水源地水質評價模型研究

畢業(yè)設計（論文） 專專 業(yè)業(yè)： 環(huán)環(huán)境境工工程程 題題 目目：水水源源地地水水質質評評價價模模型型 研研 究究 作作 者者 姓姓 名名： 崔振華崔振華 學學 號號： 專專 業(yè)業(yè) 班班 級級： 環(huán)環(huán)境境工工程程 0 07 72 2 班班 導導師師及及職職稱稱 ： 張張明明 導師所在單位：導師所在單位： 安徽工程大學安徽工程大學 2011 年 6 月 10 日 安徽工程大學 本科生畢業(yè)設計（論文）任務書 2011 屆 生物化學工程 院 環(huán) 境 工 程 專業(yè) 學生姓名：崔振華 畢業(yè)設計（論文）題目 中文：水源地水質評價模型研究水源地水質評價模型研究 英文：Water source water quality evaluation 畢業(yè)設計（論文）任務內容 畢業(yè)論文任務要求完成以下四方面的工作內容： （1）實現(xiàn)一種評價方法【可在投影尋蹤法，模糊綜合評價法，灰色評價，熵值評價等方 法中選擇一到兩種】； （2）理解評價標準中各評價指標的含義，并將其無量綱化； （3）用附件論文中數(shù)據(jù)評價求解； （4）分析評價結果，制定相應對策和解決措施； （5）按學校畢業(yè)論文要求完成畢業(yè)論文。 指導教師（簽字） 教研室主任（簽字） 批 準 日 期 接受任務書日期 完 成 日 期 接受任務書學生（簽字） 摘摘 要要 隨著工業(yè)化的發(fā)展，水源地附近的工廠越來越多，農藥灌溉量也是越來越 增加，對水源地安全的威脅也越來越大。為使源頭清水來，讓人民群眾喝上放 心水，一度成為先進社會關注的熱點問題之一。水源地評價方法的研究開發(fā)也 是日新月異，進而選取適當?shù)脑u價方法針對群眾所需要探究的水源地水質問題 也成為一重大問題。 現(xiàn)今階段我國和國外都在才用什么方法應對水源地水質的評價問題？當前 的各種評價方法存在什么樣的問題？如何從不同的評價方法中選擇適合當前水 源地水質評價的方法？或者如何選擇一種適合各種水源地水質評價的方法是本 文研究的對象。在研究一系列當前的水質評價方法后才能得出較好的選擇。評 價不是最終結果，給予評價是為了針對評價數(shù)據(jù)制定對應的水源地保護措施， 這才是評價的最終目的。 本文通過灰色關聯(lián)評價法-熵值法-水質指數(shù)評價法這種組合評價法的對一 水源地水質的各項指標進行計算對比，用數(shù)值進行客觀評價分析，并對于不同 的水源存在的各種問題進行對應求解，指導水源地保護，有效遏制水源的惡化。 關鍵詞關鍵詞：水源地水質、評價模型、熵值法、灰色關聯(lián)法、水質指數(shù)法 Abstract With industrialization, the factory near the water more and more irrigation is more and more pesticides increased threat to the security of water sources is also growing. To make the source of water and let the people drink safe water, once into an advanced one of the hot issues of social concern. Water source evaluation of research and development is rapid, and then select the appropriate evaluation methods needed for people to explore the source water quality has also become a major problem. Stage of our country and abroad, cash-only method used in response to the evaluation of source water quality? A variety of evaluation methods currently what kind of problems? How to choose a different evaluation methods for evaluation of the current method of source water quality? Or how to choose a variety of water sources for water quality assessment method is the object of this paper. A series of current water quality in the study after evaluation in order to obtain a better choice. Evaluation is not the final result, given evaluation data for the evaluation is to formulate corresponding measures to protect water sources, this is the ultimate goal of the evaluation. This evaluation by Grey - entropy - Water Quality