模糊数学在水质综合评价中的应用

水质评价是环境管理的一个重要方面。污染程度是一个模糊概念，在实际工作把离散的质量级别进行连续性处理。模糊数学在水质评价中得到广泛应用。以长江干流段2004年1月至2004年12月的水质监测资料作为依据，运用模糊综合评价方法对水质进行了分级评价。结果显示，所评价的长江干流段水质为地表水标准中的Ⅱ类水。在2004年1月至2004年12月的时间段内，长江水质综合指数在2．0至2．6之间变动，2004年2月和8月水质综合指数最多为2．6，水质随时间的变化较平缓。在所评价的长江5个断面中水质综合指数都小于3．0，其中湖南岳阳城陵矶水质综合指数最高为2．6，其主要的污染物为CODMn，江苏南京林山水质综合指数最小为2．0。     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

太湖蠡湖浮游植物群落特征及其对水质的评价

2007年冬季（1月30日）和春季（3月27日）对太湖蠡湖进行两次全面调查。采用种类相似性指数、优势指数、多样性指数和污水生物系统等多项生物学指标分析浮游植物群落特征;并结合理化指标评价蠡湖水质营养状况。结果表明：蠡湖共检出浮游植物8门,88种;其中以绿藻门种类最多,共48种,占总种数的5455%;硅藻门次之,共15种,占总种数的1705%。两次调查中各个站位的优势种均为绿藻门种类,其中冬季的优势种为小球衣藻〖WTBX〗（Chlamydomonas microsphaera）〖WTBZ〗,优势指数变化在7143%~9628%,春季优势种为小形平藻〖WTBX〗（Pedinomonas minor）和小球藻（Chlorella vulgaris）〖WTBZ〗,优势指数变化在6702%~8259%,优势种非常明显。浮游植物相似性指数测算结果显示,冬季和春季的浮游植物种类组成差异很大,相似性指数仅为030。同时,生物学评价显示,蠡湖冬季水质劣于春季,与化学评价结果相一致;但从评定级别看,生物评价认为,2007年冬、春季节蠡湖水质分别处于重污染和中度污染状态,较化学评价的污染程度重,显示出两种方法的差异性。     

近20年来湘江水质变化分析

根据1981~2000年湘江的水质监测数据,选用危害较大的10项污染指标,采用均值指数法对近20年来湘江水质变化进行了分析,并对湘江干流不同河段水质进行了比较。结果表明：湘江总体水质在20世纪90年代呈恶化趋势,致使污染加剧的主要因子是总大肠菌群、总磷、石油类和总汞;主要污染源为工业污染和生活废水污染,近年来生活废水污染日益突出,工业污染中重金属污染明显;在干流不同河段中,株洲、湘潭和长沙河段污染最为严重;估计未来湘江的生活污染和农业污染还会加剧。因此,为确保经济和环境协调发展,湘江污染治理任务依然任重道远。在加大宣传力度,提高公民环境意识,加快城市污水处理设施建设和发展生态农业的同时,应将湘江流域城市生态水源建设提上议事日程。     

杭州地区大中型水库富营养化状况及影响因子分析

在2008年和2009年对杭州地区17个大中型水库进行了调查。结果表明：杭州地区大中型水库水质不容乐观,按照单因子指标评价法,只有3个水库符合Ⅱ类水体标准,2个水库符合Ⅲ类水体标准,2个水库为Ⅳ类水体,3个水库为Ⅴ类水体,其余7个水库均为劣Ⅴ类水体,定类指标均是总氮。根据综合营养状态指数结果：丰水期2个水库处于贫营养状态,13个水库处于中营养状态,2个水库处于轻度富营养状态;枯水期16个水库处于中营养状态,1个水库处于中度富营养状态。总氮和总磷作为营养物质是这些水库富营养化的主要影响因素。位于山区源头地区的水库水质最好,位于平原城乡附近的水库其次,位于城市下游及城区附近的水库水质最差     

