类水体，因此，在“十二五”期间，各断面水质将进一步提升。
环境保护部污染防治司司长赵华林表示，为实现各项目标，《规划》设置了加强饮用水水源保护、提高工业污染防治水平、系统提升城镇污水处理水平、积极推进环境综合整治与生态建设、加强近岸海域污染防治、提升流域风险防范水平6大重点任务。将重点流域划分为315个控制单元，其中确定了118个优先控制单元和197个一般控制单元，实施分级防治，确保水污染防治取得实效。这反映了流域生态逐步向精细化管理模式转变。
综合分析规划期内重点流域经济社会发展压力和水环境质量改善需求，《规划》筛选了骨干工程5998项，估算投资约3460亿元。同时，要求各省(区、市)组织筛选本辖区内的一般工程项目，建立水污染防治项目库。
财政部经济建设司夏喜全介绍，环境保护已经成为公共财政支出的重点。目前，中央基建投资加上各类环保单项资金总额已经达到每年600亿元。“十二五”期间，将继续加大财政支持力度。如果加上《规划》外的太湖以及丹江口的治污投资，重点流域治污投入将达5000亿元，远远超过“十一五”的3000亿元。国家发展改革委地区司环境处处长黄微波认为，投入如此巨大，各地还需拓宽渠道，多元化投资。筹措资金中将积极邀请社会和企业参与。但国家发展改革委相关负责人表示，目前暂无征收水污染税、环境税的考虑。
在目标考核方面，赵华林表示，环境保护部将积极联合有关部门，严格执行《规划》实施情况考核制度，对考核不达标的地方暂停项目环评审批。赵华林介绍，与以往的规划仅考核主要污染物相比，这个《规划》的考核最为严格。
“除了以往的区域限批等手段，有没有更严厉的惩处措施?”面对疑问，赵华林再次强调调动地方政府积极性的意义。“惩处手段都是迫不得已，我们不希望采用。要让地方政府明白，这不是要求做的事，而是地方政府应主动做的事。”
在污染物排放总量控制目标方面。“十一五”期间，水污染物总量控制的主要指标是化学需氧量(COD)，并取得了明显成效。但从影响重点流域水环境质量的污染指标来看，氨氮已成为河流型水体的首要污染指标，湖库型水体总氮、总磷超标也较为严重。《规划》根据全国水质改善的需求程度、污染排放统计数据完整性、污染物减排可行性等实际情况，将化学需氧量和氨氮作为水污染物总量控制指标。同时，对于太湖、巢湖等湖库特点突出的流域，明确提出降低入湖总氮、总磷等污染负荷的要求。在削减率的确定上，由于“十一五”期间化学需氧量排放量已有较大幅度削减，经测算后，基于实事求是原则，将“十二五”期间化学需氧量(工业和生活)排放量削减率目标确定为:到2015年，排放量为713.2万吨，比2010年削减9.7%。同时，由于氨氮(工业和生活)排放量第一次进入国家层面的总量控制指标体系，经测算后，减排潜力相对较大，削减率目标确定为:到2015年排放量为88.0万吨，比2010年削减11.3%。其中，重点流域的削减率要高于全国平均水平。
解读二：分区防治是提高污染防治科学性的重要途径，是进一步实施分级防治和分类指导的基础，因而是“十二五”重点流域水污染防治要着力实现的技术特点。
《规划》出台后，不少官员认为实施起来难度较大。首先，经济社会发展对水环境保护的压力将继续增加，流域水污染空间格局将面临新的变化;其次，重金属、持久性有机污染物等长期积累的问题开始暴露，流域面源污染防治、水生态保护和修复任务艰巨;最后，石油化工等沿江(河)分布的高风险污染行业布局短期内难以根本改变，跨界纠纷时有发生，流域水环境风险防范面临严峻挑战。
为此，环保部确定了精细化管理的战略。
一是建立分区防治体系，体现水污染的空间差异。重点流域“十二五”规划涉及多个省(自治区、直辖市)，各地区的人口规模、经济发展水平、水资源条件、土地利用状况、植被覆盖程度等不同，决定了水污染特征和水环境问题的空间差异性。为提高水污染防治措施的针对性，实施分区防治策略十分必要。为此，《规划》要求“明确各重点流域的优先控制单元，实行分区控制”。这一要求包含两个层次的空间单元:一是流域，二是控制单元。流域决定了产汇流以及污染物迁移转化的基本格局，是最高层次的空间单元;而控制单元则根据流域内不同区域具体水环境特征而划分，是层次相对较小的空间单元。实际上，由于各级地方政府是水污染防治的责任主体，为便于落实水污染防治责任以及组织实施水污染防治工作，在流域与控制单元两个层次中间还需要增加一个层次，即控制区层次。控制区边界一般根据省级行政区边界与流域边界相切割而确定。“流域—控制区—控制单元”三级分区体系构成了“十二五”重点流域水污染防治的基础空间格局。其中，流域层面重点把握水污染防治的宏观布局，明确流域水污染防治重点和方向，协调流域内上下游、左右岸各行政区的防治工作;控制区层面重点落实地方政府水污染防治目标、责任和任务;控制单元层面针对更为具体的水环境问题提出更具针对性的措施，确保水污染防治取得实效。根据实际需要，控制单元下面可进一步划分控制子单元。以此分区体系为依据，可将流域水污染防治任务逐级细化落实，为实现水污染防治精细化管理奠定基础。需要强调的是，由于分区防治是提高污染防治科学性的重要途径，是进一步实施分级防治和分类指导的基础，因而是“十二五”重点流域水污染防治要着力实现的技术特点。为此，《规划》在深入分析各重点流域经济社会与水环境特征的基础上，花费了较大篇幅来详细阐述各重点流域的防治策略，力求实现“一河(湖)一策”。此外，各重点流域的防治策略还蕴含着“点、线、面”全面推进的防治思想，即各重点流域要着力抓好重点城市(点)、重点支流(线)和重点农业面源(面)的水污染防治。