Index Method evaluation of this combination of a water source to calculate the various indicators of water quality compared to an objective evaluation of numerical analysis and for the existence of a variety of different sources the corresponding problem solving, guiding water source protection, effectively curb the deterioration of water sources. Key words: source water quality, assessment model, entropy method, the gray relational analysis, water quality index 目目 錄錄 摘摘 要要IV ABSTRACTV 目目 錄錄VI 圖表目錄圖表目錄.VIII 引言引言- 2 - 第第 1 章章緒緒 論論.- 3 - 1.1研究背景及意義研究背景及意義- 3 - 1.1.1研究背景- 3 - 1.1.2研究意義- 3 - 1.2國內外研究現(xiàn)狀國內外研究現(xiàn)狀- 4 - 1.3本文研究的主要內容本文研究的主要內容- 5 - 1.4研究技術路線研究技術路線- 5 - 第第 2 章章指標及方法的應用指標及方法的應用.- 7 - 2.1 水源地水質指標水源地水質指標 - 7 - 2.1.1羅斯（Ross）水質指數(shù)- 8 - 2.1.2布朗（Brown）水質指數(shù).- 9 - 2.1.3水環(huán)境質量現(xiàn)狀評價標準表- 10 - 2.2目前以上三種方法的單獨應用目前以上三種方法的單獨應用- 11 - 2.2.1灰色關聯(lián)評價法- 11 - 2.2.2熵值法- 13 - 2.2.3水質指數(shù)評價法- 14 - 2.3選定組合方法進行水質評價選定組合方法進行水質評價- 15 - 2.3.1灰色關聯(lián)法和熵值法結合的前評價- 17 - 2.3.2水質指數(shù)法發(fā)現(xiàn)問題- 19 - 第第 3 章章問題、模型與求解問題、模型與求解.- 20 - 3.1德勝河近德勝河近 12 個月的水質監(jiān)測情況個月的水質監(jiān)測情況- 20 - 3.2模型的建立模型的建立- 20 - 3.3模型的求解模型的求解- 20 - 3.3.1計算熵權（本文用 excel 計算） .- 21 - 3.3.2灰色關聯(lián)法- 22 - 3.3.3水質指數(shù)法- 23 - 3.4德勝河未來水質污染發(fā)展趨勢的預測分析德勝河未來水質污染發(fā)展趨勢的預測分析- 24 - 3.4.1水質污染的重點月份和主要成分- 24 - 3.4.2指導該水源地的保護- 24 - 第第 4 章章結論與展望結論與展望.- 26 - 參考文獻參考文獻- 27 - 致謝致謝- 29 - 附錄附錄 1：題錄：題錄.- 30 - 附錄附錄 2：外文文獻翻譯：外文文獻翻譯.- 33 - 表格表格清單清單 表 2-1 各評價參數(shù)權各評價參數(shù)權重重16 表 2-2 水質指數(shù)各參數(shù)的評分尺度水質指數(shù)各參數(shù)的評分尺度16 表 2-3 9 9 個參數(shù)的重要性評價及權重系數(shù)個參數(shù)的重要性評價及權重系數(shù)16 表 2-4 地表水質評價標準（單位：地表水質評價標準（單位：MG/L，臭和色度除外），臭和色度除外）.17 表 2-5 各級參數(shù)的分值及評價總分值各級參數(shù)的分值及評價總分值17 表 2-6 評價總分值評價總分值18 表 2-7 2008 年我國南方某市年我國南方某市 3 個飲用水水源地水質監(jiān)測結果統(tǒng)計個飲用水水源地水質監(jiān)測結果統(tǒng)計.23 表 2-8 20082008 年我國南方某市年我國南方某市 3 3 個飲用水水源地水質評價結果（改進的水質指個飲用水水源地水質評價結果（改進的水質指 數(shù)法）數(shù)法）23 表 2-9 綜合評價標準和水質分級指數(shù)綜合評價標準和水質分級指數(shù)23 表 2-10 灰色系統(tǒng)評價法處灰色系統(tǒng)評價法處理理結果結果25 表 3-1 巢湖市德勝河飲用水源地水質監(jiān)測結果巢湖市德勝河飲用水源地水質監(jiān)測結果 單位：單位：MG/L（PH 值除外）值除外）27 表 3-2 綜合評價標準和水質分級指數(shù)綜合評價標準和水質分級指數(shù)29 引言引言 GB3838 2002地表水環(huán)境質量標準中規(guī)定:“地表水環(huán)境質量評價應 根據(jù)應實現(xiàn)的水域功能類別,選取相應類別標準,進行單因子評價,評價結果應說 明水質達標情況,超標的應說明超標項目和超標倍數(shù)” 。 目前,國內外的水質評價方法很多,一般常用方法有:直接用相關標準評價、 指數(shù)法和分級評價法等。近年來隨著科技的發(fā)展,開發(fā)了一些新的評價方法,如 基于層次分析的水質評價方法、基于模糊理論的水質評價方法、基于灰色理論 的水質評價方法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的水質評價方法等。