河流综合水质评价方法比较研究

为探讨综合水质评价结论的科学合理性,对典型的7种河流综合水质评价方法,包括单因子评价法、污染指数法、模糊评价法、灰色系统评价法、层次分析法、人工神经网络法、水质标识指数法,在归类分析其特性的基础上,针对代表性的评价样本,进行了综合水质评价比较研究。主要结论为：①单因子评价法以最差水质指标所属类别作为综合水质类别,评价结论表现为过保护;②污染指数法能够直观判断综合水质是否达到功能区目标,但是不能判断综合水质类别;③对模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP人工神经网络法和水质标识指数法等5种典型评价方法,当综合水质为Ⅰ~Ⅴ类水情形时,这几种方法评价结论基本一致,证明这5种典型评价方法对Ⅰ~Ⅴ类水的评价结论具有科学合理性;④当综合水质为劣Ⅴ类水时,模糊数学法、灰色系统评价法、层次分析法、BP人工神经网络法的评价结论偏保守,而水质标识指数法解决了劣Ⅴ类水质的连续性描述问题,能够对劣Ⅴ类水进行科学合理评价,并对Ⅰ~Ⅴ类水、劣Ⅴ类水不黑臭、劣Ⅴ类水黑臭进行全面、科学合理的定性与定量评价.     

以底栖动物为指示物种对长江流域水生态进行评价

采用底栖动物作为指示物种对长江流域的水生态进行了调查研究和生态评价。在长江上游支流、中下游干流及沿江湖泊上选取36个代表性样点进行生态考察和底栖动物采样、鉴定和分析。采用Hilsenhoff生物指数和水化学分析对样点水质进行评价,对比分析了各样点底栖动物的结构组成及多样性。上游支流大部分样点水质清洁;中游干流及沿江湖泊水质受到轻度到中度污染;下游干流水质污染加重。底栖动物多样性在上游支流中最高,中游湖泊较高,干流中下游较低。总结得出了4种河床演变条件下的底栖动物群谱。上游支流河床稳定的河流底栖动物密度较大,物种丰富,多样性高;侵蚀下切的河流底栖动物密度、物种数和多样性较低;淤积抬升的河流底栖动物密度、物种数和多样性更低一些;河势散乱且河床运动剧烈的支流物种丰度和密度均很低甚至为零,生态条件差。     

以底栖动物为指示物种对长江流域水生态进行评价

采用底栖动物作为指示物种对长江流域的水生态进行了调查研究和生态评价。在长江上游支流、中下游干流及沿江湖泊上选取36个代表性样点进行生态考察和底栖动物采样、鉴定和分析。采用Hilsenhoff生物指数和水化学分析对样点水质进行评价，对比分析了各样点底栖动物的结构组成及多样性。上游支流大部分样点水质清洁；中游干流及沿江湖泊水质受到轻度到中度污染；下游干流水质污染加重。底栖动物多样性在上游支流中最高，中游湖泊较高，干流中下游较低。总结得出了4种河床演变条件下的底栖动物群谱。上游支流河床稳定的河流底栖动物密度较大，物种丰富，多样性高；侵蚀下切的河流底栖动物密度、物种数和多样性较低；淤积抬升的河流底栖动物密度、物种数和多样性更低一些；河势散乱且河床运动剧烈的支流物种丰度和密度均很低甚至为零，生态条件差。     

天沙河沉积物中重金属污染特征与生态风险评价

采集天沙河表层沉积物,检测其中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb 6种重金属的含量,分别采用内梅罗指数法(NI)、地累积指数法、Hakanson生态风险指数法和淡水生态系统沉积物基准法(SQGs)对沉积物中重金属污染的特征和生态风险进行评价,并对几种评价方法进行比较。结果表明：鉴于各采样点重金属的污染特征,采用内梅罗指数法和Hakanson生态风险指数法所得结果一致,杜阮河段、白沙河段及天沙河上游污染较严重,天沙河中下游污染程度相对较低;就各重金属的污染特征而言,采用地累积指数法和Hakanson生态风险指数法所得结果基本一致,Cd和Cu污染较严重,其次是Zn、Ni、Pb、Cr;而采用SQGs法的风险评价与其它方法所得结果存在一定差异,其主要原因是SQGs法基于污染物的生物毒性效应,而其他方法多反映单一重金属污染效应或多种重金属综合污染效应     

