基于PCA-WQI_(min)模型的汤河水库水质评价

为克服不同水质评价方法的局限性,本文构建和筛选最优PCA-WQImin模型评价水环境质量。以汤河水库为研究对象,采用主成分提取法(PCA)对监测因子进行主要污染因子提取,运用WQImin模型评价汤河水库水质,反映汤河水库水质随季节变化特征及主要污染来源。基于PCA-WQImin模型确定了高锰酸盐指数、化学需氧量、总磷、氨氮、总氮、生化需氧量、溶解氧是影响汤河水库水环境质量的主要污染因子。汤河水库WQImin值夏秋两季相对较低,介于50~70,主要污染物为有机物和营养盐,来源可能为汤河流域内的生活、工业污水和农业面源污染。PCA-WQImin模型可以准确的识别影响水质的主要因子,以较低的监测成本,较少的监测数据,科学的评价水质,反映水质综合质量。该评价模型既涵盖了各项因子之间的关联性,又避免了大量的监测数据处理的复杂性和冗繁性,并且分析效率高,节约人力资源,减少资源消耗,评价结果客观、科学。根据PCA-WQImin水质评价结果反映的季节性变化特征,可以科学的制定来年监测计划。

基于主成分分析及WQI_(min)的大黑汀水库水质评价

大黑汀水库是引滦枢纽的源头,水质优劣关乎周边地区饮水安全.其水质评价当前尚处于以单指标和多指标分析简单综合的阶段.将主成分分析法与最小水质综合指数(WQI_(min))法相结合,基于2019年大黑汀水库不同水期水质监测数据,对大黑汀水库水质进行定量评价.结果表明,2019年大黑汀水库水质状况整体评价为中等,丰水期水质状况略优于平水期与枯水期,坝头水质状况略优于库尾,且水质状况从坝头至库尾呈递减趋势.基于主成分分析法所筛选出的对水库水质状况影响较大的水质因子说明该时段大黑汀水库的主要污染类型属于有机型及富营养化污染.以平水期为例,在充分考虑环境因子权重的前提下,基于主成分分析的WQI_(min)在水环境综合水质评价方面有一定的可行性与参考价值.

基于WQImin模型的武汉市金银湖水质时空特性

为确定武汉市金银湖水域水质状况,提出水质评价报告,对武汉市金银湖7个水系10个典型水质指标的时空变化特征进行研究,建立了包含五日生化需氧量(BOD_(5))、高锰酸盐指数(PI)、化学需氧量(COD)和溶解氧(DO)的4个主要污染指标的水质指数模型(WQI_(min))。结果表明:①金银湖水质空间分布特征差异较大;位于其上游的东银湖、上金湖和墨水湖属于水质较差的污染区域(WQI_(min)=25.63~31.79);位于金银湖下游的东大湖、下金湖、下银湖和上银湖属于水质中等的低污染区域(WQI_(min)=45.64~53.19)。②金银湖水质时间格局分为3段:2019年1月水质状况最佳(WQI_(min)=61.68);2018年8月—2019年3月(2019年1月除外)为低污染时期(WQI_(min)=47.17~52.70);2019年4—10月份为水质较差的污染时期(WQI_(min)=24.41~35.95)。③2019年8—9月份与2018年同期相比水质下降,其原因应为外源和内源污染物的排放增长,金银湖水体治理管控需进一步加强。

基于最简水质综合评价指数的官厅水库上游河流水质评价

河流水质评价对流域水环境管理具有重要意义。由于具有较强的综合性和可比性,水质综合评价指数(WQI)已成为国内外河流水质评价的主流方法,然而因其需要大量的水质参数,需要耗费大量的物力和财力。采用2018年官厅水库上游河流37个监测点的月度监测数据,运用全子集回归模型分训练和验证两个环节建立了对水质参数数量要求较少的适用于官厅水库上游河流水质评价的最简水质综合评价指数(WQI_(min)),并采用建立的WQI_(min)对官厅水库上游河流水质进行了时空分布特征分析。结果显示:在训练环节,水质参数的数量越多,WQI_(min)的训练效果越好,并且考虑水质参数相对权重的模型效果要优于不考虑相对权重的模型。综合考虑水质评价的准确性和易用性,采用CODMn、DO和TN等3个水质参数,且考虑水质参数权重的最简水质综合评价指数模型(WQI_(min)-b3)是训练环节官厅水库上游流域最佳的WQI_(min)模型。在验证环节,WQI_(min)-b3与WQI有较好的线性关系,证实了建立的WQI_(min)-b3模型可代替WQI模型进行官厅水库上游河流水质评价。官厅水库上游河流水质在秋季最好,夏季次之;由于受到融雪期非点源污染的影响,春季官厅水库上游河流水质最差,因而官厅水库上游流域应对融雪期非点源污染给予充分重视。官厅水库上游各河段WQI_(min)平均值的最高值出现在清水河,其次是南洋河;桑干河上游由于工业废水和生活污水的大量排放,其水质状态最差。该研究可为官厅水库上游及其他流域河流水质管理提供科学参考。

