基于主成分分析法的现有水质评价体系改进探讨

针对中国现行的单因子评价法存在水体过保护问题,在系统分析765个国控河流断面水质状况的基础之上,提出利用主成分分析法(PCA)首先识别河流主要污染指标、再以单因子评价法对主要指标进行水质评价的联合应用方法。将单因子评价法、PCA-单因子评价法的评价结果进行比较,两种方法对河流主要污染指标的识别较一致;将PCA和单因子评价法联合应用于水质评价,能更真实、客观地反映河流水质状况,有利于作出科学管理决策。     

城市河流水质常规评价技术研究

运用综合水质标识指数法,对我国河流水质评价面临的关键技术问题,包括水质评价方法、水质评价项目,水质级别评价,水环境功能区达标评价、水质定性评价、河流及水系整体水质比较、水质随时间和空间变化等作了明确界定,并介绍了在上海河流水质评价中的应用。     

南四湖入湖河口水质综合分析与改善效果评估

南四湖是南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊,随着通水时间的临近,南四湖入湖河流的水质状况更加受到关注.通过对4次南四湖水质空间分布35个入湖河口的监测数据的统计比较和污染负荷量分析,在分析计算平均综合污染指数和等标污染负荷的基础上,进行不同河流的污染状况比较和水质改善效果评估.研究表明,2010-2011年南四湖入湖河口水质平均综合污染指数(1.56)比2006-2007年(2.73)下降了42.9％,重污染河流由12条减少为3条;南四湖入湖污染负荷总量削减率总体达到了66.0％,入湖污染负荷量分布75％以上集中在主要排污河流,南四湖流域的污染物以TN为主;南四湖的重污染河流为房庄河、老运河和洸府河,10条主要排污河流为老运河、洸府河、东鱼河、房庄河、泗河、洙赵新河、白马河、薛城小沙河、新薛河、新万福河,这些河流是南四湖流域治污的重点.     

广西龙江底栖硅藻水质生物监测方法

2013年9月份龙江流域设20个采样点,综合采用硅藻多样指数法、硅藻指数法、硅藻生态类群评价法以及理化指标验证法,结合GIS技术对龙江水质进行评价,并提出了基于硅藻指数的水质比较评价的DIR法。结果表明,9月份,龙江流域水质总体处于中偏好水质标准;河流水体上游水质好于下游,支流好于干流;其中,下板六水电站、环江水文站、刘三姐乡、下江坝村、安马乡水质很好,而三岔镇、拉浪乡和大湾村水体水质很差。发现多样性指数法不适合龙江水质的评价,各种评价方法各有特点,为了研究的科学性和实用性,各种水质评价方法的联合采用是必要的。     

滇池入湖河流“十一五”综合整治效果分析

滇池是中国“三河三湖”治理的重点湖泊之一,是中国著名的高原淡水湖泊.“十一五”期间,昆明市政府加大对滇池入湖河流的综合整治力度.纳入水质监测的29条主要入湖河流中,通过分析综合污染指数和有机污染指数,评价“十一五”期间的入湖河流水污染综合整治效果.结果表明,经过大力整治,滇池大部分主要入湖河流的水质改善明显,综合污染指数和有机污染指数均大幅下降,河流污染整治效果显著;但部分河流的综合污染指数和有机污染指数仍明显升高,河流水质有进一步恶化趋势,入湖河流综合整治工作仍任重而道远.     

承德市滦河流域输入响应模型应用研究

以承德滦河流域为案例研究区域,初步构建了流域输入响应模型。基于规划污染治理情景,分析了污染治理项目对流域水质改善效益。结果表明,污染源全部治理后,控制断面COD下降幅度为7.84mg/L,水质由《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类改善为Ⅱ类,污染源治理效果明显。各治理项目产生的环境效益能为项目的优选提供一定的科学依据。     

