城市黑臭水體形成機理與評價方法

2/2城市黑臭水體形成機理與評價方法城市水體是指位于城市范圍內(nèi)、與城市功能保持親密相關(guān)的水體，包括流經(jīng)城市的河段、河流溝渠、湖泊和其他景觀水體，是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。城市水體黑臭問題主要由水體中藻類和細菌的新陳代謝以及人類向水體中過度排放污染物引起的。近年來，隨著我國城市經(jīng)濟的快速進展，城市規(guī)模的日益膨脹，城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施日漸不足，城市污水排放量不斷增加，大量污染物入河，水體中化學需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)等污染物濃度超標，河流水體污染嚴峻，水體消失季節(jié)性或終年黑臭。2015年國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動方案》(簡稱“水十條”)對黑臭水體問題提出明確要求，到2020年，我國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均掌握在10%以內(nèi);到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消退。城市黑臭水體的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嚴峻失衡，給群眾帶來了極差的感官體驗，成為目前較為突出的水環(huán)境問題，也嚴峻影響著我國城市的良好進展。

目前，國內(nèi)外對城市黑臭水體的概念、機理、產(chǎn)生的緣由已經(jīng)開展討論，但依舊存在較多不足與瓶頸，形成機理還未全面明確、評價體系還未統(tǒng)一建立。本文基于眾多學者在黑臭水體方面的討論基礎(chǔ)，對城市黑臭水體形成機理、產(chǎn)生的緣由進行了概括，重點在如何對黑臭水體進行判別和界定方面進行總結(jié)和評述，并對將來城市黑臭水體討論進展方向進行了爭論與展望，以期為后續(xù)黑臭水體判別標準的制定及治理供應(yīng)理論基礎(chǔ)。

1.黑臭水體內(nèi)涵與討論回顧

水體黑臭是水體有機污染的一種極端現(xiàn)象，是對水體極端污染狀態(tài)的一種描述。所謂“黑臭”，可以從外在視覺感官和內(nèi)在形成機理兩個方面解釋。在視覺感官上，水體呈黑色或泛黑色，在嗅覺上會有刺激性氣味，引起人們不開心、惡心或厭惡。從形成機理上，水體發(fā)黑發(fā)臭主要是在缺氧或厭氧狀況下，水體內(nèi)有機污染物發(fā)生系列物理、化學、生物作用的結(jié)果。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》中也提及了城市黑臭水體概念，即城市范圍內(nèi)、呈現(xiàn)令人不悅的顏色和(或)散發(fā)令人不適氣味的水體的統(tǒng)稱。

隨著水體污染問題的日益嚴峻以及大眾對黑臭水體問題的不斷關(guān)注，科學界對黑臭水體的熟悉也隨之不斷深化，城市黑臭水體相關(guān)討論得到了進展。其過程大體可分為兩個階段：起始階段與進展階段(圖1)。初始階段主要指出了黑臭水體的存在，提出了黑臭水體的內(nèi)涵，初步分析了黑臭水體形成機理及緣由;進展階段主要針對河流、湖泊、水庫等不同類型水體的黑臭產(chǎn)生緣由及機理綻開深化討論，同時豐富了黑臭水體治理技術(shù)、修復方法等技術(shù)討論;關(guān)于黑臭水體評價方法、指標體系等討論是近兩年相關(guān)討論人員關(guān)注的重點。

目前我國在城市黑臭水體評價討論中存在的主要問題有：1)內(nèi)涵熟悉不足。城市黑臭水體概念尚無統(tǒng)一、明確的定義;多數(shù)概念強調(diào)物理或化學等單一屬性，忽視從物理-化學-生物綜合指標進行定義。2)評價方法不統(tǒng)一。國內(nèi)評價方法主要集中在基于單一化學指標評價，與國外流行的非線性回歸模型評價方法結(jié)合不夠。另外，評價指標的科學性與代表性也未能形成統(tǒng)一熟悉。3)關(guān)鍵支撐技術(shù)不完善。對于城市黑臭水體評價與治理的關(guān)鍵支撐技術(shù)關(guān)注還不夠，原型觀測與模型等基礎(chǔ)討論需進一步開展。

