摘要：本文对常用的河流水质评价方法进行了评述，按照确定性、不确定的方法分类，逐个分析了单因子法、综合指数法、分级评价法及模糊评价法、灰色评价法等方法的优缺点，并进行了小结和展望，供参考。
关键词：河流；水质评价；方法
中图分类号：X824文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-07-0226-2
水质评价是按照一定的标准、指标和方法，根据水的用途对水域的质量状况进行定性或定量的评定。按照水的特性，水质评价方法可分为以生物种群与水质的关系进行评价的生物学评价方法和以物理、化学监测为主的监测指标评价方法。后者以数学方法分类居多，如单因子法、指数法、模糊评价法、灰色理论法、人工法等；按照水质级别的确定原则，可分为确定性方法和不确定性方法[1]。确定性方法的特点是原理清晰、计算简便，但评价结果偏于概括；不确定性方法结合数学理论和计算机技术，可进行大量运算并处理较复杂问题，评价结果更加真实客观，但不确定性方法的理论复杂，适用性不如确定性方法广泛。因此，在实际工作中确定性方法被更多使用。本文重点对基于数学统计的理化监测指标评价方法进行分析，供参考。
1 确定性评价方法
1.1 单因子评价法
众多确定性方法中，单因子评价法是一种操作简便、评价结果偏于安全且目前被广泛采用的综合评价方法。单因子评价法又称“一票否决法”，是将各指标浓度代表值与评价标准逐项对比，以单项评价最差项目的类别作为水质类别，是地表水环境质量标准(GB3838-2002)规定的评价方法。该方法能够明确指出水质问题的所在，直接了解水质状况与评价标准之间的关系，有利于提出针对性的保护与治理措施，但评价结果过于严格，各评价指标没有联系，不能综合的反映水环境质量状况。
研究人员针对单因子评价法的不足进行了适当改进。徐祖信(2005)将单因子法与水质指标的浓度值作量纲化处理，提出Pi=X1X2X3模式的单因子水质标识指数法，以类似编码的形式标识水质信息。水质标识指数法结合水质标准对水质状况进行定性评价，也可对同一类别的水质指标进行定量比较，给出的信息较为全面，但未突出不同污染物对水质的影响，忽略各指标之间的联系[2]。程文涛等(2007)选择毒性重、危害大的指标按照单因子法评价，实行一票否决制；对其他理化指标、营养性指标等采用多指标综合评价方法中的算术平均法，一定程度上克服了单因子法的片面性[3]。
1.2 综合指数法
在20世纪60-70年代，综合指数法有着较多的研究和应用，国内外已提出几十种不同模式，比较典型的有指数模式、内梅罗模式等。综合指数法以其概念清晰、计算简单的优点，在水质评价实践中被广泛采用[4]。其基本思路是将其污染物的代表值与评价标准比较，得到各污染物的指数，再采用各种数学方法计算得到综合指数。常用的指数方法有叠加指数、算术平均指数、加权平均指数、最大值指数等方法。
1.2.1 叠加指数法 计算公式为：
叠加指数计算简单、意义明确，直接反映污染指标与评价标准的数量关系，适用于评价指标一致的水体之间比较，但忽略不同污染物对水质影响程度的差别。
1.2.2 算术平均指数法 又称综合污染指数，
计算公式为：
该指数解决了因参评指标个数不同对指数的影响，但仍未考虑不同污染物的权重问题。
1.2.3 加权平均指数法 加权型指数可以有针对性的突出某种污染物的作用，使用的关键还在于权重的确定，如流量加权、河段长度加权、湖泊面积加权等，也有通过德尔菲法确定的。
计算公式为：
加权平均指数具有较强的适应能力，但不同的权重确定方法可能会降低加权指数法的可比性。
丁冉等[5]提出的改进的分级评分法从数学形式上是一种加权平均指数。该法依照国家标准将水质类别分别赋予固定的评分值、权重，其计算公式为：