二是实施分级分类指导，突出水污染防治重点。《规划》明确要求各流域要确定优先控制单元，这是“全面推进，重点突破”原则的体现。同时，《规划》还明确了“分类指导，分级管理”的原则。具体到重点流域水污染防治，则是在控制单元中，综合考虑水体敏感性、水环境问题重要性、排污量大小、水体受污染程度、环境风险高低等因素，进一步划分为优先控制单元和一般控制单元，实施分级防治。优先控制单元是流域水污染防治的重点区域，承担着流域总量削减、水质改善和风险防范的主要任务。要加大投入，制订水污染防治综合治理方案，力求水污染防治取得明显成效。同时，要根据各单元水污染状况、水环境改善需求和水环境风险水平，将控制单元分为水质维护型、水质改善型和风险防范型三种类型，实施分类指导。其中，现状水质较好的控制单元，加大水环境保护力度，重点实施水源涵养、湿地建设、河岸带生态阻隔等综合治理工程，维护良好水环境质量;现状水质较差的控制单元，采取综合性的治理措施，大幅削减污染物排放量，确保城市水体和重点支流水环境质量明显改善;环境风险较大的控制单元，加大环境监管力度，着力降低资源能源产业开发的环境风险，加强沿江化工、危险化学品生产企业风险隐患排查，提高风险防范水平。
解读三：城镇饮用水源地三年内将全面达标。
我国水质按水质标准分为五类，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类水质可以饮用，Ⅳ类水是工业用水，Ⅴ类水是农业用水。环保部污染防治司司长赵华林介绍，目前，部分城市水体水质仍劣于Ⅴ类水。随着城镇人口的增加，仍有约7%的饮用水水源地达不到功能要求，部分城市尚无备用饮用水水源地，饮用水安全依然存在隐患。
水利部水资源司副司长于琪洋介绍，2010年监测评价的3902个水功能区，水质达标率仅为46%;17.6万公里河流中，38.6%的河水水质劣于Ⅲ类水;339个省界断面中，有48.7%劣于Ⅲ类，直接威胁城乡饮水安全。
最近，一则“全国普查自来水合格率仅50%”的消息引发公众担忧。而住房和城乡建设部城市供水水质监测中心回应称，据2011年最新抽样检测，我国自来水厂出厂水水质达标率为83%。对此，于琪洋介绍，通过调查和监控，目前在我国污染负荷居高不下的背景下，我国水源地水质达标率仍在80%以上。此外，175个重要水源地监测的数据，优于Ⅲ类的占87%。整体上，城市水源地的状况是不错的。
赵华林介绍，通过实施《规划》，到2015年，城镇集中式饮用水水源地水质稳定，达到功能要求。于琪洋表示，争取到2015年水功能区水质达标率达到80%，到2030年水质基本达标。
作者：赵清爽
摘 要 跨流域调水是解决水资源地域分布不均衡的有效方法，跨流域调水输水过程中，由于输送距离远，持续时间长，水质受水文、人类活动影响显著，存在水质安全隐患，有必要制定时空全程水质保护应急预警机制。本文从风险分析手段、应急监测能力、应急管理组织体系及应急后续评估等方面研究了外调水水质应急预警系统的建立。
关键词 跨流域调水 水质保护 应急管理
一、跨流域调水
跨流域调水(inter-basin water transfer)指修建跨越两个或两个以上流域的引水(调水)工程，将水资源较丰富流域的水调到水资源紧缺的流域，以达到地区间调剂水量盈亏，是解决缺水地区水资源需求的一种重要措施[1]。
迄今为止，全世界共有四十个国家有400多项调水工程[2]，如美国的中央河谷、加州调水和科罗拉多水道等远距离调水工程[3]、巴基斯坦的西水东调工程[4]及法国的普罗旺斯向凡尔顿引水工程[3]等，国内有引黄济津、引黄济青、南水北调等系列工程，尤其是南水北调工程是目前世界上最大的跨地区、跨流域、远距离调水工程，实现了长江、淮河、黄河、海河的相互连接，形成我国中部地区水资源“四纵三横、南北配合、东西互济”的总体格局[2]。
跨流域调水是解决水资源地域分布不均衡的有效方法，跨流域调水可采用明渠、暗渠或两者相结合的方式输水。由于输送距离远，持续时间长，外调水水质受水文、人类活动影响显著，存在水质安全隐患，需要制定时空全程水质保护方案及应急预警机制。
二、国内外跨流域调水水质保护进展
Morris Israel和Jay R.Lund(1995年)分析了1991年1992年加利福尼亚的Drought Water Bank的调水经验，提出了调水规模扩大化、调水方式多样化、水质保护、法律监管、第三方监督等上至国家下至基层管理者系列建议[5];David Lewis Feldman(2001年)对田纳西州的跨流域调水法案的修改的必要性进行了论述，他强调确保输水水质安全是是该州经济多样化进程中不能放松的保障工作[6];J.Gupta和P.van der Zaag(2008年)回顾了印度、中国、西班牙、南非的典型的调水工程，从工程、科研、政策互联关系的角度提出了调水工程的评价标准链，提出调水管理要遵循的几个原则：以科研为基础、加强工程和水质监管、遵循可持续性的原则、权利和义务并重等[7]。
张晨(2008年)在归纳总结国内外长距离调水工程的特点和研究水质状况工作的基础上，提出长距离调水工程水质安全的基本概念，将河道水质模型、湖泊(水库)水质模型和水质评价模型联合起来，建立调水工程水质安全模型 [8]。
三、跨流域调水水质保护应急预警框架体系研究
本课题从风险分析手段、应急监测能力、应急管理组织体系及应急后续评估等方面研究外调水水质应急预警系统的建立(见图1)。
借鉴美国、欧盟部分国家的经验，综合考虑有害物质泄漏或其他重大危险活动造成的突发污染事件和常规污染源水质污染两方面，建立针对突发事件和非突发事件的危险源识别和风险分布分析方法，利用应急决策图表等建立预警系统的监控体系、预警条件和预警信息流程，并提出应急预警后续评估及预案更新的具体操作等管理建议[9]。主要的成果如下：