2.城市黑臭水體成因及機理

2.1黑臭水體污染源

2.1.1有機污染物入河有機污染物入河是造成水體黑臭現(xiàn)象的主要緣由之一。隨著城市規(guī)模的不斷擴大，城市居住人口激增，人口布局相對集中，造成城市污水處理力量不足，截污治污設(shè)施相對落后，加之城市地表徑流污染負荷較大，造成大量有機污染物排入水體。有機污染物主要包括有機碳污染源(化學需氧量COD、生化需氧量BOD)、有機氮污染物(氨氮)以及含磷化合物，這些污染物主要來自廢水、污水中的糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、油脂等有機物的分解，在分解過程中消耗大量的溶解氧，造成水體缺氧，厭氧微生物大量繁殖并分解有機物產(chǎn)生大量致黑致臭物質(zhì)，從而引起水體發(fā)黑發(fā)臭。大多數(shù)有機物富集在水體表面形成有機物膜會破壞正常水氣界面交換，從而加劇水體發(fā)黑發(fā)臭。

2.1.2底質(zhì)污染與底泥再懸浮底泥再懸浮是導致水體黑臭的重要因素之一。底泥作為城市水體的重要內(nèi)源污染物，在水力沖刷、人為擾動以及生物活動影響下，引起沉積底泥再懸浮，進而在一系列物理-化學-生物綜合作用下，吸附在底泥顆粒上的污染物與孔隙水發(fā)生交換，從而向水體中釋放污染物，大量懸浮顆粒漂移在水中，導致水體發(fā)黑、發(fā)臭;另外大量底泥為微生物供應(yīng)良好的生存空間，其中放線菌和藍藻通過代謝作用使得底泥甲烷化、反硝化，導致底泥上浮及水體黑臭。陸桂華等針對太湖地區(qū)發(fā)生的局部黑臭水體現(xiàn)象，通過實地監(jiān)測與資料分析，表明局部黑臭水體形成區(qū)域分布與太湖底部淤泥集中區(qū)域位置基本全都，并進一步指出，湖泊中藻類大量繁殖后發(fā)生死亡沉降，藻類有機質(zhì)的大量積累是底泥的主要成分，也是形成局部黑臭水體的發(fā)生基礎(chǔ)。

2.1.3水體熱污染城市水體中往往會有大量較高溫度的工業(yè)冷卻水、污水處理廠退水以及居民日常生活污水等排入，導致局部甚至整個水體水溫上升。水體中微生物在相宜水溫下發(fā)生劇烈的活動，致使水體中的大量有機物分解，降低溶解氧，釋放各種發(fā)臭物質(zhì)。水體一般在夏季消失黑臭現(xiàn)象比在冬季顯著增多，主要緣由是一方面微生物的活動頻率與溫度表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性，另一方面水體中的溶解氧含量隨著溫度的上升而降低。Wood等指出，水體溫度低于8℃和高于35℃時，放線菌分解有機物產(chǎn)生致黑致臭物質(zhì)的活動受到限制，一般不會黑臭，而在25℃時放線菌的繁殖量達到最高，水體的黑臭也達到最大。

2.2水動力學條件

水動力學條件不足、水循環(huán)不暢也是引起河道水體黑臭的緣由之一，諸如河道水量不足、流速低緩以及河道渠道化、硬質(zhì)化等都有可能導致河道黑臭。Hishida等在分析Yodo河黑臭河道的緣由時指出，由于河道水流不暢，導致水體中藻類濃度過高，水體消失霉臭味。張敏等在分析浦東新區(qū)城市河道水體黑臭緣由時指出，河道污泥淤積導致的河床太高、水生植物瘋長、閘壩阻攔造成河道流水不暢，甚至形成死水，導致水體環(huán)境惡化，同時指出河道的渠道化、硬質(zhì)化，割裂了土壤與水體的滲透關(guān)系，阻斷了水體自然循環(huán)過程，形成污染物積累，水體自凈力量顯著減弱，水體惡化敏感性增加，導致水體消失黑臭現(xiàn)象。