湖泊富营养化治理成效阶段水环境特征研究——以贵阳市饮用水源地红枫湖为例

红枫湖是贵阳市重要的生活饮用水源地,20世纪90年代末期水体污染严重。从2008年开始进行综合治理,2011年起进入治理成效阶段。为了对治理成效期的水质状况有全面了解,为进一步污染治理和生态调控提供科学依据和对策,利用富营养化指数法和主成分分析方法对2011—2013年水体富营养化状态特征进行研究分析。结果表明:(1)在监测期,红枫湖始终保持中营养状态不变,但呈现逐年减弱的趋势,水质达标率逐年升高。(2)全湖的综合营养状态指数存在明显的时空异质性。(3)影响红枫湖水体质量的主控因子为叶绿素a、pH、透明度、总磷和高锰酸盐指数,总氮对其影响不显著。(4)在下一步治理中,继续加强外源性治理的同时,须加强水体内源性污染的治理工作,促进水质进一步好转。     

淮河中上游轮虫群落结构分析及水质评价

轮虫作为水体污染的指示生物之一,其数量和种群组成可以用来评价水体的水质情况;但是,目前淮河流域水质评价仍以常规的理化指标评价为主,缺乏利用轮虫评价河流水质方面的研究。2012年12月和2013年7月,对淮河中上游10个生态监测点进行现场调查,获取轮虫种类、密度及水体理化指标等;利用生物多样性指数和综合营养状态指数分析水体污染和营养化状况,并利用Canoco软件分析轮虫群落结构与环境因子的关系。结果表明:研究期间共获得轮虫46种,其中污染指示种36种;各生态监测点具有不同的优势种群;总磷(TP)、化学需氧量(COD)和总氮(TN)是轮虫群落结构的共同环境影响因子;总体上水质从冬季到夏季有恶化的趋势,营养化程度有增加的趋势。研究工作可为淮河生态环境评估以及与富营养化密切相关的其他污染问题研究提供基础资料和依据。     

基于感官指数的城市水体景观功能评价

针对城市水体以景观功能为主的典型特点,以及与此对应评价方法的缺失,以昆明翠湖为研究对象,提出了基于感官指数的城市水体景观功能评价方法。选择反映藻类繁殖状况的总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素(Chl-a)和反映感官性状的透明度(SD)等4个单一指标综合为感官指数,作为景观水质评价因子,结合国内外现有水质标准中涉及到的4个指标的标准值,建立适宜的景观水质评价标准。采用灰色聚类分析法对第三方水质监测数据和指标标准值进行数学解析与拟合。结果表明,该方法的评价结果能很好的反映水体的景观功能现状,并能有效研判同一水体不同区域的景观水质现状,为污染源的解析提供依据。研究成果为城市水体景观功能水质状态评价提供了新的方法和典型案例。     

北京市区人工湖水质时空变化特征及水污染防治对策探讨

以北京16个人工湖的水质资料为基础,参考单因子水质标识指数法进行水质评价,分析北京市区人工湖水质的时空变化特征及其主要影响因素。结果表明:(1)位于北京市区北部、西部和中部的人工湖水质可满足一般景观用水水质要求,而东部、南部的人工湖水质状况则尚需进一步改善。(2)不同行政区人工湖水质指数平均值为:海淀西城东城朝阳。(3)蓄水量大的人工湖对污染物的稀释作用更显著,湖体自净能力也相应增加。(4)改善北京市区人工湖水质的途径主要包括避免雨水地表径流直接污染水体、优化驳岸设计、提高污水处理厂出水水质和建立较完善的水生动植物生态系统。     

密云水库上游河流底栖动物群落结构与水质评价

于2013年5月至10月对密云水库上游河流中大型底栖无脊椎动物(以下简称底栖动物)进行了采样调查。结果表明,采集到的底栖动物隶属于4门10纲16目45科,其中以节肢动物种类最多,占总数的80%,且水生昆虫占总数的67%,出现频率最高的是节肢动物门蜉蝣目蜉蝣科的昆虫,出现频率达87%;从分布来看,白河流域采集到的底栖动物种类最多、密度最高,而潮河流域采集到的底栖动物生物量最大;以底栖动物为指示生物的水质评价结果显示,密云水库上游河流中50%采样点的水质为Ⅰ级(清洁),其余50%为Ⅱ级(轻微污染),水质整体较好,与现场生境调查和水质监测的结果相吻合。     