(一)危险源识别和风险分布分析
突发性水污染事故危险源指可能导致水环境污染事故的危险源，以及生产、贮存、经营、使用、运输危险物质或产生、收集、利用、处置危险废物的场所、设备和装置。对城市饮用水源地进行突发性水污染事故危险源辨识的目的就是确定饮用水源地潜在的危险因素和危险源类型，并对可能发生的事故后果进行评价分析，以便在事故发生时能够及时采取控制措施。
本课题采用现场调查法进行危险源辨识。在确定了饮用水源地所在河流水环境状况、水文气象条件、水源保护区范围和取水口位置等信息的基础上，主要调查对水源地有潜在危害的污染物的来源、位置和可能的事故发生形式，以及事故发生时可能流入水体的污染物量。根据水源地突发性污染事故的种类，调查对象主要有固定源、移动源和流域源三大类，具体分别为工业企业、污水处理厂、装卸码头、公路运输车辆、航运船舶、人为破坏、潮汛水灾和上游来水等可能导致突发性污染事故的危险源。
(二)事件分类与分级
本课题按照事故发生的状态，将突发性水环境污染事故分为两类，一是突然发生的、毫无征兆的爆发的、污染物质瞬时注入水体的对生态体系或人类健康、生命财产造成极大破坏和危害的水环境污染事故;二是环境污染物质经过长期积累，量变引起质变，最终爆发的对生态体系或人类健康、生命财产造成极大破坏和危害的水环境污染事故。
依据事故的危害程度、影响范围和可控性对城市饮用水源地突发性污染事故进行分级，本课题采用指数法对突发性水污染事故进行分级。考虑水源地突发性污染事故区别于一般排污口排污的特殊性，本课题确定事故产生的特定污染物、常规污染物、可能影响供水时间和显著的污染这4项指标为建立事故指数评价体系时所需要的特征参数;根据饮用水源地常见的污染事故种类及可能产出的污染物种类，本课题选取事故产生的特定污染物和常规污染物两类水质评价参数，前者种类数根据具体的污染事故来确定，后者选用评价参数分别为溶解氧、BOD5、CODCr、硫酸盐(以SO42-计)、硝酸盐(以N计)、总磷(以P计)、总镉、总氰化物、挥发酚、石油类;最后确定指数评价公式，并通过专家评议法设定确定特征参数的评价分数及指数划分范围，得出污染事故分级。
(三)建立一线监控系统
监控有主动监控和被动监控两种。主动监控是针对危险源和重大污染源的，主动监控通常难以覆盖所有的重要源;被动监控则是针对可能受害的河流水体本身的，主要不外乎水文和水质两方面的监测监控。因此，本研究在外调水输水及蓄水沿线构建包括连续监测、常规监测和特别监测3个子系统，并提出监测系统的监测工作体制。
(四)预警条件的形成及信息发布
预警条件从根本上说就是一系列水质限值，当预警系统发现有水质指标超过这些限值，就构成了预警条件，须发出警报。
根据水环境功能分区，调水沿线及蓄水水库确定为饮用水源地，按照国家标准在各监测点制定出一套指标限值，构建出水质安全预警条件;通过现场调研，根据风险分布及不同区段的脆弱性评价，建立敏感保护区域数据库，包括区域水文条件、地理条件、周边污染源情况等;制定预警条件发布的方式、时间、反馈方式等，以保证预警信息高效地发送有关各方，帮助最快地启动响应程序，将事件损失减至最小。
(五)建立应急响应技术数据库
建立包括应急辅助决策图表和应急技术矩阵表在内的应急响应数据库。
很多可以事先准备好的图表可以在事件应急时提供帮助，本研究拟建立重大危险源和重点排放口分布图表、敏感保护目标分布图表、水库等备用水源分布及其可供应范围图表、监测站位分布及其控制范围图表、应急监测方法与仪器汇总表、典型污染物质泄漏处置技术汇总表、各区段水质安全事件影响范围及波及时间表等。利用这些图表可以在发现水质安全事件的最初较短时间内对事件的可能肇因、影响程度及应采取的措施快速地做出判断或选择。
对于各类水质安全事件，可有多种应急技术措施，如控制或截断污染源、取水口暂停取水、启用备用水源包括用运水车运水、关停部分企业、水库放水压咸冲污、水厂加强处理措施、限制用水大户以减少取水等。调水沿线的敏感保护目标主要是自来水取水口，根据水质安全事件的类型结合流域的具体条件如水库等备用水源的分布，研究提出若干可供选用的具体应急技术措施，形成应急技术措施矩阵(如图2)，该矩阵下发到沿线各相关部门，如主要污染源、供水单位、取水单位、各地应急中心等。
将前述流域的各种基础数据和图表输入计算机形成数据库，需要时可随时查询，如在应急时，可通过发现的肇事污染物质即刻查出其可能的来源及源所在的地点、所属企业等。更进一步，建立起河流实时水质模型，在任何河段发生水质安全事件如危险物质泄漏时，可根据监控预警系统提供的河流控制断面流量，即时计算出该事件地点至受影响范围任何敏感点的距离、污染物质前峰到达的时间及污染物最大浓度等。
四、结论
跨流域调水是解决水资源地域分布不均衡的有效方法，跨流域调水可采用明渠、暗渠或两者相结合的方式输水。由于输送距离远，持续时间长，外调水水质受水文、人类活动影响显著，存在水质安全隐患，制定时空全程水质保护应急预警机制很有必要。
参考文献：
[1]Davies,B.R.,Thoms,M.,Meador,M.The ecological impacts of inter-basin water transfers and their threats to river basin integrity and conservation.Aquatic Conservation:Maritime and Freshwater Ecosystems 2.1992:325-349.