水循環(huán)與水污染過程緊密相連。城市水循環(huán)是水污染形成、遷移、轉(zhuǎn)化等一系列過程的載體，又是影響其動力學過程的因素之一。水循環(huán)對水污染過程的作用主要從兩方面體現(xiàn)：一是人類活動不斷轉(zhuǎn)變自然水循環(huán)的動力學過程，轉(zhuǎn)變了河流特征，影響到污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程，進而影響流域水環(huán)境狀況。原水調(diào)配不合理和人工取用水量的增加在肯定程度上削減了區(qū)域自然水循環(huán)通量;人工水循環(huán)過程中的耗水量增加又導致取用水量的不斷增加等導致水體水量不足，黑臭現(xiàn)象易發(fā);另一方面，污染物伴隨水循環(huán)過程也發(fā)生著遷移轉(zhuǎn)換，水污染物在各水循環(huán)要素過程中會與環(huán)境中的其他物質(zhì)及其自身相互反應(yīng)，在水循環(huán)條件不具備時，部分生成物又會對環(huán)境造成二次污染，進一步降低水資源與水環(huán)境質(zhì)量。

2.3黑臭水體形成的化學機理

2.3.1致黑機理水體致黑原理主要以下2種，一是以固態(tài)或吸附于懸浮顆粒上的形式存在于水體中的不溶性物質(zhì);另一是溶于水的帶色腐殖質(zhì)類有機化合物。羅紀旦等通過試驗發(fā)覺，水體發(fā)黑與懸浮顆粒有直接聯(lián)系，懸浮顆粒中的致黑物質(zhì)主要是腐殖酸和富里酸。應(yīng)太林等對蘇州河水體黑臭進行討論，通過沉淀分別、充氧及氧化還原點位測定等試驗，發(fā)覺懸浮顆粒對水體致黑起到主導作用，并指出懸浮顆粒中的腐殖酸和富里酸因吸附絡(luò)合了Fe、Mn和S的化合物成為主要致黑化學物，并證明白Fe2+在致黑方面的主導作用。丁琦等也通過試驗證明，水體發(fā)黑主要與吸附了FeS的帶電膠體懸浮顆粒有關(guān)。盧信等通過試驗討論發(fā)覺，有機物只要達到肯定負荷水平(1.0g˙L-1)對水體均有致黑作用，但含硫有機物相比不含硫有機物，能夠在更短的時間內(nèi)導致水體變黑，且水體顏色更深.因此，從致黑物質(zhì)的元素形態(tài)組成方面主要指Fe、S及其化合物FeS。

圖2為鐵元素(Fe)在自然河道水體中的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程。Fe主要以鐵氧化物和氫氧化物形式進入水體，經(jīng)過好氧帶、活性反應(yīng)帶、厭氧帶，最終沉入水底.未消失黑臭水體中，好氧帶、活性反應(yīng)帶、厭氧帶3個帶分層合理，鐵離子轉(zhuǎn)化處于良好循環(huán)狀態(tài)。當大量有機污染物等好氧物質(zhì)進入水體時引起水體溶解氧降低，“3帶”分層被破壞，活性反應(yīng)帶向水體上層移動且厚度縮小甚至消逝，厭氧帶厚度增大，整個水體普遍呈厭氧還原狀態(tài)，此時鐵的循環(huán)被完全破壞，大量二價鐵離子累積，與厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的硫化氫結(jié)合成硫化亞鐵。