暗渠段对城市河流水环境的影响

河道暗渠化是影响城市建成区河流黑臭水体治理的重要因素,为探究河道暗渠化对城市河流水环境的影响,以深圳市龙华区观澜河流域主要支流暗渠为研究对象,通过现场勘查并结合暗渠段水质分析,探讨了暗渠段主要环境问题,并分析了暗渠对河流水质的影响。结果表明:暗渠段对城市河流水质的影响是显著的,主要污染物为氨氮和总磷;污染最为严重的塘水围氨氮的平均值为22.29 mg·L~(-1),为重度黑臭水体氨氮标准(15 mg·L~(-1))的1.49倍,而其氧化还原电位的平均值为-154 mV,远低于轻度黑臭水体标准(50 mV),其中最低值为-190 mV,接近于重度黑臭水体的标准值(-200 mV)。在明渠-暗渠-明渠分布的空间格局中,暗渠内淤泥的大量累积、垃圾的清理不及时、污水排口的封堵不彻底等是造成暗渠段水质恶化的主要原因。在工程解决措施上,应结合区域城市发展规划,遵循"定位、揭盖、加窗、联涵、疏泥"十字方针,通过顶层覆盖物拆除或开窗、挡墙拆除或加固、污水收集与处理、淤泥与垃圾的清除等工程措施实现暗渠段污染的消除。以上研究结果可为城市河流黑臭水体治理和河流暗渠环境综合整治提供参考。     

太湖西岸水质变化趋势及主要驱动因子

基于2009—2015年太湖西岸10个监测断面的8个水质指标数据,采用季节性Kendall检验法对其指标的浓度变化趋势进行分析,并用主成分分析法结合相关分析评价历年水质状况,分析影响太湖西岸水质的主要驱动因子。结果表明:(1)2009—2015年太湖西岸COD下降趋势显著,DO非显著上升,电导率、高锰酸盐指数、BOD5、氨氮、TP和TN均表现为高度显著下降趋势。(2)主成分分析从原始信息中提取出两个主成分,共解释了73.645%的结果,分别代表水质氮磷营养盐和有机污染。综合得分表明,2009—2015年太湖西岸水质呈逐年改善趋势。水质污染在空间上表现为北部向南部递减的趋势。(3)相关分析表明,氨氮和COD是影响该区域水质的主要驱动因子。     

基于分类别评价方法的水源地水质污染特征分析

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中水质指标分类控制要求,对其中的基本项目采用灰色关联加权法,对水源地补充、特定项目应用单因子评价法,由此提出一种水源地水质污染变化特征综合分析的新方法,并以贵州省盘县白河沟水库饮用水源地2005、2008、2011、2013年水质监测数据进行综合评价和污染变化特征实证分析。采用分类别法评价的结果表明:2005—2013年,白河沟水库基本项目所有监测因子和超标因子均表现为水质持续提高的趋势;2005、2008、2011、2013年所有监测因子的水质综合评价结果分别处于GB 3838—2002的Ⅱ、Ⅱ、Ⅱ和Ⅰ类,超标因子分别处于Ⅴ、Ⅳ、Ⅳ和Ⅲ类;水源地补充、特定项目中,硝酸盐氮、铁、锰污染经治理后达标,而苯并芘超标2.5~1.0×10~3倍,仍然是白河沟水库的污染特征因子。     

中小流域总磷污染模拟及控制对策研究

利用QUAL2K水质模型模拟四川省北部某中小流域主要污染物总磷的沿程变化情况,根据该流域污染特征,提出调整工业布局、补充河流源头水量、生活污水处理设施提标升级及农业畜禽养殖废水截污4种水污染治理措施,并在上述措施实施的基础上进行优化,从而为该流域水质改善制定合理的方案。研究结果显示,QUAL2K水质模型具有较好的模拟精度,模拟值与实测值的相对误差保持在15%以内。4种水污染治理措施的效果为补充河流源头水量农业畜禽养殖废水截污生活污水处理设施提标升级调整工业布局。在上述措施综合实施的基础上进一步优化,5个工业园区总磷入河量共削减32.8t/a时,该河流下游断面的总磷质量浓度降低至196μg/L,可以达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类标准。     