浑河流域底栖动物生物完整性指数构建与健康评价

应用大型底栖动物生物完整性指数(Benthic Index of Biological Integrity, B-IBI)评价河流健康已成为河流生态系统管理的重要方法。根据2010年5月对浑河流域62个采样点的底栖动物调查数据,基于采样点的水质等级、栖息地质量综合评估指数、人类干扰强度和河岸土地利用评估等标准,选择同属于辽河水系的太子河流域的8个采样点作为参照点,构建浑河流域B-IBI生物完整性指数。通过对34个生物参数的分布范围检验、判别能力分析以及相关性检验,最终确定浑河流域B-IBI生物完整性指数由总分类单元数、EPT(蜉蝣目Ephemeroptera、襀翅目Plecoptera、毛翅目Trichoptera)相对丰度、耐污类群相对丰度、最优势类群分类单元数、直接收集者相对丰度以及香农威纳多样性指数6个参数构成。根据各参数值随干扰增强的变化趋势,采用比值法计算各指标的分值和评价标准。结果表明:浑河流域B-IBI平均得分为2.56,河流健康状态处于一般状态;62个采样点中,9个处于健康状态,13个处于亚健康状态、22个处于一般状态、10个处于差状态,8个处于极差状态;从流域空间尺度上来看,河流健康状态从上游区到下游区逐渐变差。相关性分析表明,B-IBI与水温、电导、溶解性固体总量、硝酸盐、总氮、五日生化需氧量等水环境指标呈现显著负相关,表明B-IBI指数对于水质污染具有较好的指示性作用。综上所述,浑河流域由于受城市工业区的分布影响,大型底栖动物生物完整性呈现出明显的空间分布差异,上游区河流生物完整性较好、中下游底栖动物群落呈现出明显的退化趋势。     

长江下游江段秋季浮游植物生态指标与理化指标评价

采用种类相似性指数、多样性指数等多项生物学指标分析2009年秋季长江下游段的浮游植物群落特征,并结合理化指标评价其水质营养状态。结果表明：2009年秋季,长江下游段共检出绿藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、蓝藻(Cyanophyta)、裸藻(Euglenophyta)、隐藻(Cryptophyta)5门27种,浮游植物细胞丰度变化在5.68×104～7.08×104 cells/L,平均为6.01×104 cells/L,浮游植物生物量变化在30.43～34.73 μg/L,平均为32.46 μg/L;各采样站位之间的浮游植物相似性指数变化在0.30～0.63,介于轻度相似至中度相似之间;多样性指数变化在2.38～2.73,多样性较好或丰富,显示出长江下游段的浮游植物群落处于较稳定的状态;水质CODMn、TN、TP和TLI（∑）分别变化在2.71～3.23 mg/L、1.24～1.35 mg/L、0.058～0.072 mg/L和44.87～45.96;综合水质生物学和化学评价结果可知2009年秋季长江下游段的水质较好;但从水质评定级别来看,化学评价得出的水质等级与生物学评价得出的水质等级有所不同,显示出两种方法的差异性,因此,生物监测应与理化监测相结合,以提高监测结果的准确性和可靠性。〖     

淮河干流大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

2011年3月、6月、9月和12月对淮河干流大型底栖动物群落进行了取样调查,共采集到大型底栖动物4门41科94种。结果分析表明,淮河干流大型底栖动物群落结构具有一定的时空变化。在时间尺度上,生物密度呈极显著的季节性变化(p=0.002),其最大值332.5 ind./m2出现在6月,最小值96.6 ind./m2则出现在9月;生物量的变化趋势与生物密度不同步,其最大值155.8 g/m2出现在9月,最小值40.0 g/m2则出现在3月,且季节性差异不显著。冗余分析(RDA)结果表明,溶解氧、盐度、溶解性总固体、水温和底质类型是影响底栖动物群落结构的主要环境因子。Shannon-Wiener多样性指数的季节性变化不显著,Margalef丰富度指数的季节性差异极显著(p=0.000);自上游至下游,这2个指数的变化规律表现出高度的一致性,其水质评价结果表明淮河干流水质总体上处于中度污染的水平。     