然而大多數(shù)方法都存 在著各自的缺點，針對不同的水源地不能完全適用。制定和選擇一套評價方法 適合大多數(shù)水源地的評價勢在必行。 第第 1 章章 緒緒 論論 1.1 研究背景及意義研究背景及意義 1.1.1研究背景研究背景 隨著我國工農業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展, 嚴重超標的廢水、廢物和廢氣的排放越 來越多, 飲用水水源污染日趨嚴重。我國飲用水來源主要以大的河流湖泊為主。 然而, 據(jù)水利部門統(tǒng)計, 全國七成以上的河流湖泊遭受了不同程度污染。在我 國長江、黃河、淮河、海河和珠江等七大水系中, 已不適合做飲用水源的河段 接近40%; 城市水域中78%的河段不適合做飲用水水源。目前, 據(jù)水利和衛(wèi)生部 門的初步調查, 我國農村有3 億多人飲水不安全, 有1.9 億人飲用污染水, 水 中有害物質含量超標。 飲用水水源污染所帶來的飲用水安全問題越來越不容忽視。因此溫家寶總 理在政府工作報告中提出要加強環(huán)境保護和生態(tài)建設, 要抓緊解決嚴重影響人 民群眾健康安全的環(huán)境污染問題, 讓人民群眾喝上干凈的水、呼吸清新的空氣, 有更好的工作和生活環(huán)境。由此可見飲水水源地安全問題已引起黨和國家的高 度重視。 1.1.2研究意義研究意義 我國目前對水源地保護尚未高度重視，導致水源地的保護一直存在缺陷， 主要體現(xiàn)于下： ( 一一) 我國現(xiàn)在還沒有對飲用水水源地保護的綜合性法律法規(guī)我國現(xiàn)在還沒有對飲用水水源地保護的綜合性法律法規(guī), 這是其主要缺陷這是其主要缺陷 之一之一 飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定( 1989) 是我國現(xiàn)今唯一一部最 為集中規(guī)定飲用水水源地保護的法規(guī), 但由于制訂年代較早, 法規(guī)級別較低, 內容過于粗糙, 只能對我國這方面的保護起到一種指導作用?？梢娢覈F(xiàn)在并 沒有專門的飲用水水源地保護法, 相關法律法規(guī)也較為松散, 缺乏系統(tǒng)性和整 體性。 ( ( 二二) ) 我國對于兩類污染處罰力度較小我國對于兩類污染處罰力度較小 水污染防治法第 49 條的規(guī)定:“違反本法第 20 條第 4 款規(guī)定, 在生 活飲用水地表水源一級保護區(qū)內新建、擴建于供水設施和保護水源無關的建設 項目的, 由縣級以上人民政府按照國務院規(guī)定的權限責令停業(yè)或者關閉?！眱H 僅規(guī)定了“停業(yè)或者關閉”, 如何對相關責任人的處罰及違章建筑的處理方面 并無更加有力的規(guī)定。在水污染防治法第六章的其他條文中, 立法者將飲 用水水源污染所應承擔的責任統(tǒng)一歸到了水體污染責任中。眾所周知, 飲用水 水源地對于民生的影響是直接而重大的。如果將這方面的責任歸于一般的水體 污染中, 會弱化飲用水水源地的地位, 不利于對其進行完善的保護, 更不利于 加強人們對于飲用水水源地的保護意識。因此,很有必要將飲用水水源地這一水 體污染責任獨立出來加以加重處罰措施的規(guī)定。而中華人民共和國水法第 六十七條“在飲用水水源保護區(qū)內設置排污口的, 由縣級以上地方人民政府責 令限期拆除、恢復原狀; 逾期不拆除、不恢復原狀的, 強行拆除、恢復原狀, 并處五萬元以上十萬元以下的罰款?！蓖瑯哟嬖谥幜P較輕, 沒有體現(xiàn)出飲用 水水源地特殊性的問題。 飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定第十一、十二、十九條中明確禁 止了農業(yè)對于飲用水污染的幾種類型, 但也只是大體上進行了規(guī)定。比如在對 于二級保護區(qū)和三級保護區(qū)的農業(yè)生產(chǎn)過程中能否使用劇毒高殘留的農藥、大 劑量的化肥等并無明文規(guī)定。而且, 對于占中國人口絕大多數(shù)的農民來說, 農 業(yè)對于他們生存的意義非同尋常。飲用水水源地的存在客觀上對他們生活產(chǎn)生 了一定負面影響。如何對飲用水源地的農民進行補償, 從而促使其自覺自愿保 護飲用水, 在相關法律條文中并未提及。這也為飲用水水源地保護造成了一定 的難度。 水源地保護迫在眉睫，擁有一個有效的水質評價模型更是必要的！ 1.2 國內外研究現(xiàn)狀國內外研究現(xiàn)狀 1 我國現(xiàn)行水資源質量評價方法的科學性與合理性分析 第一次全國水質評價開始于1981年，而后水利部約每5年組織一次全國范圍 的水質評價，評價河長約10萬km。近幾年作為中國水資源公報的部分內容 向公眾發(fā)表。因第一次全國水質評價時尚無國家環(huán)境和資源水質標準可依，因 此根據(jù)各專項標準值綜合擬定了一個分5級的評價標準。其評價方法有單項評價， 采用年度時空均值與標準值比較的指數(shù)法；分類和河流綜合評價采用單項參數(shù) 的地圖重疊法（最差的參數(shù)賦100%權）以及按河長加權的水質指數(shù)算術均值法。 而后的全國水質評價雖在評價項目選定、分類、污染等級劃分等有所變動之外， 其思路和技術方法均沿襲了這一格局。 1983年后例行的水質評價更趨簡單化，采用了全部評價項目的地圖重疊法。 而評價方法的研究方面，主要集中在評價指數(shù)的數(shù)學處理上，幾乎用盡了全部 的數(shù)學手段，但在評價結果的合理性方面仍進展不大。人們十分關心我國現(xiàn)行 水資源質量評價方法的科學性和合理性。