[2]陈磊.从引滦入津到南水北调.资源与人居环境.2009.19:53-55.
[3]汪秀丽.国外流域和地区著名的调水工程.水利电力科技.2004.30(1):1-25.
[4]李运辉,陈献耘,沈艳忱.巴基斯坦西水东调工程.水利发展研究.2003(1):56-58.
[5]Morris Israel,Jay R.Lund.Recent California Water transfers:implications for water management.Natural Resources Journal.1995.35:1-32.
[6]David Lewis Feldman.Tennessee's Inter-basin Water Transfer Act:a changing water policy agenda.Water Policy.2001(3):1-12.
[7]J.Gupta,P.van der Zaag.Inter-basin water transfers and integrated water resources management:Where engineering,science and politics interlock.Physics and Chemistry of the Earth.2008(33):28-40.
[8]张晨,高学平.长距离调水工程水质安全研究与应用.优秀博士论文.2008.
[9]郭震仁,彭海君等.流域水质安全事件应急体系设计.水资源保护.2009.25(2):83-86.
作者：赵鑫浩 张博文
本溪南芬区预投巨资从根本上解决细河水污染问题
本报讯 近年来，本溪市加大了对流域水环境治理力度，特别是对细河流域水污染本溪段进行了综合整治，目前，污染治理已初见成效。
细河是本溪市境内3个主要流域之一，是沿岸41.92万人口和本钢、北钢等大小60余家生产企业的主要水源，而且对下游城市的生产、生活用水也有较大影响。细河污染问题引起本溪市委、市政府的高度重视，2006年6月12日市政府常务会议决定，对细河流域污染实施专项整治。
按照市环保局提出的整治意见，本溪县政府取缔了连山关垃圾填埋场，限期治理和处罚违法企业6家;平山区政府下达了关闭两家违法建设企业和停产治理1家违法排污企业的决定;南芬区政府召开政府常务会议，专题研究细河污染整治工作，取缔违法排污企业5家……同时，市经委下令关停了两家利用落后工艺设备生产的企业，并下达了限期拆除令;市水务局下令关停了3家河道采金点，并责令拆除设备、恢复原貌，同时决定对下马塘3家违法采金点进行调查处理;市工商局吊销县区政府决定取缔的企业的营业执照。在实施依法整治期间，市环保局对29家违法排污企业下达了责令改正、限期治理的处罚决定。其中，停产整改27家企业。为保持对非法排污企业的高压态势，市环保局对本钢南芬选矿厂等14家污染严重的企业，在7月20日的《本溪日报》进行了公示，并实施挂牌督办。为确保细河整治效果，市环保局联合市监察局对担负整改任务的重点部门和单位进行了案件督办，进一步加快了细河整治进程。经过1年的努力，细河沿岸的主要污染源普遍得到了有效控制，污染企业的治理力度明显增强，本钢南芬选矿厂和平山、南芬区所属的污染企业基本实现了零排放，主要污染因子浓度大幅度下降，呈现出本溪境内细河全流域水质清澈的好势头。
近日，记者从本溪市南芬区政府了解到，南芬区预计投资8800万元，对细河进行综合治理，从根本上解决细河水污染问题。今年，拟建工程部分已完成项目施工设计，污水处理及人工湿地正处在工程设计阶段，预计于2008年开始建设污水处理厂。
南阳河环绕莱州市,从东向西,从南向北,最后流入河套水库,近几年,莱州市政府加大对南阳河流域的治理力度,使南阳河流域的环境发生了很大的变化.经过几年不懈的努力,南阳河的水质发生了怎样的变化呢?政府是如何进行治理的呢?还有哪些问题有待我们去解决呢?如何去解决存在的问题呢?这正需要我们去进行调查研究。
莱州市第三实验小学,地处南阳河下游东岸,河套水库东,南阳河流域水质情况的好坏直接影响我们的生活,因此备受全校师生的关注,我校决定开展《南阳河流域水质调查与研究》的科学实践活动。
参加人员
三—五年级全体学生
活动步骤
1.问题的提出
2.制订切实可行的活动方案
3.寻源头,走南阳河,采集各水段的水样
4.到自来水公司学习分析水质技能,写出采集水样水质情况报告
5.根据水质情况,分析问题,思考解决问题的办法,进行创造发明和创意设计.
6.参观污水处理厂,了解污水处理过程,知道科学在生活中的作用
7.写出本次实践活动的调查报告
8.向在有关部门提出建议
9.写一篇本次活动的体会
10.制作宣传画报,利用假期时间宣传环境保护的重要性
活动的意义
本次科学实践活动学生通过调查与研究,了解了科学研究的过程,了解科学技术对改善人们生活的重要性,掌握科学研究的方法,知道创新对社会发展的重要性.在这个过程中,增强学生的环境保护意识,提高学生的调查研究和科学实践能力,培养学生的创新能力.全面提高学生的科学素养和社会责任意识.