鄱阳湖蝶形湖泊水体氮磷等的变化及污染初步评价

分别于2014年夏季7月和冬季12月对鄱阳湖蝶形水域的9个湖泊进行了采样,并对湖泊水质基础性指标TN、TP、NH_3-N、NO_3~--N、NO_2~--N、溶解性磷酸盐、TOC、COD_(Mn)和叶绿素a进行了测定与分析。据此同时运用单因素评价法、均值型指数综合评价法和营养状态指数法对鄱阳湖蝶形水域的地表水水环境的污染现状和污染程度进行了评价,以更全面和准确地反映鄱阳湖蝶形水域的水质状况。结果显示:(1)鄱阳湖蝶形水域水质总体符合GB3838-2002III类水标准;(2)7月水质总体优于12月水质。12月总氮含量和总磷含量基本都高于7月,叶绿素a含量除中湖池12月值略低于7月外,其它点位12月值均高于7月。7月总氮值为0.6~1.3 mg/L,总磷值为0.02~0.15 mg/L,叶绿素a为2.2~6.7 mg/L;12月总氮值为0.6~2.0 mg/L,总磷值为0.04~0.19 mg/L,叶绿素a为3.8~34.7 mg/L;(3)7月和12月水质营养状态介于中营养和轻度富营养,水体主要污染物质为总氮和总磷。7月蚌湖营养状态为轻度富营养,其它点位为中营养,12月除常湖、梅溪湖和大汊湖营养状态为中营养,其它点位均为轻度富营养;(4)位于南部的象湖、常湖、白沙湖和大汊湖水质整体较其它蝶形湖泊差,主要是受到工业废水、生活污水和农业面源污染的赣江和饶河的污染输入影响所致。基于以上调查测试结果提出保护和改善鄱阳湖水环境的可行性措施,以促进鄱阳湖蝶形水域水资源的开发利用,实现经济与环境及资源的协调可持续发展。     

临沂水源地水库沉积物重金属分布、来源及生态风险评价

水源地沉积物重金属对生态环境和供水具有极大的潜在危害,一直是水资源保护研究中的热点科学问题.本研究选取临沂市3个水源地水库开展8种重金属(Cr、Cu、Cd、Ni、Pb、Zn、As和T1)的监测和研究,分析其污染及空间分布特征,利用地累积指数法和潜在生态风险指数法开展污染状况评价,并利用主成分分析法(PCA)和相关分析法对沉积物重金属进行源解析.结果 表明:3个水库沉积物重金属Cr、Zn和Pb均严重超过山东省土壤环境背景值;云蒙湖Cd轻度超标;许家崖水库沉积物重金属Cu严重超标.地积累指数法与内梅罗综合指数法评估结果显示,3大水库Zn为中度污染,云蒙湖Pb为偏中度污染,其余重金属无污染或污染较轻.生态风险指数法(RI)评估结果显示,跋山水库、云蒙湖、许家崖水库总体的RI平均值分别为52.05、59.75、61.92,三大水库均处于低度风险水平.统计分析表明研究区域沉积物中重金属主要来自自然源(36.5％)、农业生产(26.1％)、水产养殖(13.7％).     

基于粗糙 信息熵的水质综合评价方法

水质综合评价是水环境治理的指导性工作,水质综合评价的信息量大,情况复杂多变,如何有效的提取有用信息以及客观地对各水质指标进行权重设定,一直是水质评价方法的核心难题。粗糙集理论是一种有效的处理不确定性信息的方法,能够在复杂的水质数据中挖掘有效信息。针对粗糙集理论实践中所存在的信息丢失、以及在系统有序化方面的不足,应用信息熵真实反映属性重要程度的特点对其进行修正,得到了一个比较完善的粗糙 信息熵水质综合评价方法。该方法继承了粗糙集和信息熵直接从数据出发进行信息挖掘的特点,较好地克服了传统水质评价方法主观性强的缺陷,同时还能够对同级水质进行细化分级,这对于污染治理、投入评估具有重要的借鉴意义。将粗糙 信息熵法和综合指数法、模糊数学法、层次分析法所得结果进行比较,结果证实该方法不仅评价过程简单明确,评价结果客观丰富,而且评价结果的精度和可靠性都有较大提高。其研究结论对水质监测数据的评价有一定的借鉴作用,亦对河流水污染防治对策的制定具有一定的指导意义     

基于水电梯级开发的河流生态健康研究

为进一步了解水电开发对河流健康的影响,本文以雅砻江下游水电梯级开发为例,构建河流健康评价指标体系,选择无人为干扰和干扰较小的河流为参照,以指标变化率衡量水电梯级开发前后河流受扰动程度,分别采用综合评价法和赋值评分法进行了定量评价。综合评价结果显示,雅砻江下游河段的综合健康指数为0.71,该研究区域在丰水期、平水期和枯水期的综合健康指数分别为0.74、0.70和0.69,均处于亚健康状态;赋值评分法结果显示建库前的河流健康指数(River health index,RHI)为19.1,等级为健康,建库后为14.3,等级为亚健康,两种方法评价结果基本一致。本文以期完善河流健康评价体系,并为生态修复提供依据。     