從評價結果的表達上看，地圖重疊法 將水質級別的空間分布表示的較為清楚、直觀。如果單元河長劃分的較為符合 實際的話，這種表達也有可取之處。國外有些國家如法國也用過此類表示方法 （尤其是地下水的區(qū)域分布圖等） 。但這種評價方法仍有許多不足之處。第一， 無論是單項評價還是分類評價都采用最差的項目賦百分之百權的單指標法，造 成了評價結果與實際的偏離。不同的項目對環(huán)境的影響是有差別的，如BOD、氨 氮等一般污染項目通過水體流動可以自凈，它們對環(huán)境的影響主要是耗氧。它 們與毒性物質對環(huán)境生態(tài)及人體健康的影響有著本質的差異。第二，單元河段 代表值選用年均值，后改中值也是有缺陷的。雖然中值克服了水質數(shù)據(jù)非正態(tài) 性分布的影響，但無論是用中值還是均值來判定其符合哪一類水都顯得過于粗 糙，這種所謂達標與否只有50%的把握，置信度太低。第三，由于水質評價標準 是全國一刀切的，許多重要的天然水化學組份只能棄之不用，造成評價結果失 真。顯然，像懸浮物、水溫和pH等項目在不同水域的自然背景值相距甚遠，無 法參與一刀切的評價，使水質評價作為度量環(huán)境生態(tài)變化的工具大打折扣。毒 性與硬度密切相關的重金屬由于各水域硬度差異很大，用全國一刀切的標準評 價也造成結果不合理。第四，現(xiàn)在約定俗成地把類水作為水質污染與否的分 界線（符合、類的為達標，否則為污染河段）是一種虛假的達標統(tǒng)計。 實際上有些河段，如源頭或自然保護區(qū)應按類管理，可是這種評價方法，該 河段如為、類也計為達標造成虛假結果。第五，現(xiàn)行的評價方法不能表征 同一水質類別內的水質優(yōu)劣以及缺少度量水量變化對水質影響的變量，使得河 流水量變化的影響不能得到合理的反映?？傊壳把赜玫乃Y源質量評價方 法有不少缺點，使我國的水資源質量評價與發(fā)達國家拉大了差距。 2 發(fā)達國家水質評價的思路和作法 發(fā)達國家，如美國的水資源質量評價是為了弄清如下問題： （1）有問題的水域在哪里，即水質的空間分布； （2）自然水質的變化如何，變化速率多大； （3）國家如果采取措施恢復變化了的水質應對哪些水域下手，即排出治理 的優(yōu)先序。主要工作內容為： （1）對水域進行盡可能全面的監(jiān)測。該監(jiān)測包括水體的三種介質：水柱 (可溶態(tài))、懸浮物和底質、水生生物。其監(jiān)測項目應含括無機痕量組份，有機 有毒物質，放射性及其水文因素。 （2）評價項目中天然水化學組份和人為污染組份并重。因為水質自然性狀 的變化是生態(tài)環(huán)境變遷的度量，其成因包括人們左右不了的因素，如火山爆發(fā)、 氣候變化等，也有人為長期作用而難以度量的因素如土地利用，植被退化，這 些生態(tài)環(huán)境變化必然反映在水質上。如水溫是區(qū)域生態(tài)（植被）水文（流量） 變化的晴雨表，pH是水體富營養(yǎng)化趨向的反映之一，懸浮物是區(qū)域士地利用和 土壤侵蝕的度量，糞大腸菌是溫血動物和人類密度變化的量度指標。 （3）在數(shù)據(jù)處理的技術方法上，多用統(tǒng)計學方法。因為他們認為水質數(shù)據(jù) 的最大特點是隨機性，所以數(shù)據(jù)應給出最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各 不同百分度的值及最大值，再與其相應標準值比較，就能得出達標不達標以及 達標的置信度有多大。 1.3 本文研究的主要內容本文研究的主要內容 本文研究一個組合水質評價模型，克服了國內目前使用的傳統(tǒng)的全國一刀 切的做法，使水質評價真正落實到了具體水域。該方法既能反映自然生態(tài)之變 遷，又能反映人為排放的影響。其分類評價又具有積木式組合拆卸結構，可進 行不同側面的對比。數(shù)字化的指數(shù)表征方式更直觀，易理解，也能區(qū)分同一水 質級別內的優(yōu)劣，初步實現(xiàn)了與國際接軌。 1.4 研究技術路線研究技術路線 現(xiàn)行的水質評價方法主要有單因子評價法、水質綜合污染指數(shù)法、模糊數(shù) 學法、基于灰色系統(tǒng)理論評價法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法等。以上幾種方法 都各有特點且均存在一定的局限性，其中：單因子污染指數(shù)只能代表一種污染 物對水質污染的程度，不能反映水體的全貌；綜合污染指數(shù)法是對整體水質作 出的定量描述，這樣的評價結果只能定性地說明污染程度是輕、嚴重還是非常 嚴重，不能確定其功能類別為幾類；模糊數(shù)學法采用線性加權平均極型得到的 評判極易出現(xiàn)失真、失效、跳躍等現(xiàn)象，存在水質類別判斷不準或結果不可比 的問題，可操作性較差；基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法對于協(xié)同性較差的樣本，評 價結果易出現(xiàn)均化現(xiàn)象。 由于影響水環(huán)境質量的因素不斷增多且不斷變化，因而水環(huán)境是一個具有 廣泛不確定性的系統(tǒng)。本人研究型應用確定的方法針對各種水源地進行系統(tǒng)分 析。首先是灰色關聯(lián)法做到簡單、定量可比；然后是熵值法客觀性判定水質質 量；兩種方法集合作出水源地水質的定向指標結果；最后是水質指數(shù)評價法發(fā) 現(xiàn)問題并解決問題。這樣一整套的方法來確定水質水量，并指導水源地的保護 工作。 