圖3為硫元素(S)在河道水體中的轉(zhuǎn)化過程。S主要以硫酸鹽和有機硫的形式進入到水體，未受重污染的水體中硫的形態(tài)轉(zhuǎn)化途徑暢通。與Fe類似，當大量有機物等耗氧物質(zhì)進入水體后，水體溶解氧下降到肯定程度后，有機硫分解和硫酸鹽還原產(chǎn)生的H2S連續(xù)氧化耗氧使得水體中的溶解氧進一步削減，甚至下降為零，整個水體呈厭氧還原態(tài)。這種狀況下，只有少數(shù)微生物能同化H2S，大多數(shù)狀況下H2S等都須先轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，然后才能固定為有機硫化合物。沒有被氧化和同化的H2S一部分與水體中的Fe2+等形成FeS。FeS是黑色沉積物，水體中微小的懸浮物質(zhì)會吸附一部分FeS，而部分沉積于水底的FeS沉積物還會在厭氧分解產(chǎn)生的氣體或氣泡托浮作用下重新進人水體，再加上其他因素的協(xié)同作用，使水體呈現(xiàn)黑色。在不同的厭氧微生物的參加下發(fā)生以下反應(yīng)：

含硫蛋白質(zhì)→半胖氨酸+H2→H2S+NH3+CH3COOH

SO42-+有機物→H2S+H2O+CO2

Fe(OH)3→Fe2+

Fe+H2S→FeS

圖3.硫在河道水體中的轉(zhuǎn)化過程

2.3.2致臭機理依據(jù)不同產(chǎn)臭途徑和致臭物質(zhì)，致臭機理大致分為以下3種：1)H2S、NH3等小分子氣體。當水體患病嚴峻有機物質(zhì)污染時，有機物好氧分解使得水體中耗氧速率復氧速率，造成水體缺氧。在缺氧水體中，產(chǎn)臭過程會與致黑同步，有機物厭氧分解產(chǎn)生甲烷(CH4)、硫化氫(H2S)、氨(NH3)等具有異味易揮發(fā)的小分子化合物溢出水面進入大氣，因而散發(fā)出臭味。丁琦等通過試驗討論發(fā)覺，水體發(fā)臭主要為含硫、氮等有機物分解時逸出的H2S和NH3等所致。此外，有機物在分解過程中還產(chǎn)生低碳脂肪酸及胺類等。H2S、NH3等在水體中發(fā)生的反應(yīng)如下：

HCOOC(NH2)HCH2SH+2H2O→CH3CHOOH+HCOOH+NH3+H2S

C6H12O6→2CH3COCOOH+4H→2CH3CHOHCOOH

2)硫醚類化合物。通過對腐殖物質(zhì)的分析，從腐殖酸、富里酸的酸水解產(chǎn)物中得到的20種氨基酸和大量游離氨，這些氨基酸在水體中以脫氨基作用、脫羧酸作用以及某些細菌如變形桿菌分解含硫氨基酸，在產(chǎn)生大量的游離氨臭氣的同時，也產(chǎn)生大量具有相當臭味的硫醚類化合物等導致水體發(fā)臭。

揮發(fā)性有機硫化物(VOSCs)被證明為主要的致臭物質(zhì)。試驗討論發(fā)覺，甲硫醇(MeSH)、二甲基硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)以及二甲基四硫醚(DMTeS)是黑臭水體的主要致臭物質(zhì)。盧信等通過試驗討論認為，只有含硫有機物才具有致臭作用，并確定蛋氨酸為VOSCs的主要前驅(qū)物。