西安市渭河支流最小水质指数优选

分析影响渭河支流浐河、灞河、沣河和皂河水系的关键水质指标,进而确定最小水质指数(W(WQImin)),对简化水质评价意义重大。为此,在浐河、灞河、沣河和皂河4条河流共设30个采样点,于2019年4、8、12月分别进行采样,结合室内试验和数理统计的方法对浐河、灞河、沣河、皂河的15个水质指标进行分析,发现沣河DO含量最高,皂河和浐河交汇后的灞河段的EC、亚硝氮含量相比其他河流较高。此外,基于15个水质指标应用水质指数(WWQI)对浐灞沣皂河水质的时空变化进行评价,发现水质总体达中等以上水平(WWQI≥51),4条河流中沣河水质更好,而2019年春季的水质相比另外两个时期更好。同时,应用逐步多元线性回归分析法和经验法确定出了最佳的最小水质指数(W(WQImin)),该W(WQImin)包含DO、氨氮、CODMn、浊度、硝氮、SO42-、EC共7个水质指标,与基于15个水质指标得出的WWQI相比的相对误差PPE仅为4.78%,确定性系数R2则达到了0.95,均方根误差RRMSE仅为3.99。最后,将WWQI与最佳W(WQImin)在浐河、灞河、沣河、皂河进行时空对比发现二者在时空分布上具有一致性。可见选出的最佳W(WQImin)可较好地替代WWQI对浐河、灞河、沣河、皂河附近流域进行省时、低成本、高效的水质评价。

冬春交替期沱江流域水质评价及差异分析

为深入了解沱江经过综合治理取得的成效,选择沱江流域水质由好变差的冬春交替转折期,对沱江流域16个国考断面和1个背景断面(对照省控断面),基于全流域2016—2019年2月份监测结果,采用WQI_(min)法,选择pH值、溶解氧、总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数和电导率7个参数,对比分析了2016—2019年冬春交替期沱江流域水质变化;采用综合水质指数法,分析了各断面参评参数污染贡献率。结果表明:2016—2019年,冬春交替期沱江流域水质不断改善,2019年已消除极差水质断面,总磷污染在上游得到有效控制,但全流域总氮污染突出,背景断面水质污染问题已呈现,沱江流域特别是下游治理重点应在生活污水和农业面源的控制上。研究结果为沱江流域后续污染治理、打赢“长江大保护”攻坚战和保护长江上游生态屏障提供科学依据。

改进WQI在川中丘陵地区典型流域水质评价中的应用-以琼江流域上游段为例

水质指数(WQI)克服了传统水质评价方法无法同时满足定性评价与定量评价的缺点,但其所需指标较多,无法做到广泛运用。以琼江流域上游段为川中丘陵地区典型流域的代表,对其2018—2019年水质监测数据进行多元线性逐步回归分析,从25个水质指标中筛选出氨氮(NH_(3)-N)、化学需氧量(COD_(Cr))、生化需氧量(BOD_(5))、溶解氧(DO)4个指标建立改进WQI(WQI_(min))模型,该模型评价结果与WQI高度相关,并且具有较好的预测性能(R^(2)=0.81,PE=11.9%)。WQI_(min)评价结果表明:琼江流域上游段WQI_(min)均值为63.1±17.2,水质等级为好;干流WQI_(min)整体上呈沿程升高的趋势,流经安居区时,WQI_(min)明显降低,但能较快恢复至入城区前的水平;WQI_(min)由高至低依次为琼江干流>会龙河>玉丰河>蟠龙河>石洞河,主要支流水质均劣于干流,建议区域水污染治理的重点应逐步放到支流上。