清城区北江流域矿山整治工作方案 根据《清远北江流域水质保护管理办法》、《2014年清远市人民政府工作报告》、《清远北江流域水质保护和治理工作实施方案》和《清远北江流域矿山整治工作实施细则》等有关规定和要求，为切实做好北江流域水质保护和治理工作，全面整治北江流域矿山开发秩序，查处乱挖乱采行为，并建立起长效监管机制，我局结合自身实际情况，特制定本工作方案。
一、整治范围
清远市辖北江干流和连江、滃江、潖江、滨江等主要支流及主要河涌、湖库。
二、工作目标
以科学发展观为指导，认真落实市委、市政府决定，充分发挥职能部门管理、协调联动作用，通过全面整治北江流域内矿山开发秩序，清理整治水环境安全隐患，查处乱挖乱采乱排行为，改善北江流域水质状况，保障清远北江流域沿岸城乡用水安全。
三、时间安排：
(1)2014年6月-12月：宣传发动、制定方案、调查摸底阶段。
(2)2015年1月-2016年9月：集中整治、巩固提升阶段
四、工作方案及要求
(一)宣传发动、制定方案、调查摸底阶段(2014年6月-12月)
1. 加强组织领导，成立领导小组。为切实做好北江流域水质保护
和治理工作，加强各股室的协调配合，及时研究制定相关政策，加大治理及执法力度，经市国土局同意，我局成立“北江流域水质保护和治理工作领导小组”，各成员由我局主要领导和相关股室的负责人组成，成员名单如下：
组长：蔡伟新局长
副组长：蔡桂强副局长
丘剑文执法大队长
成员：陈战雄： 地矿股股长
成国强：地监股股长
领导小组下设办公室，办公室设在分局地矿股，负责日常工作，有陈战雄同志兼任办公室主任，黄思立(地矿股)、王银(地矿股)、李文伟(地矿股)同志为办公室成员。相关任务完成后，领导小组自动撤销。
2. 宣传发动，营造氛围。我局将利用电视、报纸、广播、互联网、局主页等各种传播媒体大力宣传《矿山地质环境保护规定》、《广东省地质环境管理条例》和《清远北江流域水质保护管理办法》等法规和政策，通过召开采矿权、探矿权人会议部署专项行动工作，提高矿山企业对保护北江水质的意识，对典型污染案件进行曝光，为整治行动营造氛围。
3. 调查摸底，建立档案。我局将组织清城区环保、公安、工商、经贸、供电等部门联合对北江流域内的持证合法矿山和无证非法矿山(采矿点)进行调查摸底，建立台账。调查内容包括：矿山位置、矿
业权人(和非法采矿人)、采矿证期限、开采规模、尾矿弃渣堆(排)放是否造成污染等情况。
4. 推进“矿山复绿”行动工作。按照《清远市“矿山复绿”行动方案》要求，督促矿山企业积极筹集资金投入矿山治理恢复，实行边开采边复绿，原采矿权人已灭失或者政策性强制关闭的矿山由地方政府负责治理恢复，2014完成9个矿山复绿治理，其中由矿山企业负责治理的9，由地方政府负责治理的0个。
(二)集中整治、巩固提升阶段(2015年1月-2016年9月)
1. 自查自纠。我局将认真对照调查摸底中发现的存在的污染隐患，责令相关矿山企业完善设施，限期整改完毕，会同其他有关部门拆除非法矿山厂房和生产生活设施。
2. 重点整治。对辖区内无证开采、越界开采、以采代探、选矿等存在肯能造成水质污染隐患作为重点整治对象，我局将牵头组织环保、公安、工商、经贸、供电等部门组成联合执法队开展重点整治，相关镇人民政府配合参加。
3. 依法打击。对超层越界开采矿山的，责令其限期整改，没收违法所得，未履行行政处罚决定的一律不得通过采矿权年检;对无证开采、冶炼的矿山，必须严厉打击，依法取缔，拆除厂房和供电设施，捣毁生产设备、完成“六个不留”(不留原料、不留设备、不留厂棚、不留人员、不留电源、不留后患)。对拒不整改或整改不到位的，各地各相关部门要充分发挥联动作用，形成强大打击合力，依法查处到位，对涉嫌犯罪的，移送司法机关处理。
4. 制定采矿权设置和矿山管理办法。根据《矿山资源法》和《清远北江流域水质保护管理办法》等有关法律法规，合力开发利用北江流域矿产资源，制定完善北江流域采矿权设置和矿山管理办法，在城市规划建设区、北江流域第一重山以内、饮用水水源地保护区、地质公园、森林公园、自然保护区、风景区、生态公益林区，铁路、高速公路、国道、省道两侧可视范围内禁止审批新立固体矿产采矿权， 原有固体矿山应当编制矿山地质环境保护与治理恢复方案，报有批准权的国土资源行政主管部门批准，采矿权有效期满后关闭，不再办理延续审批。
5. 完成“矿山复绿”行动工作。督促矿山企业和有关地方人民政府履行职责，全面完成市“三区两线”48个矿山治理复绿，其中我区共有13个。
五、保障措施
1. 明确整治责任主体。
清城区人民政府是整治本辖区内北江流域矿山开发秩序，查处乱挖乱采乱排行为工作的责任主体。我局是整治工作牵头单位，将制定“矿山资源开采监管巡查制度”，并负责组织各乡镇国土资源所工作人员开展北江流域日常巡查监管工作，发现非法开采矿产资源行为将及时上报区人民政府组织查处。
2. 建立联席会议制度。
我局成立的“北江流域水质保护和治理工作领导小组”将建立联席会议制度，由组长或副组长定期或不定期召开联席会议，通报情况，
协调解决保护治理过程遇到的情况问题，更好地推动《工作方案》的贯彻落实，同时城区国土局领导小组在每季季末前形成每季工作进展报告，并上报给“市国土资源局北江流域水质保护和治理工作领导小组”。
