飞雪公子
摘要：本文从水环境质量评价的基本概念出发，在简要介绍现有水环境质量评价方法的基础上，对各方法的应用条件及优缺点进行了比较分析，最后针对评价工作中对平均值的不同认识进行了分析讨论。 关键词：水环境；质量；评价标准；评价方法 1 水环境质量评价 水环境质量评价就是通过一定的数理方法和其他手段，对水环境素质的优劣进行定量描述（或将量质变换为评语）的过程。水环境质量评价必须以监测资料为基础，经过数理统计得出统计量（特征数值）及环境的各种代表值，然后依据水环境质量评价方法及水环境质量分级分类标准进行环境质量评价。 2 水环境质量评价的作用及分类 水环境质量评价是进行环境管理的重要手段之一。通过水环境质量评价可以了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，制定综合防治措施与方案；可以了解和掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划；可以为制定国家或地方的环境标准、法规、条例细则等提供科学依据；可以进行环境质量的预断预报，编制新建、改建、扩建和挖潜、革新、改造等工程技术项目的环境影响报告书和防治方案，为选址、设计和生产布局提供科学依据，还可用以总结本地区的环保工作，鉴定防治措施的效果、写出年度环境质量报告书，进行不同地区间环境质量的比较，交流情报资料，进行全国环境质量统计，促进环保科研技术的发展以及是否以牺牲水环境质量和人民健康而换取经济发展高速度的损益分析等。 按不同的分类方法，大致上可将水环境质量评价分为以下几种类型：1）按照时间可分为回顾评价、现状评价和预断评价；2）按照区域类型可分为城市、区域或流域、景区等；3）按照环境的专业用途又可分为饮用水、灌溉水、渔业用水等质量评价。 3 水环境质量评价方法 1 评价方法简介 国内外环境质量评价方法多种多样，但目前国内还没有制定出统一的评价方法标准供环保工作者使用。水环境质量评价方法较多如：布朗水质指数、普拉特水质指数、罗斯水质指数、内梅罗水质指数、综合污染指数、模糊数学法和地图叠加法等，最后一种方法是国内目前普遍采用的方法，简单且实用。以上种种评价方法都要首先确定断面单项指标代表值，大多用平均值作为代表值，而内梅罗水质指数法则既考虑到平均值，同时又考虑端值对评价结果的影响，但评价工作中有很多具体问题不易解决，很少采用。其他方法还牵涉到标准问题或评价指标的权重问题，也很少采用。 2 水环境质量评价基本步骤 评价目的 根据水环境质量评价的作用，明确评价目的。 选择评价范围 如全国、流域、水系、城市、湖库等水环境质量评价； 选取评价资料 现状评价一般选择最近年份或月份的资料作为现状资料，回顾评价则选择基础年份至现状年份资料，时段必须有一定代表意义，如淮河流域近期的回顾评价大多选择1994年至2000年的资料，因该流域的大规模污染治理是从1994年开始的； 选择评价项目 一般要包含自然指标、有机污染指标和有毒污染指标； 选择评价标准 可根据评价目的选择不同的水质评价标准； 选择评价方法 对于流域评价，一般要分水期进行单项评价、分类评价（天然类、有机类、有毒类）和综合评价。分类评价和综合评价法比较常用的是地图重叠法。对于供水水源地水质评价，一般要计算水源地水质指数(WQI)，评价结果定期向社会公布； 评价结果 描述评价结果，找出主要污染因子、主要污染区域、污染趋势及变化规律、分析污染成因等。 水环境质量评价的其目的就是通过评价了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划。因此，根据上述步骤进行评价时目的性要强，要灵活多变，充分发挥个人的主观能动性。现状评价既可以是月度评价，也可以是季度评价，还可以是年度评价。回顾评价一般是对近几年的水质进行回顾分析。 月度水质现状评价，要结合图表描述该月总体水质状况，与上月水质对比，与去年同期水质对比，水质是好转了还是恶化了，应有一个明确的结论。找出该月的主要污染因子及水质污染比较严重的河流或断面。季度现状评价同月度水质现状评价基本类似，但必须首先确定时段断面代表值。 年度水质现状评价，要结合图表描述本年度总体水质状况，与去年或基准年水质对比，水质是好转了还是恶化了，也应有一个明确的结论。从时间上来讲，因河流水质受季节影响比较明显，还可以分水期、分季度或逐月对比分析；从空间上来讲，可以按河流、水系等不同地域进行评价，河流评价还应分析沿程水质变化情况，最好用主要污染指标的浓度过程线突出污染严重的地点。