补水景观湖水生态系统构建对水质的影响及因子分析

以广州市最大补水人工景观湖白云湖水生态系统构建示范区为对象,利用综合污染指数评价了以沉水植被构建为主的修复措施对示范区水体水质改善的影响,并应用因子分析法对各水质指标和生态因子之间的相互关系进行了研究。综合污染分析结果表明,恢复沉水植物后,示范区水体各项污染物浓度大幅降低,水质从V-劣V类提高到III-IV类,水体综合污染状态由严重污染改善为轻污染。因子分析显示,10项水质指标可划分为四类主因子来反映水质状况,其中,第一主因子主要反映水体营养盐指数,第二主因子反映水体有机污染指数,第三主因子反映温度变化对水质的影响,第四主因子反映水体的酸碱度;综合评分结果说明了生态系统构建后水质综合评分可大幅降低,且月评分结果呈现温度越高、水质越优的特点,水体特征呈现向草型水体发展的趋势。上述结果表明,水生态系统构建可有效改善示范区水质,是保障城市河道补水水源安全的有效方法。     

基于聚类分析和水质标识指数的水质评价方法

为探讨一种适用于大尺度、多断面和长时间的水质评价方法,用层次聚类分析将2006~2008年海河5个监测断面的165个水质样本分为20组,并用方差分析验证了结果的可靠性。用综合水质标识指数表示水质样本的综合特征,与单因子评价法相比,该方法充分考虑了最差水质因子的影响,避免了单因子评价法以偏概全的缺陷,且分辨率高。将评价结果分解到各断面,结果表明:密云水库、官厅水库和于桥水库的水质处于II~III类水之间,可满足作为饮用水水源水的要求,三岔口断面大部分时间为IV~V类水,张家口八号桥断面全年有6个月以上水质属于劣V类。     

拉萨河水体中Cu与Zn含量、分布特征及生态风险评价

采用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法和健康风险模型评价了拉萨河16个采样点水样中Cu和Zn导致的污染风险和健康风险。结果表明，Cu和Zn平均质量浓度分别为3.95、4.32μg/L,在国内外河流中属于较低水平。除下游3个采样点外，Cu和Zn浓度均符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅰ类水质标准。Cu和Zn变异系数分别为1.26和0.93,表明它们具有明显的空间差异，人为因素影响较大，局部可能受到某些污染源(矿山和冶炼厂产生的选矿废水及工业污水和生活“三废”的排放)的强烈影响。在空间分布上，Cu的高浓度区域分布较集中，而Zn的高浓度区域分布则较分散。内梅罗综合污染指数结果表明，拉萨河各河段为中低污染水平，下游污染情况比中游和堆龙曲支流更严重。拉萨河水体由Cu和Zn引起的健康风险总体处于安全水平，但要对Cu浓度偏高的区域加强监测与管理。     

南苕溪支流锦溪水质时空变化特征分析

综合运用灰色聚类法、综合污染指数法、等级聚类法就南苕溪支流锦溪近年水质时空变化特征进行分析。结果表明,锦溪入青山水库断面水质2005—2009年逐年改善,2007年后达到灰色聚类等级Ⅲ类水质要求;2009年秋季至2010年夏季期间秋、冬两季的污染程度高于春、夏季节;枯水期综合污染指数最高,但TN、TP污染分指数在丰水期最高,表明污染源中面源污染已占相当比例。空间变化方面从玲珑桥到江桥锦溪水质的综合污染指数不断提升,到江桥时达到极值13.25,锦溪末端三眼桥断面水质较江桥断面有所改善;SPSS空间聚类分析可分为轻污染区(从玲珑桥到冬韵桥)、重污染区(从群利桥到江桥)和中度污染区(从江桥到三眼桥)。锦溪上游农业区对河水中的COD、TN和TP的贡献率分别为66%、54%和49%,农业面源污染已成为制约锦溪水质改善的主要因素。     

模糊综合评价在天然水体水质评价中的应用研究

采用模糊数学方法,对河网地区面源污染影响较大的代表性河流的水质状况进行综合评价研究。根据监测断面水质污染特点,确定了8个指标作为评价因子,建立了评价因素矩阵,计算出影响因子的权重。在此基础上,提出了模糊综合评价的水质级别,证明该河网地区的污染物主要是氮、磷和有机物。