可以用下圖 1 表示： 圖圖 1-11-1 研究路線研究路線 國內外研究文獻查閱 對各種研究方法進行分析 研究模型的討論分析 選擇并確定研究模型 舉例計算證明模型 利用模型解決本論文需 要研究案例 查閱資料了解各項水 質指標與國家法令 數(shù)據(jù)結果，指導該水源 地的保護工作 結論與展望 第第 2 章章 指標及方法的應用指標及方法的應用 2.1 水源地水質指標水源地水質指標 分為三種指標：感官性狀和一般化學指標、毒理性指標、細菌學指標 一、感官性狀和一般化學指標一、感官性狀和一般化學指標 1色度 飲用水的顏色是由于帶色有機物、金屬或高色度的工業(yè)廢水造成。 水色的存在使引用者不快甚至感到厭惡。衡量水中的色度用鉑鈷標準比色法， 規(guī)定相當于1mg鉑在1L水中所具有的顏色稱為1度。國標規(guī)定色度不超過15度， 并不得呈現(xiàn)其他異色。 2.渾濁度 渾濁度本身并不直接代表水的性質，而是綜合性地反映水的渾 濁程度，屬于感官性質。渾濁度用白陶土標準比濁法測定，相當于1mg白陶土在 1L水中所產(chǎn)生的渾濁程度作為一個渾濁度單位，用度表示。國標規(guī)定不超過3度， 特殊情況下不超過5度。 3.臭和味 國標規(guī)定飲用水不得有異臭、異味。測定水中臭氣沒有標準的 單位表示，一般常以水樣在40度及60度時測者的感覺用文字定性描述并以臭氣 強度表示。描述臭氣強度分為6級。味在強度上也分為6級 4.肉眼可見物 國標規(guī)定水中不得含有肉眼可見物。 5pH值 pH值是水中氫離子濃度倒數(shù)的對數(shù)值。是衡量水中酸堿度的一項 重要指標。 6.總硬度 含有鈣與鎂離子的水叫做具有硬度的水。水中鈣離子與鎂離子 含量的綜合叫做水的總硬度。水的硬度有分為暫時硬度和永久硬度兩種，總硬 度是這兩種硬度之和。國標規(guī)定：生活飲用水的總硬度不能大于450mg/L（以碳 酸鈣計） 。 7.鐵 鐵在天然水中普遍存在，是人體不可缺少的營養(yǎng)素。水中含鐵量在 0.30.5mg/L時無任何異味，達1mg/L時便有明顯的金屬味，在0.5mg/L時色度可 大于30度。國標規(guī)定：生活飲用水中含鐵不應該超過0.3mg/L。 8.錳 錳也是人體需要的微量元素之一。水中含錳量如超過0.15mg/L時， 水就會產(chǎn)生金屬澀味。毒性較小，國標規(guī)定不應超過0.1mg/L，是從感官和危害 角度提出的。 9.銅 水中含銅量達1.5mg/L時就會有明顯的金屬味，超過1mg/L的水，可 以使衣服器皿及白瓷器染成綠色。但銅也是人體需要的微量元素之一。國標規(guī) 定主要從感官出發(fā)，不應超過1.0mg/L。 10.鋅 當水中含鋅量達10mg/L時，水是渾濁的，在5mg/L時水中有金屬澀 味。國標規(guī)定不應超過1.0mg/L也是根據(jù)感官性狀要求制定的。 11.揮發(fā)酚類 酚分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚，水中含酚主要來自工業(yè)廢水污 染，特別是煉焦和石油的工業(yè)廢水，其中以苯酚為主要成分。國標規(guī)定：根據(jù) 感官要求，定為飲用水中揮發(fā)酚含量不應超過0.002mg/L。 12.陰離子合成洗滌劑 其化學性質穩(wěn)定，較難分解和消除，毒性極低。 國標規(guī)定為不應超過0.3mg/L。 13.硫酸鹽 硫酸鹽在天然水中普遍存在，但含量過高就會使水具有苦澀 味，且能使人腹痛、腹瀉、甚至便血。國標規(guī)定不應超過250mg/L。 14.氯化物 水中氯化物含量過高，使水產(chǎn)生令人厭惡的味道，長期飲用氯 化物含量過高的水還會引起高血壓、心臟病和嬰兒猝死，國標主要根據(jù)味覺考 慮規(guī)定為不應超過250mg/L。 15.溶解性總固體 水中溶解性總固體主要成分為鈣、鎂、鈉的重碳酸鹽、 氯化物和硫酸鹽等無機物。國標規(guī)定溶解性總固體不應超過1000mg/L。 二、毒理性指標二、毒理性指標 1.氟化物 氟化物在自然界廣泛存在，是人體正常組成成分之一。國標綜合 考慮飲用水氟含量對牙齒的輕度影響和氟的防蛀，以及對廣大高氟區(qū)飲水進行 除氟或更換水源所付的經(jīng)濟代價，規(guī)定飲用水中氟含量不得超過 1mg/L。 2 氰化物 水中氰化物有劇毒，氰化物使水呈杏仁氣味，其嗅覺濃度為 0.1mg/L。國標采用一定安全系數(shù)，規(guī)定飲用水中氰化物不得超過 0.05mg/L（以 游離態(tài)氰計） 。 3.砷 水中的砷化物有毒，國標規(guī)定不應超過 0.05mg/L 的安全標準。 4.硒 硒是人體必需的元素之一。但硒的化合物有毒，在人體內有明顯的 蓄積作用。 5.汞 汞是劇毒物質。汞化物分為有機汞與無機汞，無機汞中的氯化汞和硝 酸汞毒性較高，汞在人體內蓄積性高，殘毒性久，濃縮性大。國標規(guī)定不得超 過 0.001mg/L。 6.鎘 鎘是有毒元素，實用鎘污染的食物可能會蓄積與體內造成慢性中毒。 國標規(guī)定飲用水中鎘含量不超過 0.01mg/L。 7.鉻 鉻的化合物有二價、三價和六價，其中六價鉻毒性最大，可引起皮膚、 粘膜、肝、胃、腎、口腔、血液部分的疾患，并有導致肺癌的可能。國標規(guī)定 為不得超過 0.05mg/L。 8.鉛 鉛常隨飲水和食物進入人體，攝入量過多可引起中毒。世界衛(wèi)生組織 于 1972 年規(guī)定每人每周攝入鉛的總量為 3mg，當飲用水中鉛含量為 0.1mg/L 時 可能引起兒童血鉛濃度的增高，根據(jù)國內管網(wǎng)水含鉛量一般均低于 0.05mg/L 的 實際情況，國標規(guī)定鉛濃度不得超過 0.05mg/L。 