【摘要】：汾河水库位于娄烦县境内,作为山西省最大一座大型水库,现有库容量3.5亿立方米,是太原市地表水饮水源地之一,并供太原市一部分工农业用水。汾河水库水质,特别是富营养化问题,直接影响人民生活及工农业生产。本文以汾河水库水质富营养化产生的机理为理论基础,对2006-2012年汾河水库(包括汾河进水区、涧河进水区、库中心区以及水库出水区四个断面)的水质富营养化情况(Chla、TN、TP、COD)进行了动态分析,运用改进型灰色GM(1,1)模型对汾河水库2013-2017年的水质富营养化指标进行了预测,在此基础上,采用T-S模糊神经网络模型对汾河水库2006年至2017年4个监测断面的富营养程度进行评价,确定水库富营养化等级。另外,为了探讨水库污染的来源及防治措施,本文对水库周边以及上游污染源进行了资料收集和调查,对水库水质污染的来源进行了点源污染和面源污染的分析,并提出了汾河水库富营养化的防治对策。本研究为改善汾河水库水质、预防和治理汾河水库水体富营养化提供了理论依据。本文的主要结论有：
1、对汾河水库水质富营养化动态分析的结果表明,汾河进水区、涧河进水区监测断面中,叶绿素a(chl-a)的含量随着时间的变化波动比较大,其余三项水质指标变化比较平稳。在库中心断面,TP含量在2008年、2012年变化较大,到达了最小值0.015mg/L左右,其余年份比较平稳。TN在2009年达到0.85mg/L左右,其余年份比较平稳。叶绿素(chl-a)含量在200
9、2010年、2012年中数值比较大,最大值出现在2012年
达到6.95mg/m3其余年份处于较低水平,大致在2mg/m3左右。CODmn含量一直比较稳定。水库水区监测断面中,叶绿素(chl-a)含量在前五年里一直处于比较低的水平,2012年突然数值变大达到18.6mg/L,而其它三项指标一直处于比较平稳状态。
2、使用改进型GM(1,1)模型对汾河水库4个监测断面的4个指标值进行后五年的预测,并给出了残值检验法对预测值的准确度进行检验。从前五年预测值与实际值之间的误差可以看出,改进型GM(1,1)模型误差相对较小,适合汾河水库水质富营养化指标值的预测。
3、使用BP神经网络和T-S神经网络对汾河水库水质富营养化进行了评价,并对这两个神经网络的准确性和精确性进行比较,得出T-S模糊神经网络优于BP神经网络,因此选取T-S模糊神经网络作为汾河水库水质富营养化评价模型。
4、对训练完成的T-S模糊神经网络汾河水库4个监测断面2006-2017年的水质富营养化评价的结果表明,库中心地区监测断面的富营养化水质等级普遍优于汾河进水区、涧河进水区、以及水库出水区等其它3个监测断面的水质等级。汾河进水区、涧河进水区、库中心地区的水质普遍低于Ⅲ级富营养化水质等级不易发生富营养化,而水库出水区附近的水域水质普遍处于Ⅳ级富营养化水质等级属于容易发生富营养化的水质级别。并且,从历年各个监测断面水质情况可以看出,5月份各个断面的富营养化水质等级普遍优于9月份的各断面富营养化水质等级。
5、对水库水质污染的来源分析表明,工业污染源分布于汾河水库入库河流上游;主要工业有铁厂、选矿厂、洗煤以及焦化厂等。农业面源污染主要分布于汾河水库周边;由于水库周边畜禽业没有得到合理控制,
致使农药使用过度,农业生产污染物通过地表径流以及地下水流入水库。这终导致汾河水库水质TP、TN等指标超过正常范围。
6、根据对汾河水库水质富营养化的趋势分析、污染评价和污染来源分析,本文提出了水库水质富营养化的防治对策。包括对控制汾河上游、涧河上游以及水库周边的点源和非点源对汾河水库水质的污染及应该采取的措施对策。【关键词】：汾河水库富营养化评价神经网络改进型GM(11)相关性分析
【学位授予单位】：山西大学 【学位级别】：硕士 【学位授予年份】：2013 【分类号】：X524 【目录】：目录4-7Contents7-10中文摘要10-12ABSTRACT12-15第一章前言15-231.1引言151.2研究目的与意义15-161.3国内外研究进展16-191.3.1水质富营养化评价国内外研究现状17-181.3.2水质预测国内外研究现状181.3.3国内外水环境污染源解析研究进展18-191.4研究内容与方法19-211.4.1研究内容19-201.4.2研究方法20-211.5技术路线21-221.6创新之处22-23第二章研究区域概况23-252.1研究区域自然条件23-242.2研究区域气候条件242.3.研究区域社会经济条件24-25第三章汾河水库水质动态变化及预测25-433.1汾河水库水质动态分析25-273.2汾河水库水质时段变化趋势27-283.3汾河水库水质短期预测28-333.3.1灰色系统建模的基本概念28-293.3.2GM(1,1)模型的建立方法29-313.3.3GM(1,1)模型的改进31-333.4基于MATLAB对