在分析支流对干流污染贡献的大小时，可利用等标污染负荷比排序来加以解决，但由于偶然一次的结果可能会使其缺乏代表性，因此建议结合流量资料对某污染物进行输送量计算。举例来说，以淮河干流的鲁台孜站为下游控制点，其上游有淮干起始断面淮滨，最大的支流颍河，第二支流涡河，还有洪河、淠河、史河等。一般认为颍河及涡河对淮干的污染影响较大，但是在计算了各支流河口各年的CODmn输送量之后，发现洪河及淮河淮滨对鲁台孜的污染贡献最大，约占鲁台孜总量的30%～70%，且二断面污染物输送量各年的变化图形也同鲁台孜的图形相似，相反颍河和涡河的影响偏小。这主要是因为洪河和淮河淮滨为畅流型河道，而颍河和涡河节制闸众多所致，如后者为畅流型河道，淮河将不堪重负。以上例子能说明很多问题，但也有其一定的局限性，就是没有考虑到污染物降解因素，而且要求有完整可靠的流量系列资料。 4 水环境质量评价工作中存在问题 最近，有关部门发布了《地表水环境质量标准》（GHZB 1——1999），部分内容虽涉及到了水质评价，但仍不十分详细。该标准第1条规定“地表水环境质量评价应选取单项指标，分项进行达标率评价”，主要突出了单项达标率评价；第2条规定“对于丰、平、枯水期特征明显的水体，应分水期进行达标率评价，所使用数据不应是瞬时一次监测值和全年平均值，每一水期数据不少于两个”，在强调达标率评价的同时又否定了各水期和全年平均监测值的作用。举例来说，淮河水系的史河红石咀断面水质一直较好，多数月份为Ⅱ类，少数月份为Ⅲ类，但《淮河流域水污染防治规划及”九五“计划》中的水质目标定为Ⅳ类，水质达标率肯定是100%，如果人们想知道该断面各水期及全年综合评价到底是几类水，就没有一个量化概念。如果有断面代表值时，就能解决这一问题。流域水质评价是区域评价，内容必然会涉及到流域总体水质，在各断面没有时段代表值时，按监测站次进行达标率评价所得出的流域总体达标率信息将会失真，因为这个结果在一定程度上受各站的监测频率影响较大，无意中给各站设定了权重。例如，一个站监测频率是3次/年，大多为超Ⅴ类水体，另一站监测频率为12次/年，大多为Ⅲ类水体，按监测站次统计该区域年水质类别百分比时，水质好的百分比就会偏大，不能反映真实情况。 根据统计学原理，要对一个样本系列进行完整描述，必须了解随机变量的可能取值与概率的关系，达标率、超标率、检出率评价实际上相当于概率评价，但在实际工作中需要的不仅仅是概率与其对应的随机变量取值的关系，还需要描述随机变量分布的总体概括，即随机变量的数字特征，并根据特征值确定某断面在评价时段内的水质类别。在处理实际问题时，仍需要有限次的试验或观测来解决。数字特征通常有两大类：一类是反映随机变量的集中程度，即平均数，其数字特征值有平均值、中位值、众数和几何平均值；一类是反映随机变量的离散程度，数字特征值有平均差、方差和均方差。 环境统计平均值，是指在同质的总体中，环境现象在一定的时间、地点和条件下所达到的一般水平的统计指标。其显著特点是用一个数值来代表所研究环境现象的一般水平，以及把总体各变量之间的差异给抽象掉了。实际上是一个从个性到共性的过程。利用平均数，可以比较同类现象在不同区域所达到的一般水平，帮助人们认识所研究环境对象的总体情况，并且可以研究某种事物一般水平在不同时间上的发展变化，从而观察和分析其发展变化的过程和发展趋势。只有这样才能揭示各种环境现象之间相互依存关系的规律性。 众数是样本系列中出现次数最多的一个随机变量，具有很好的代表性，但短期水质资料中众数一般不易找到，实际工作中不可能得到真实的众数。而几何平均值主要是研究平均增加率或平均比率之用，对于变幅很大的因素常常使用。因此在水质评价时一般不采用众数和几何平均值作为代表值。 算术平均值、中位值和众数的位置关系如果用横坐标代表变量的取值，纵坐标代表相应的频数，如曲线分布为对称形，则三者合而为一。如曲线分布为正偏或负偏（见图1、图2），那么算术平均值受端值影响最大，远离众数；而中位值受项数影响，离众数较近。 离散程度反映变量分布在平均值两侧的疏蜜程度，离散度小，说明变量取值与平均值相差很小，平均值比较稳定且代表性强。相反，离散度大，说明变量取值与平均值相差很大，说明平均值稳定性小且代表性差。 评价精度是指所得出的评价结果与实际的环境质量之间的差异。评价代表值的精密度决定了评价结果的精度。假设以平均值作为代表值，根据平均值标准偏差公式不难看出，取样密度越大（即n越大），平均值标准偏差就越小，平均值越可靠，精度越高，同样评价精度也就得到了相应提高。 从以上分析可以看出，水环境质量评价必须统计断面代表值，这是水质评价的基础。究竟是取平均值合适，还是取中位值合适，要具体情况区别对待。在水质评价时首先计算平均值标准差，并由此判断平均值的代表性，会给评价工作增加较多工作量。一般情况下，中位值出现的频率比较接近众数出现的频率，中位值具有很好的代表性，当监测频率为每月一次时，可将水期平均值或中位值作为断面代表值；当监测频率为每两个月一次时，可将中位值作为水期断面代表值；当三、四个月监测一次时，平均值和中位值都无代表性。显然，在水质评价时一味强调年平均值受极值影响无代表性，或者认为年平均值不能反映极值，这些观点是值得商榷的。 