9.銀 銀的主要毒性表現(xiàn)為皮膚、眼和粘膜著色，稱為銀質沉著癥。由于銀 一旦被吸收，就能長期保存在組織中。國標根據(jù)國外飲水中銀的限量標準，規(guī) 定飲水中銀的濃度不得超過 0.05mg/L。 10.硝酸鹽 硝酸鹽含量過高可引起嬰兒得變形血紅蛋白血癥，還可能引發(fā) 癌癥。國標定為飲用水中硝酸鹽氮含量不得超過 20mg/L。 三、細菌學指標三、細菌學指標 1.細菌總數(shù) 細菌總數(shù)是指一毫升水樣在普通瓊脂培養(yǎng)基中經(jīng)37度24小時 得培養(yǎng)所生長得各種細菌菌落總數(shù)。國標定為每毫升不超過100個。 2.大腸桿菌 水中所含大腸桿菌得數(shù)量，通常用大腸桿菌群來表示，其意 義為一升水中所含得大腸桿菌數(shù)。國標規(guī)定大腸桿菌3個/L，這在流行病學上是 安全的。 根據(jù)水的不同用途，擬定了相似的水質標準，作為計算水質指標的依據(jù)， 然后計算各種用途的水質指標值。 2.1.1羅斯（羅斯（Ross）水質指數(shù)）水質指數(shù) 羅斯在總結以前的水質指數(shù)的基礎上，提出了一種比較簡明的水質指數(shù)。 選擇懸浮固體、BOD和氨氮為評價參數(shù)。并分別給予權重，見下表。 表 2-1 各評價參數(shù)權重各評價參數(shù)權重 參數(shù) BOD 氨氮懸浮固體 DO 權重系數(shù) 3322 在計算水質指數(shù)時，先把各參數(shù)的測定值或相對污染值分成等級，然后按 等級進行計算。 其計算式為：WQI=分級值/權重值 規(guī)定WQI值用整數(shù)表示，這樣就將水質指數(shù)分成從010的11個等級，數(shù)值越 大，水質越好，各級指數(shù)可以進行如下分級：WQI=10，天然純凈水；WQI=8，輕 度污染水；WQI=6，污染水；WQI=3，嚴重污染水；WQI=0，水質類似腐敗的原污 水。 表 2-2 水質指數(shù)各參數(shù)的評分尺度水質指數(shù)各參數(shù)的評分尺度 懸浮固體BOD氨氮懸浮固體DO 濃度 （mg/L） 分級 濃度 （mg/L ） 分級 濃度 （mg/L） 分 級 濃度 （mg/L ） 分 級 濃度 （mg/L ） 分 級 01020023000.2309010510910 10201824270.20.5248090898 20401446240.51.0181051208686 408010610181.02.0126080464 8015061015122.05.061206142 1503002152565.010.0340604010 30002550310.0010402 254050 DO 飽和率 90% 64 1530 Mn COD 246 62050 揮發(fā)酚類 0.0010.0050.01 0.010.10.5 CN 0.010.050.1 0.10.52.0 Cu 0.0050.010.03 0.030.22.0 As 0.010.040.08 0.080.31.0 Hg 0.00010.00050.001 0.0010.010.05 Cd 0.0010.0050.01 0.010.050.1 6+ Cr0.010.020.05 0.050.21.0 Pb 0.010.050.1 0.10.31.0 石油類 0.050.30.5 0.55.020 氨氮 0.30.51.0 50000 表 2-5 各級參數(shù)的分值及評價總分值各級參數(shù)的分值及評價總分值 級別參數(shù)的分值評價總分值 第一級（）10145150 第二級（）9135144 第三級（）8120134 輕污染（）6110119 中污染（）390109 重污染（）11589 表 2-6 評價總分值評價總分值 級別評價總分值級別評價總分值 9194 6974 8490 5668 7583 955 2.2 目前以上三種方法的單獨應用目前以上三種方法的單獨應用 2.2.1灰色關聯(lián)評價法灰色關聯(lián)評價法 1.灰色關聯(lián)法建模理論 灰色關聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的一個重要組成部分，其基本思想是根據(jù)系 統(tǒng)各因素數(shù)列的幾何關系或曲線的相似程度來判別各子因素序列與母因素間的 灰色關聯(lián)程度，關聯(lián)度的大小可以度量母子因素間關系的強弱、大小和次序， 是事物、因素之間關聯(lián)程度的度量。若兩條幾何關系或曲線比較平行，則認為 二者的關聯(lián)程度大；反之，關聯(lián)程度就小。 2.確定比較數(shù)列和參考數(shù)列 將水質標準作為參考數(shù)列，水質檢測值作為比較數(shù)列。其中k ( ) i S k( ) j C k 表示評價因子，i表示水環(huán)境質量標準類別，j表示各水源地的數(shù)量。則 可演化為水質分類標準矩陣，則可演化為水質樣本矩陣。 ( ) i S k i m S j m C j m C (1)(2)() ( ),., iiii m S kSSS (1)(2)() ( ),., jjjj m C kCCC 3.無量綱化 采用吳文業(yè)、戈建民、黃奕龍介紹的無量綱化方法，即采用某一指標的實 測值與各級標準值的平均值相比的方法，此法既可以達到無量化的目的，而且 又反映了污染物的相對污染狀況。水質分類標準矩陣無量綱化后記為， i m S i m B 水質樣本矩陣無量綱化后記為。 