改进GM(1,1)模型的实现33-413.4.1GM(1,1)模型算法33-343.4.2GM(1,1)模型的精度343.4.3汾河水库水质参数短期预测34-413.5本章小结41-43第四章汾河水库水质富营养化评价43-574.1汾河水库水体富营养化评价模型选取434.2富营养化评价的指标选取与评价等级划分43-454.2.1汾河水库富营养化指标选取43-444.2.2水质富营养化评价标准44-454.3基于BP神经网络的水质富营养化评价45-494.3.1BP神经网络评价模型454.3.2BP神经网络学习原理45-474.3.3BP神经网络的创建、训练和评价474.3.4基于BP神经网络对水库富营养化评价的精度分析47-494.4基于T-S模糊神经网络的水质富营养化评价49-524.4.1T-S模糊神经网络模型494.4.2T-S模糊神经网络的学习原理49-504.4.3T-S模糊神经网络创建50-514.4.4基于T-S模糊神经网络对水库富营养化评价的精度分析51-524.5BP神经网络与T-S模糊神经网络结果的比较52-534.6汾河水库营养状况评价53-564.7本章小结56-57第五章汾河水库水质污染源分析57-635.1汾河水库水体污染的来源分析57-625.1.1娄烦县污染源调查分析57-585.1.2汾河水库上游流域县市的污染源调查分析58-595.1.3农业面源污染59-625.2本章小结62-63第六章汾河水库富营养化防治对策63-656.1对污染源的控制636.1.1深入治理工业废水排放636.1.2加强城市、农村生活污水治理力度636.2对非点源污染的控制63-646.2.1对农业生产污染物的控制63-646.2.2减少种植业中施用化肥646.3建立汾河水库生态工程64-656.3.1汾河水库上游段人工湿地工程646.3.2润河入库段延伸区河岸带生态工程64-65第七章结论与建议
65-677.1结论65-667.2进一步研究建议66-67参考文献67-70攻读学位期间取得的研究成果70-71致谢71-72个人简况及联系方式72-74
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摘要 为了根据所给的近十年长江流域水质监测报告及近两年长江流域主要城市水质监测报告给出合理的长江流域水质污染改善方案，并尽可能地预测出今后十年内长江流域水质恶化情况，我们建立了基于图形分析的模型一和基于计算机模拟的模型二，并在模型扩展中运用已建成的计算机模拟系统对所得的结果和我们对于长江流域水质恶化进行改善的想法进行分析和评价。
长江流域水质监测报告和长江流域主要城市水质监测报告中的数据是巨大的，所以如何有效地重组、利用已知数据是我们建立模型一的突破口。我们首先利用Mathematica、Matlab等相关数学软件对数据进行处理，建立了一个以长江干流水质为目标函数的优化模型，利用灰色预测法和最小二乘法拟合出六类水质的参数分布函数，进而预测出未来十年的水质状况：可饮用水占比例为4.3% 四五类水占比例为52.6% 劣五类水占比例为43.1%。然后依此为参照值，再运用时间序列模型的自回归形式，预测了在控制水质恶化的条件下，未来十年内每年所需要处理的污水量。最后，运用随机服务系统的相关理论建立随机规划模型，给出概率灵敏度和误差分析，进而得出治理污染的最佳方案。我们也对整个模型进行了推广和评价，指出了有效改进方向。
一、问题的重述
水是人类赖以生存的资源，保护水资源就是保护我们自己。
附件3给出了长对于我国大江大河水资源的保护和治理应是重中之重。专家们呼吁：“以人为本，建设文明和谐社会，改善人与自然的环境，减少污染。”
长江是我国第
一、世界第三大河流，长江水质的污染程度日趋严重，已引起了相关政府部门和专家们的高度重视。2004年10月，由全国政协与中国发展研究院联合组成“保护长江万里行”考察团，从长江上游宜宾到下游上海，对沿线21个重点城市做了实地考察，揭示了一幅长江污染的真实画面，其污染程度让人触目惊心。为此，专家们提出“若不及时拯救，长江生态10年内将濒临崩溃”(附件1)，并发出了“拿什么拯救癌变长江”的呼唤(附件2)。
附件3对长江沿线17个观测站近两年多主要水质指标的检测数据，以及干流上7个观测站近一年多的基本数据。通常认为一个观测站的水质污染主要来自于本地区的排污和上游的污水。一般说来，江河自身对污染物都有一定的自然净化能力，即污染物在水环境中通过物理降解、化学降解和生物降解等使水中污染物的浓度降低。反映江河自然净化能力的指标称为降解系数。事实上，长江干流的自然净化能力可以认为是近似均匀的，根据检测可知，主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的降解系数通常介于0.1~0.5之间，比如可以考虑取0.2 (单位：1/天)。附件4是“1995~2004年长江流域水质报告”给出的主要统计数据。下面的附表是国标(GB3838-2002) 给出的《地表水环境质量标准》中4个主要项目标准限值，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为可饮用水。
请你们研究下列问题：
(1)对长江近两年多的水质情况做出定量的综合评价，并分析各地区水质的污染状况。
(2)研究、分析长江干流近一年多主要污染物高锰酸盐指数和氨氮的污染源主要在哪些地区?
(3)假如不采取更有效的治理措施，依照过去10年的主要统计数据，对长江未来水质污染的发展趋势做出预测分析，比如研究未来10年的情况。
(4)根据你的预测分析，如果未来10年内每年都要求长江干流的Ⅳ类和Ⅴ类水的比例控制在20%以内，且没有劣Ⅴ类水,那么每年需要处理多少污水?