三峡工程对洞庭湖水环境质量的影响

通过实地调查与水样检测,运用BP神经网络模型、湖泊富营养化评价法以及Shannon-Weaver指数分别评价了三峡工程蓄水前后典型年(1986、1991、1998、2004、2006和2010年)洞庭湖水环境质量、营养化水平和水生生物状况。结果表明:三峡水库蓄水后,典型年洞庭湖水质总体变差,各断面水质超标率有明显上升,呈现以氮、磷污染为主并伴有有机污染的特征;营养化指数有上升趋势,东洞庭湖2008~2010年综合营养指数超过50,出现轻度富营养;隐藻门代替硅藻门成为洞庭湖浮游植物优势种,其生物多样性下降;东洞庭湖底栖动物优势种为梨形环棱螺,而苏氏尾鳃蚓成为西、南洞庭湖的优势种,其种类和密度呈波动下降的趋势。影响洞庭湖水质的因素除了"三口"、"四水"污染物聚集和湖区生活污染、面源污染外,三峡水库运行后入湖水沙量大幅减少以及土地利用格局变化也是其关键。     

基于层次分析法的城市河流生态修复评估

城市的发展改变了许多河流的自然水文环境,并导致河流生态系统中水质、物理生境和生物完整性下降。评估受损河流水体修复的效果,需要结合物理、化学的参数,以及对生物结构、多样性和过程的影响。构建了包含河流水力、水质、水生生物、河岸带及物理结构5个方面15个指标的城市河流生态修复评估指标体系,运用群组决策的层次分析法(AHP),确定了各指标的权重,重要性排序前5位依次为：水质污染指数、鱼类IBI、水源补给量、藻类多样性、透明度。并以我国南方城市岐江河整治修复状况为例进行综合评价,结果表明,河流生态系统修复评估结果为可以接受,体现了河流整治工程使河流水质、生态的状况有所改善,但河流生态系统恢复需要较长的周期,修复初期生态系统仍处于受损状态。〖     

浙江青山水库浮游植物群落结构变化及与环境因子的关系

于2009年按季度对浙江省临安市内的青山水库进行调查,测定了水体环境因子、浮游植物群落,采用营养状态指数法对水库水质现状进行了分析和评价,并探讨了浮游植物与环境因子之间的关系。结果表明:青山水库处于轻度富营养化和中度富营养化之间,水库入库处营养状态综合指数高于库中和大坝处。调查期间共发现浮游植物7门40属89种。不同季节浮游植物主要优势种类不同,春季以硅藻、隐藻和甲藻为主,夏季以蓝藻和绿藻为主,秋季以蓝藻、硅藻和隐藻为主,冬季以硅藻和隐藻为主。相关分析表明,青山水库浮游植物密度与出入库流量和透明度呈显著负相关,与总磷呈显著正相关。典范对应分析(CCA)表明,出入库流量、水温、溶解氧和营养盐是影响水体浮游植物分布格局的重要环境因子。     

基于线性变换的水质综合评价方法

对于多个因子的水质综合评价存在很多不同方法,尚未形成公认的权威评价方法。因而,对水质综合评价方法进行探索有利于积累研究经验,丰富方法手段。在把数据向[0 1]区间标准化的基础上,通过线性空间变换,把水质样本数据与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)数据转换到同一线性空间。计算水质样本数据向量与5类水质划分等级标准数据向量的欧式距离,把欧式距离的最小值作为水质类别辨别的依据,最终得到水质的综合评价结果。借由已经公开发表的19个断面水质监测数据,运用大型工程计算软件Matlab 2010b进行计算,并与变权欧式距离模型、灰色聚类法、模糊综合指数法和BP神经网络法的评价结果相比较,符合性较好,验证了线性空间变换法应用于水质综合评价的科学性和合理性。方法可用于水质综合评价。在不对污染因子进行加权的情况下,基于线性变换的水质综合评价方法,获得的评价结果较轻。对于被评价为同一类水质的不同监测断面,可以借助"评价单元与5级水质标准的欧式距离矩阵",对评价单元水质差异进一步辨识。