j m C j m A 標準矩陣無量綱化計算公式為： i m S （1） 1 ( ) (1,2,., ;1,2,.,) 1 ( ) i imn i i S k bin km S k n 樣本矩陣 j m C 無量綱化計算公式為： 1 ( ) (1,2,., ;1,2,.,) 1 ( ) j jmn i i C k ajn km S k n （2） 4.關聯(lián)系數(shù)的計算 無量綱化后的比較數(shù)列 ( ) j A k 對參考數(shù)列 ( ) i B k 在 k 點的關聯(lián)系數(shù) ( ) i j k 反映比較數(shù)列與參考數(shù)列在某點上的關聯(lián)度)，即其定義為： （3） min( )max( ) ( ) ( )max( ) ijij i j ijij kk k kk 式中：與的絕對值差;( ) ( ) iji kB k( ) j A k （4）( )( ) ijij B kA k 的最小值min( )( ) ijij kk 的最大值max( )( ) ijij kk 式中：-分辨系數(shù)。，其取值不同，分辨能力不同，分辨能力不同，0,1 值愈大，分辨能力愈強。 5.關聯(lián)度的計算 綜合各點（k=1，2，m）的關聯(lián)系數(shù)，得比較數(shù)列 ( ) j A k 與參考數(shù)列 ( ) i B k 的關聯(lián)度 ij ； 1 ( )( ) m ijjij k W kk k=1, 2,m （5） 式中： ( ) j W k 為第 j 個斷面中第 k 個評價因子的權重，可以采用葉文虎在 環(huán)境質量評價學中介紹的一種反映污染超標輕重的加權法。即 （6） 1 ( ) ( ) ( ) j jm j k P k W k P k 式中：-j個水源地評價因子k的超標倍數(shù)，評價因子k的檢測值與標準濃( ) j P k 度的比值，即=/S（k） ；-j個水源地評價因子k檢測濃度( ) j P k( ) j C k( ) j C k mg/L；S（k）-評價因子k標準濃度mg/L。 由上式求得最大值所對應的標準級別i即為待評價水源地 12 max,., i m 的環(huán)境質量級別。 2.2.2熵值法熵值法 1. 熵值法的原理 設有 m 個待評方案，n 項評價指標，形成原始指標數(shù)據(jù)矩陣，() ij Xx m n 對于某項指標，指標值的差距越大，則該指標在綜合評價中所起的作用越 j x ij x 大；如果某項指標的指標值全部相等，則該指標在綜合評價中不起作用。在信 息論中，信息熵是系統(tǒng)無序程度的度量，信息是系統(tǒng)有 ( ) 1 ( )ln( ) n xii i Hp xp x 序程度的度量，二者絕對值相等，符號相反。某項指標的指標值變異程度越大， 信息熵越小，該指標是提供的信息量越大，該指標的權重也越大；反之，某項 指標的指標值變異程度越小，信息熵越大，該指標提供的信息量越小，該指標 的權重也越小。所以，可以根據(jù)各項指標指標值的變異程度，利用信息熵這個 工具，計算出各指標的權重，為多指標綜合評價提供依據(jù)。 用熵值法進行綜合評價的步驟是： 1）將各指標同度量化，計算第 j 項指標下第 i 方案指標值的比重 ij P （7） 1 ij ijm ij i x p x 2）計算第 j 項指標的熵值 j e （8） 1 ln m jijij i ekpp 其中 k0，ln 為自然對數(shù)，ej0. 如果對于給定的 j 全部相等，那么 ij x 1 1 ij ijm ij i x p m x 此時 ej取極大值，即 1 11 lnln m j i ekkm mm 若設 k=1/ln m，于是有 0ej1 3）計算第 j 項指標的差異性系數(shù) j g 對于給定的 j，xij的差異性越小，則 ej越大；當 xij全部相等時，ej =1，此時對于方案的比較，指標 xj毫無作用；當各方案的指標值相差越大 max e 時，ej越小，該項指標對于方案比較所起到的作用越大。定義差異性系數(shù) （9）1 jj ge 則當 gj越大時，指標越重要。 4）定義權數(shù) （10） 1 j jn j j g a g 5）計算綜合經(jīng)濟效益系數(shù) i （11） 1 n ijij j a p 為第 i 個方案的綜合評價值。 i 2.2.3水質指數(shù)評價法水質指數(shù)評價法 1.水質指數(shù)計算方法 水質指數(shù)的計算分為三個步驟： （1） 單項指數(shù)（）：計算方法為：當實測值處于時，為超 5 級水，其水質指數(shù)一律計為100. i C 5io C i I （5） GB3838-2002 中共有 5 項補充項目，即硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵、 錳，這 5 項只有一個標準值數(shù)按以下公式計算，即： 60 i i oi C I C （16） 3.水源地水質評價 根據(jù)根據(jù) WQIWQI 值，按下表評價水源地水質狀況值，按下表評價水源地水質狀況 水質評價優(yōu)良尚好較差差極差 WQI2021404160618081100100 2.3 選定組合方法進行水質評價選定組合方法進行水質評價 灰色系統(tǒng)理論提出了對各子因素進行灰色關聯(lián)度分析的概念，透過一定的 方法尋求出水源地各指標因素之間的數(shù)值關系。因此，灰色關聯(lián)度分析對評價 模型的建立提供了量化的度量，適合進一步的動態(tài)歷程分析。 