(5)你对解决长江水质污染问题有什么切实可行的建议和意见
附表: 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中4个主要项目标准限值 单位：mg/L
序
号
分 类
标准值
项 目
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
Ⅴ类
劣Ⅴ类
1溶解氧(DO)≥
是下降的。
计算结果如表：
由上面的图知，当高锰酸盐指数和氨氮的折线相距越小，污染程度越高(如地区
7、
10、15);相反，两条折线相距越大，污染程度越小(如地区
9、11)。
二、要得出污染源主要位置用公式 ，再令e = ,求出平均值。
从附件3中带入数据，最后得到主要污染源在湖北宜昌到江西九江之间，据图象还可得到在湖南岳阳是最主要的污染源。
如图所示：
图
1图
2(图1表示氨氮，图2表示高锰酸盐的指数)
三、利用附件4中历年的统计数据(各年的长江总流量和废水排放总量，绘制成图表如下表所示：
年份
199
51996
1997
1998
1999
2000
200
1200
2200
3200
4长江总流量(亿立方米)
9205
9513
9171.26
13127
9513
9924
8892.8
10210
9980
9405
废水排放总量(亿吨)
174
179
183
189
207
234
220.5
256
270
285
用Mathmatice软件作图为：
注：由于1998年出现洪涝灾害， 故删去此点，不做考虑。
(其中横坐标为1995~2004十个年份，纵坐标为废水占总流量的百分比)
依照过去十年的主要统计数据，对长江未来水质情况作了预测，采用了灰色预测的方法对未来进行预测，灰色预测是以GM(1，N)模型为基础
设 =( (1), (2),…, (n)),做1—AGO，得 =(X (1),X (2),…,X (n))=( X (1), X (1)+X (2),…, X (n-1)+ X (n))
建立白化形式的微分方程 +aX =u
设 =(a,u) ,按最 小二乘法得到 =(B B) B Y其中
B=Y =
易求得，方程的解为
X (k+1)=(X (1)- )e +
从以上的图表得原始数列为：X =(1.89，1.88，1.20，1.44，2.18，2.36，2.48，2.51，2.71，3.03)
建立GM(1，1)模型，得预测模型为
X (k+1)=(1.89+4.53)e -4.53由预测模型得预测值为
年份 废水占总流量的百分比
2005 3.1500
2006&nb
sp; 3.0936
2007 3.0381
2008 2.9836
2009 2.9299
2010 2.8772
2011 2.8253
2012 2.7743
2013 2.7242
2014 2.6749
由上图可知，废水的百分比趋势大概在增加。
四、由对问题三的解答，我们可以预测未来十年的水质情况。如果未来十年内每年都要求长江干流的IV类和V类的比例控制在20%以内，且没有劣V类水
五、水体遭到污染后，应采取积极措施进行综合治理，使水质得到恢复，所以我们制定了以下具体措施：
(一)采用先进技术减少排污
减少排污是治理污染的根本措施。即严格控制污染源向河道或各类水体的污染，除了加强管理，用法律法规规定排放标准及实行许可证制度等，还应采用先进的生产工艺，作到少排污或不排污。
(二)整顿下水道，建设大规模污水处理厂
近年来，不少投资整顿下水道，实现污水管道化，并将城市生活污水与工业废水实行分流，提高下水道普及率。
(三)合理利用水体自净能力
(1) 应用冲水，这方法可使污染物浓度得到稀释，从而减轻或消除污染，一般在有机污染河段，通过加大水量提高稀释的倍数有较明显的效果，或解决局部污染问题。
(2) 人工增氧。可采用水体中实行人工增氧措施，在较污染严重的江口，河段安装这些设备，特别在枯水季节启用，辅助提高，恢复自净能力。
(3) 疏浚河道，河流底泥中多沉积各种污染物质，会再次悬浮水中污染水体，因此，可采取人工措施，例如采用挖泥船或其他机械，来清楚底泥，疏浚河道，即加大河道泻洪，能力，又可改善水水质的状况。
五、模型的检验与误差分析
模型与实际问题比较我们认为有下列的一些误差：
1) 参数的取值误差会引起计算结果的误差。
2) 计算机截取误差：计算机在进行求解时位长有限，有一部分数值会被舍弃，但对模型基本上可忽略。
3) 长江中实际排污量与测量排污量之间的误差。
4) 自然灾害与人为因素造成的误差不予考虑。
5) 对未来十年的预测中不予考虑一些突发事件。
六、模型的评价
从目前中国的实际环境状况入手，合理地运用了生物降解、水利统计等知识，借助计算机软件处理数据，建立了废水排污量随时间变化的模型，最后对问题进行分析。可以说这是一个用建模方法解决实际问题的过程。由于此模型未将自然因素、人为因素等考虑进去，通过检验，与实际情况基本符合，说明所建模型的算法是可靠的。
不足之处在于过多依赖计算机的运算能力，在实际问题中要考虑的因素更多，模型将相当复杂。
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秩和比法在水质富营养化综合评价中的应用 作者：唐芳 孙爱峰
来源：《科技创新导报》2012年第22期
疚难≡褡芰住⒒柩趿俊⑼该鞫取⒆艿蜕锪孔魑兰鬯矢谎跹趸闹副?利用基于秩和比的可信区间法对我国青海湖、武汉东湖、杭州西湖、安徽巢湖和云南滇池水质富营养化程度进行综合评价,结果表明5个湖泊水质富营养化程度的排序为杭州西湖>武汉东湖>安徽巢湖>云南滇池>青海湖,水质富营养化问题与人类活动密切相关;多重比较表明,青海湖与云南滇池,武汉东湖与杭州西湖、安徽巢湖,安徽巢湖与云南滇池两两之间的差异无统计学意义(P>0.05)外,其他湖泊两两之间的差异均有统计学意义(P
关键词:水质富营养化 综合评价 秩和比法 可信区间
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