3)喬司脒和2-二甲基異莰醇。當水體處于厭氧狀態(tài)或養(yǎng)分鹽相對較高時，水體中存在大量放線菌、藻類和真菌，其新陳代謝過程中會分泌多種醇類異臭物質(zhì)。土臭素，包括喬司脒(Geosmin,C12H20O)和2-二甲基異莰醇(2-MBI，C11H20O)，是國內(nèi)外討論中普遍認為導致水體發(fā)臭的主要物質(zhì)之一(圖4)。Gerber于20世紀40年月先后從放線菌的發(fā)酵液中提取到喬司脒和2-二甲基異莰醇，因此，放線菌最初被認為是臭味化合物的主要來源。隨后，人們的留意力轉(zhuǎn)向藻類，主要是藍藻，如顫藻(Oscillatoria)、旋藻(Lyngbya)、席藻(Phorium)和魚腥藻(Anabaena)，隨后不斷有學者證明一些真核藻類，如硅藻也是喬司脒和2-二甲基異莰醇的重要來源。喬司脒和2-MBI在較低濃度狀況下就能導致自然?水體發(fā)臭，其發(fā)臭閾值分別是4和9ng˙L-1。

3.城市黑臭水體評價方法

3.1黑臭評價指標與確定方法

在城市黑臭水體評價指標討論中，主要包括了物理指標和化學指標兩種。在物理指標方面，方宇翹等從物理表觀角度，基于人的感官體驗，提出將水體劃分為黃(灰)綠無臭、灰褐微臭、黑臭、深黑惡臭4個等級，指出臭味感覺級別以距離劃分，微臭為貼近水面有感覺，黑臭為站在河旁有感覺，惡臭為距離河流1m以外有感覺。但由于人的視覺和嗅覺受主觀影響較大，此種表觀劃分方法并沒有形成統(tǒng)一標準，如何精確?????運用人的感覺表述黑臭水體是將來實踐工作中亟需開展的工作。

在化學指標方面，單一指標，國內(nèi)學者普遍以溶解氧(DO)指標作為界定水體是否黑臭的基本標準。認為水體中當DO2.0mg˙L-1時，表示消失黑臭。另外部分學者通過測定直接表征水體黑臭程度的色度(CH)、黑度(BI)以及臭閾值等指標，用以表征黑臭水體的程度。戴樹桂等通過模式試驗得出CH=21.5可作為水體黑臭與否的臨界指標。俞欣等通過論證氧化還原電位(ORP)與部分黑臭因子DO、S2-、pH、SO42-之間具有較好的相關(guān)性，通過現(xiàn)場快速監(jiān)測ORP評價水體黑臭狀況，當ORP-50mg˙L-1時，水體不黑臭，ORP-100mg˙L-1時，水體消失黑臭，ORP-200mg˙L-1，水體處于嚴峻黑臭狀態(tài)。依靠單一臨界指標推斷水體黑臭在實際應(yīng)用中具有簡潔、快捷等優(yōu)點，但有時候往往無法精確?????描述現(xiàn)狀，且不同的討論者對同一指標參考的臨界值也不盡相同，從整體上看，單一指標法牢靠性相對較低。

綜合化學指標方面，主要建立了以DO、BOD5、CODCr、NH4+-N、總磷(TP)等為常規(guī)指標的表征方法，設(shè)置各項指標濃度閾值，通過各指標對比表征黑臭水體。胡國臣等利用自配水樣討論提出水體黑臭與不黑臭的臨界指標為：CH=21.5、DO=1.8mg˙L-1、BOD5=14mg˙L-1;產(chǎn)生H2S細菌數(shù)N=2000個˙L-1。程江等提出適合中小河道水體猜測和評價黑臭的關(guān)鍵指標為：DO≤2mg˙L-1、CODCr≥15mg˙L-1、BOD5≥14mg˙L-1、NH4+-N≥8mg˙L-1、TP≥0.8mg˙L-1。呂佳佳等通過自制典型黑臭水，從水質(zhì)參數(shù)與環(huán)境條件兩方面分析黑臭水體形成的閾值條件：總有機碳≥150mg˙L-1，總氮≥50mg˙L-1，e2+≥0.2mg˙L-1，溫度≥25℃，水深≥0.9m及厭氧條件時，高污染水體發(fā)生黑臭。綜合化學臨界指標法在實際應(yīng)用中與單一法類似，均較為快捷，但往往全部指標都符合臨界值要求時，仍無法精確?????得出討論水體是否黑臭，牢靠性并不高。