熵值法是一種客觀賦權方法，它通過計算指標的信息熵，根據(jù)指標的相對 變化程度對整個水源系統(tǒng)的影響來決定指標的權重，相對變化程度大的指標具 有較大的權重，更適合水源地不能時期的變化研究。 水質指數(shù)法消除了變量相關對綜合評價的影響，以上 2 種方法不具備這種 影響作用。指數(shù)法從眾多的變量中分解出少數(shù)幾個特別變化因子，相對更片面 性，卻能更好表示出水源癥狀，以便對癥下藥，指導水源地的保護。 灰色關聯(lián)理論基于水質的灰色不確定性，不會得出量化結果與定性分析結 果不相符的情況。同時，引入熵值法，信息熵的引用避免了權重計算的主觀性； 這樣的兩種方法集合使結果更客觀更符合事實。最后的水質指數(shù)法來計算出該 水源水質出現(xiàn)的問題在哪項指標上，針對問題給予切當?shù)奶幚?，正確指導水源 地的保護工作。 舉個實例檢驗這種組合方法： 表 2-7 2008 年我國南方某市年我國南方某市 3 個飲用水水源地水質監(jiān)測結果統(tǒng)計個飲用水水源地水質監(jiān)測結果統(tǒng)計 水源地pHNH3-N 總大腸桿菌群 數(shù)（個/L） BOD5總硬度硝酸鹽亞硝酸鹽 A7.720.2816002.01126.031.810.10 B7.600.1116002.1389.091.500.04 C7.630.1816002.4089.771.680.03 以下（表 2）是給予的相應的評價結果，采用的是改進水質指數(shù)法。 表 2-8 20082008 年我國南方某市年我國南方某市 3 3 個飲用水水源地水質評價結果（改進的水質指數(shù)法）個飲用水水源地水質評價結果（改進的水質指數(shù)法） 評價因子（I）出廠 水源 地 pH 3 NHN 總大 腸桿 菌數(shù) BOD5總硬 度 硝酸 鹽 亞硝 酸鹽 水質 類別 評價 結果 A2027.435.62023.81040 類良好 B202035.62020.81020 類良好 C2021.735.62020.81020 類良好 評價標準-以國家地表水環(huán)境質量標準 （GB3838-2002） 、國家生活飲用水 衛(wèi)生標準 （GB5749-2006）為基礎，參照水利部地表水資源質量標準 （SL63-94）進行綜合調整，編制成如下副表： 表 2-9 綜合評價標準和水質分級指數(shù)綜合評價標準和水質分級指數(shù) 評價標準 評價指標 1 級2 級3 級4 級5 級 pH 值6.58.5 氨氮 mg/L0.150.501.001.502.00 總大腸菌群數(shù)2002000100002000040000 BOD5 mg/L334610 總硬度 mg/L80300450500600 硝酸鹽 mg/L10 亞硝酸鹽 mg/L 0.060.100.151.001.00 2.3.1灰色關聯(lián)法和熵值法結合的前評價灰色關聯(lián)法和熵值法結合的前評價 歸一化處理 為消除各種水質指標量級及絕對值對評價結果的影響，首先將比較數(shù)列和 參考數(shù)列的元素進行歸一化處理 11 22 33 4 5 ( )6.5 8.5006( )1111111 ( )6.5 8.50.520003300100.1( )10.30.110.26710.6 ( )6.5 8.51100004450100.15( )10.15 ( )6.5 8.51.5200006500101 ( )6.5 8.524000010600101 x kx k x kx k x kx k x k x k 4 5 0.020.750.17810.4 ( )10.10.010.50.1610.06 ( )10.0750.0050.30.13310.06 x k x k 參考數(shù)列 A 水廠水源，B 水廠水源， 7.721 0.280.532679 16000.125 2.011 126.030.63478 1.811 0.100.6 7.601 0.111 16000.125 2.131 89.090.897972 1.501 0.041 C 水廠水源 7.631 0.180.847458 16000.125 2.401 89.770.891176 1.681 0.031 計算關聯(lián)系數(shù) A 水廠水源， 1 2 3 4 5 ( )00.4673210.87500.3652200.395612 ( )00.2326790.02500.3677800.004388 ( )00.3826790.1050.250.4567800.204388 00.4326790.1150.50.4747800.544388( ) 00.4576790.1200.70.5017800.( ) k k k k k 544388 1 2 3 4 5 ( )10.4835210.33333310.54502210.525139 ( )10.4414390.88032010.33333410.976695 ( )10.3737550.6850540.4774140.33333410.527730 10.3859390.7027960.3522810.36418010.333126( ) 10( ) k k k k k .3727150.6938310.2797910.351471 10.333126 關聯(lián)度=0. 0. 0. 0. 0. i B 水廠水源 1 2 3 4 5 ( )000.87500.10202800 ( )00.70.02500.63097200.4 ( )00.850.1050.250.7199