TS为总分值，Si为单项指标分值，wi为权重值。TS能够得出水质类别，较直观的看出水体污染程度，赋权中突出污染严重指标的影响。
1.2.4 最大值指数法 即内梅罗指数法，计算公式为：
该方法考虑最大值对水环境质量的影响，在一定程度上弥补算术平均模式的不足。内梅罗水质污染指数的特点在于数学过程简捷、运算方便、物理概念清晰，在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，是较为成熟、运用广泛的指数法之一。最大分指数项计算重复，过分夸大了最大项的作用，掩盖了其他污染指数的贡献。丁雪卿等(2010)对过于突出最大污染因子对水质污染的影响和未考虑权重因素等方面进行了改进[6-7]，但各种赋权的方法还需根据实际情况进行选择。
1.3 分级评分法
分级评分法是将评价指标的代表值与各类水体分级标准分别进行对照比较，确定其单项的污染分级，然后进行等级指标的综合叠加，综合评价水体的类别或等级。比较典型的分级评分法包括布朗(R.M.Brown)水质指数、罗斯(S.L.Ross)水质指数、W值水质指数以及百分制分级法等[8]。布朗等选取9项评价指标，采用德尔菲法赋予权重，计算水质指数WQI=∑WiPi。在此基础上，罗斯剔除受地球化学影响的指标，选取BOD、DO、氨氮、悬浮物等4项直接具体的反映水体污染状况，并分别赋予权重。这两种方法评价指标是确定的，不能满足不同的评价需求。由于在评分尺度上具有很大的任意性，罗斯水质指数法一般仅适用初步评价。
W值水质指数将各评价指标的分值转换为的表达式，最后评价结果为SWJ-C，其中 ，Wj为污染级别，C为超标项数。蓝琳等(2007)借鉴隶属度的概念，对各指标的分级类别进行了修正，更加客观的反映水质类别，但该法计算较为繁琐[9]。
2 不确定性评价方法
水质类别的界定具有一定区间范围，指标浓度包含在同一级别内的不同水体，其真实污染状况可能有所不同，如浓度值靠近类别上限和下限的两类水体，仅以一个确定性指标进行归类。为解决这个问题，20世纪80年代以来，一些不确定性理论方法的出现为水质评价新模式的产生提供了理论依据和技术支持，比较有代表性的有模糊评价法、灰色评价法等。
2.1 模糊评价法
模糊评价法是基于模糊数学理论的一种不确定性评价方法，用模糊数学集中隶属函数来描述水质分级的界限，评价结果更接近于实际情况，因此在我国水质评价中得到了大量的研究和应用。由于水质变化具有连续性特点，与分级标准相互联系并具有模糊性，模糊评价法合理的体现了水体污染程度不确定的特点。模糊评价法主要适用于各个评价因子超标情况接近，不存在单因子否决的情况，评价出发点是为了体现不同评价因子对水质的综合影响，但计算复杂，不易操作，不能确定主要污染因子，有可能掩盖有毒有机物、重金属等对人体健康和生态环境威胁较大的污染物的影响。模糊数学用于水质综合评价的方法主要有模糊聚类法、模糊贴近度法、模糊距离法等[10]。
如何确定权重是模糊评价法中的关键问题，直接影响评价结果。污染加权法是目前采用较多的权重确定方法，对污染贡献大的指标获得较大的权重。它考虑了个体指标的特征，多个评价指标的相互联系却无法描述，可能使评价结果出现均化、失真和跳跃等情况[11-12]。邹志红等(2005)通过对“熵”的计算确定权重，就是根据各项监测指标值的差异程度反映其提供信息量大小，确定各指标的权重[13]。熵权法比加权法容易计算，将同一监测指标的多个监测断面结合确定权重，可削弱异常值的影响。田景环等(2005)提出最优权法，通过寻找权向量的最优解来确定各指标的权重，可以避免确定评价指标权重时的主观任意性，增加评价结果的分辨性，易于分类[14]。
2.2 灰色评价法