3.2黑臭指數(shù)(I)法

黑臭指數(shù)(I)是通過構(gòu)建綜合指標全面評價水體黑臭程度。常用的有3種：1)黑臭單因子污染指數(shù)(I)，最早由上海自來水公司提出，主要用于評價黃浦江水系河道黑臭狀況;2)有機污染指數(shù)(A值)，該指數(shù)綜合考慮了BOD5、CODCr、NH4+-N和DO等4種因素對黑臭的影響;3)黑臭多因子加權(quán)指數(shù)(W)，是通過實地調(diào)研、觀測試驗，討論各種影響因素與水體黑臭的相關(guān)性。上述方法的目的皆是建立影響水體黑臭的主要環(huán)境因素和黑臭狀況關(guān)鍵指標之間的關(guān)系方程，目前國內(nèi)已建立了多項用于黑臭評價的判別關(guān)系式，并不斷應(yīng)用于實踐中。表1總結(jié)了城市黑臭水體判別關(guān)系。

表1.黑臭水體判別式

由于不同學者針對的是不同地區(qū)的不同河流，應(yīng)用的黑臭水體判別式各異，選擇的關(guān)鍵指標也不盡相同，從而使黑臭指數(shù)的判別標準也有較大差異。李鵬章通過實際采樣，對1~8號判別式的牢靠性進行了驗證，通過判別式計算結(jié)果對比，發(fā)覺不同的判別式對同一水體黑臭狀況判定結(jié)果不一樣，且最高判定正確率只有20%。

3.3多元非線性回歸模型

有學者認為，用于黑臭水體評價的指標與各水質(zhì)指標之間的關(guān)系是簡單的，不能用簡潔的線性關(guān)系進行指示，因此需要建立評價指標與各項水質(zhì)指標之間的非線性關(guān)系。與多元線性回歸模型類似，多元非線性回歸模型在建立過程中同樣需要檢測大量水質(zhì)指標并分析各水質(zhì)指標與水體黑臭程度的相關(guān)性，隨后選取相關(guān)性高的水質(zhì)指標建立模型。Can-field等在對弗羅里達州的165個湖泊的水色討論中，通過實時監(jiān)測多項物理、化學和生物指標，并分析各指標與水體黑臭之間的相關(guān)性，最終選取葉綠素a(Chla)、TP、總氮(TN)與CH建立多元非線性回歸方程為：

lgCH=6.19lgTN+2.5lgTP-6.25lgChla-13.3,

R2=0.78

其討論結(jié)果表明，湖泊水色與透亮?????度呈負相關(guān)關(guān)系，與水體中Fe的濃度呈正相關(guān)，水體顏色與pH值、總堿度、養(yǎng)分物質(zhì)、葉綠素a以及其他生物參數(shù)相關(guān)性并不高。

喬司脒是引起水體黑臭的主要物質(zhì)之一，通過猜測其含量也是評價水體黑臭的重要方法。國外一些學者通過對水體濁度、透亮?????度、電導率的監(jiān)測及測定水體COD、DO、TP、Chla、藻類總量和喬司脒等濃度，建立多元非線性回歸模型猜測討論水體中喬司脒的含量來達到評價水體黑臭的目的。主要評價模型見表2。

表2.基于喬司脒猜測的黑臭水體評價模型

由于不同學者針對的是不同地區(qū)的不同河流，應(yīng)用的黑臭水體判別式各異，選擇的關(guān)鍵指標也不盡相同，從而使黑臭指數(shù)的判別標準也有較大差異。李鵬章通過實際采樣，對1~8號判別式的牢靠性進行了驗證，通過判別式計算結(jié)果對比，發(fā)覺不同的判別式對同一水體黑臭狀況判定結(jié)果不一樣，且最高判定正確率只有20%。

3.3多元非線性回歸模型

有學者認為，用于黑臭水體評價的指標與各水質(zhì)指標之間的關(guān)系是簡單的，不能用簡潔的線性關(guān)系進行指示，因此需要建立評價指標與各項水質(zhì)指標之間的非線性關(guān)系。與多元線性回歸模型類似，多元非線性回歸模型在建立過程中同樣需要檢測大量水質(zhì)指標并分析各水質(zhì)指標與水體黑臭程度的相關(guān)性，隨后選取相關(guān)性高的水質(zhì)指標建立模型。Can-field等在對弗羅里達州的165個湖泊的水色討論中，通過實時監(jiān)測多項物理、化學和生物指標，并分析各指標與水體黑臭之間的相關(guān)性，最終選取葉綠素a(Chla)、TP、總氮(TN)與CH建立多元非線性回歸方程為：

lgCH=6.19lgTN+2.5lgTP-6.25lgChla-13.3,

R2=0.78

其討論結(jié)果表明，湖泊水色與透亮?????度呈負相關(guān)關(guān)系，與水體中Fe的濃度呈正相關(guān)，水體顏色與pH值、總堿度、養(yǎng)分物質(zhì)、葉綠素a以及其他生物參數(shù)相關(guān)性并不高。

喬司脒是引起水體黑臭的主要物質(zhì)之一，通過猜測其含量也是評價水體黑臭的重要方法。國外一些學者通過對水體濁度、透亮?????度、電導率的監(jiān)測及測定水體COD、DO、TP、Chla、藻類總量和喬司脒等濃度，建立多元非線性回歸模型猜測討論水體中喬司脒的含量來達到評價水體黑臭的目的。主要評價模型見表2。

表2.基于喬司脒猜測的黑臭水體評價模型

由于不同學者針對的是不同地區(qū)的不同河流，應(yīng)用的黑臭水體判別式各異，選擇的關(guān)鍵指標也不盡相同，從而使黑臭指數(shù)的判別標準也有較大差異。李鵬章通過實際采樣，對1~8號判別式的牢靠性進行了驗證，通過判別式計算結(jié)果對比，發(fā)覺不同的判別式對同一水體黑臭狀況判定結(jié)果不一樣，且最高判定正確率只有20%。

3.3多元非線性回歸模型

有學者認為，用于黑臭水體評價的指標與各水質(zhì)指標之間的關(guān)系是簡單的，不能用簡潔的線性關(guān)系進行指示，因此需要建立評價指標與各項水質(zhì)指標之間的非線性關(guān)系。與多元線性回歸模型類似，多元非線性回歸模型在建立過程中同樣需要檢測大量水質(zhì)指標并分析各水質(zhì)指標與水體黑臭程度的相關(guān)性，隨后選取相關(guān)性高的水質(zhì)指標建立模型。Can-field等在對弗羅里達州的165個湖泊的水色討論中，通過實時監(jiān)測多項物理、化學和生物指標，并分析各指標與水體黑臭之間的相關(guān)性，最終選取葉綠素a(Chla)、TP、總氮(TN)與CH建立多元非線性回歸方程為：

lgCH=6.19lgTN+2.5lgTP-6.25lgChla-13.3,

R2=0.78

其討論結(jié)果表明，湖泊水色與透亮?????度呈負相關(guān)關(guān)系，與水體中Fe的濃度呈正相關(guān)，水體顏色與pH值、總堿度、養(yǎng)分物質(zhì)、葉綠素a以及其他生物參數(shù)相關(guān)性并不高。

喬司脒是引起水體黑臭的主要物質(zhì)之一，通過猜測其含量也是評價水體黑臭的重要方法。國外一些學者通過對水體濁度、透亮?????度、電導率的監(jiān)測及測定水體COD、DO、TP、Chla、藻類總量和喬司脒等濃度，建立多元非線性回歸模型猜測討論水體中喬司脒的含量來達到評價水體黑臭的目的。主要評價模型見表2。