灰色评价法以灰色理论分析方法为基础，把水质评价指标视为灰色系统的灰离散函数进行分析。灰色系统原理应用于水质评价的基本思路与模糊评价法相似，先计算水体水质各指标实测浓度与各级水质标准的关联度，再根据关联度来确定水体水质级别。灰色评价法体现了水环境系统的不确定性，可根据关联度的数值对同类水体的水质进行比较，具有排序明确和可比性强等优点，但其缺点是计算复杂，也存在信息丢失和分辨率低等问题，需在实际应用中进一步改进[15-16]。
综上所述，从文献中对于指数法、分级评价法、模糊评价法、灰色评价法等有着较为成熟的研究，但仍没有找出一种公认的、统一的水质评价体系。各类水质评价方法都根据各自需求来确定最终的水质分级和隶属情况，缺乏共同标准。因此在实际应用中，需要根据具体的监测数据和评价目的选择合适的评价方法，使评价结果满足管理需要，反映水体的实际情况。
3 结语
水环境系统是充满不确定性因素、变化复杂的系统，客观上评价指标的属性值可能存在着多种状态。而现有评价方法实际上都是某一状态下根据给定水质指标测值下的水质状况进行评价，这与水环境系统的不确定性特征存在较大差距。随着计算机、网络通信和自动化等应用技术进步，运用地理信息系统实现评价模型查询和运算的自动化、智能化，以及评价结果的直观可视化，是水质评价模型的发展方向。完善和提高各种评价方法的适用性是当前亟需开展研究的问题。为了更为真实、准确地反映水环境质量状况，需要考虑水质指标的多种状态特征。如何从随机不确定性角度评价水体质量状况可能成为今后水质评价研究的趋向。
参考文献
[1] 申杰,潘杨,黄勇.城市地表水环境评价方法综述[J].环保科技,2011,(4):41-45.
[2] 徐祖信.我国河流单因子水质标识指数评价方法研究[J].同济大学学报,2005,33：482-488.
[3] 程文涛，张奕，李军.水质评价方法的探讨[J].环境科学与技术，2007,30:148-159.
[4] 李如忠.水质评价理论模式研究进展及趋势分析[J].合肥工业大学学报,2005,(4):370-373.
[5] 丁冉,肖伟华,于福亮,等.水资源质量评价方法的比较与改进[J].中国环境监测,2011,(6):63-68.
[6] 丁雪卿.改进的内梅罗污染指数法在集中式饮用水源地环境质量评价中的应用[J].四川环境,2010,(4):47-51.
[7] 王博,韩合.内梅罗指数法在水质评价中的应用及缺陷[J].中国城乡企业卫生,2005,110:16-17.
[8] 雒文生,李怀恩.水环境保护[M].北京:中国水利水电出版社，2009:160-172.
[9] 蓝琳,张江山.W值水质评价法的改进与应用[J].福建师范大学学报，2007(7)：83-86.
[10] 兰文辉.环境水质评价方法的分析与探讨[J].干旱环境监测,2002,16,(3):167-169.
[11] 李茜,张建辉,林兰钰,等.水环境质量评价方法综述[J].现代农业科技,2011,(19):285-290.
[12] 范鹏,李树平,曹加亮.水源水质评价方法的应用分析[J].河南科学,2010,(11):1426-1430.
[13] 邹志红，孙靖南，任广平.模糊评价因子的熵权法赋权及其在水质评价中的应用[J].环境科学学报,2005,(4):552-555.
[14] 田景环,邱林,柴福鑫.模糊识别在水质综合评价中的应用[J].环境科学学报,2005,(7):950-953.
[15] 史晓新,夏军.水环境质量评价灰色模式识别模型及应用[J].中国环境科学,1997,17,(2):127-130.
[16] 于洪涛,吴泽宁.灰色关联分析在南水北调中线澧河水质评价中的应用[J].节水灌溉,2010,(3):39-41.
作者简介：刘成（1981-），男，湖北武汉人，大学本科，长江流域水环境监测中心工程师，从事水资源质量评价工作。