表2.基于喬司脒猜測的黑臭水體評價模型

多元非線性回歸模型在建立過程中考慮了多個水質(zhì)指標，在評價模型建立過程中監(jiān)測了pH、水溫、DO、NH4+-N、TN、TP、PO43--P、溫度、Chla、藍細菌總生物量、藻類總生物量和濁度等大量水質(zhì)參數(shù)并進行了篩選，能夠較全面、精確?????地猜測水體的黑臭狀況。但是由于涉及到的參數(shù)太多，監(jiān)測過程也比較簡單。目前國內(nèi)使用非線性回歸模型多用來評價湖泊、水庫，對河道黑臭的討論鮮有報道，卻是一種值得借鑒的河道黑臭評價方法。

3.4綜合評價法

目前用于黑臭水體評價的綜合評價法主要包括模糊數(shù)學評價法、灰色系統(tǒng)評價法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法。模糊數(shù)學評價和灰色系統(tǒng)評價屬于矩陣運算分析法，是基于矩陣運算形成的分析方法。張晶堯等在討論丹河晉城河段水體黑臭問題時，考慮河流致黑致臭成因的模糊性和不確定性，以及干旱地區(qū)河流黑臭成因的簡單性，應(yīng)用商權(quán)賦權(quán)法確定各個評價指標的權(quán)重，對不同水期，考慮BOD5、CODCr、NH4+-N、Mn、DO、CH、Fe、P等指標，建立了熵權(quán)的物元可拓模型。該方法依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)引用信息熵反映數(shù)據(jù)本身的效用值，合理確定各個指標對河流黑臭污染的貢獻率，避開了人為或者主觀因素造成的權(quán)重給予失衡，用來精確?????評價干旱地區(qū)河流黑臭狀況。

誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BP網(wǎng)絡(luò))是水質(zhì)評價中最典型的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價方法。該方法通過反復的正饋和反饋，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓練，使之得出與樣本預期輸出相符合的結(jié)果，進而應(yīng)用BP網(wǎng)絡(luò)進行水質(zhì)評價。目前該方法在國內(nèi)外已經(jīng)有了一些討論。Sugiura等利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(artifi-cialneuralnetwork，ANN)，建立了12項水質(zhì)指標猜測水體臭味，并與多元線性回歸法(MLR)進行對比，結(jié)果表明，由于水體黑臭與水環(huán)境指標之間的非線性關(guān)系，ANN比MLR更適合對水體黑臭進行評價與猜測。徐明德等考慮河流黑臭評價屬于多因素非線性評價，具有模糊現(xiàn)象，通過采納BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-隸屬度函數(shù)建立河流黑臭評價模型，解決了多致黑因子間的簡單作用關(guān)系，以網(wǎng)絡(luò)輸出收斂于兩等級間的模糊隸屬問題，實現(xiàn)了對河流黑臭的評價?；诰仃囘\算評價和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價等的黑臭水體綜合評價方法具有較高的科學性，能夠模擬人類思維方式，通過直觀推理進行水質(zhì)評價，在對干旱地區(qū)河流黑臭水體評價中具有肯定的優(yōu)勢。

4.討論展望

本文對城市黑臭水體的內(nèi)涵、成因及形成機理進行了評述，重點論述了城市黑臭水體的評價方法，熟悉到合理的指標與方法是全面、精確?????地進行黑臭水體識別和分級的關(guān)鍵，因此將來需要從進一步深化探究黑臭成因、評價體系角度開展針對性的黑臭水體治理對策討論。

1)明確城市黑臭水體形成機理。本文從污染源、化學機理、水動力學條件等3個方面總結(jié)了目前黑臭水體形成的主要成因。但在實際討論中，黑臭水體成因需針對不同地區(qū)、不同類型、不同污染源構(gòu)成以及不同水體功能類別進行區(qū)分，明確湖庫、大江大河以及城市溝渠等不同類型水體在黑臭