定义 研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学。 环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和社会环境。 自然环境是直接或间接影响到人类的，一切自然形成的物质及其能量的总体。现在的地球表层大部分受过人类的干预，原生的自然环境已经不多了。 环境科学所研究的社会环境是人类在自然环境的基础上，通过长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。它是人类物质文明和精神文明发展的标志，并随着人类社会的发展不断丰富和演变。 环境具有多种层次，多种结构，可以作各种不同的划分。按照环境要素可分为大气、水、土壤、生物等环境；按照人类活动范围可分为村落、城市、区域、全球、宇宙等环境。环境科学是把环境作为一个整体进行综合研究的。 地球表面有四个圈层，即气圈、水圈、土壤-石圈，以及在这三个圈交会处适宜于生物生存的生物圈。这四个圈主要在太阳能的作用下进行着物质循环和能量流动。 人类出现后，通过生产和消费活动，从自然界获取生存资源，然后又将经过改造和使用的自然物和各种废弃物还给自然界，从而参与了自然界的物质循环和能量流动过程，不断地改变着地球环境。人类在改造环境的过程中，地球环境仍以固有的规律运动着，不断地反作用于人类，因此常常产生环境问题。 环境问题在古代就有了。西亚的美索不达米亚、中国的黄河流域，都是人类文明的发祥地。由于大规模地毁林垦荒，又不注意培育林木，造成严重的水土流失，以致良田美地逐渐沦为贫瘠土壤。 产业革命以后，社会生产力的迅速发展，机器的广泛使用，为人类创造了大量财富，而工业生产排出的废弃物却造成了环境污染。19世纪下半叶，世界最大工业中心之一的伦敦，曾多次发生因排放煤烟引起的严重的烟雾事件。 在世界人口数量不多、生产规模不大的时候，人类活动对环境的影响并不太大，即使发生环境问题也只是局部性的。而到了二十世纪50年代以来，社会生产力和科学技术突飞猛进，人口数量激增，人类征服自然界的能力大大增强，环境的反作用便日益强烈地显露出来，成为世界各国人民共同关心的全球性问题。 到18世纪末，人类发现的化学元素只有20多种，现在94种天然元素已经全部被发现，而且还制成了十多种人造元素，人工制取的各种化合物的种类也与年俱增，据统计目前已超过800万种。在这些化学品中，有毒化学品的年产量已达400万吨。 大量人工制取的化合物包括有毒物质进入环境，在环境中扩散、迁移、累积和转化，不断地恶化环境，严重威胁着人类和其他生物的生存。60年代末爱尔兰海上成千上万只死去的海鸟体内含有高浓度的多氯联苯；广袤荒无的南极大陆的企鹅体内也检出了DDT；北极附近格陵兰冰盖层中铅和汞的含量不断上升；日本出现主要由镉污染造成的痛痛病，和由汞污染造成的水俣病等等。这一切已经引起世界各国的普遍关注。 人类活动排放的废弃物，越来越大地超过环境自净能力，从而影响全球的环境质量。据70年代估计，全世界每年排入环境的固体废物超过30亿吨，废水约6000～7000亿吨，废气中仅一氧化碳和二氧化碳就近4亿吨。 大量废弃物排入环境使大气和水体的组成起了变化。大气中的二氧化碳含量(按体积计)已由19世纪的028%增加到现在的032%。二氧化碳对地球气候起着调节作用。科学实验证实，如果它的含量继续增高，势必引起全球性的气候异常。 西欧一些国家排放的大量硫氧化物、氮氧化物。经风传送，随雨水降落，造成斯堪的纳维亚地区一些淡水湖的酸度显著上升。瑞典一些湖泊水中的氢离子浓度比30年代几乎增加了100倍，鱼产量因而大幅度下降。 近年来世界上每年由于海运、沿海钻探和开采石油、事故溢漏和废物处理排入海洋的石油及其制品达到600多万吨。海洋被石油污染，使海洋浮游生物的生存受到严重的威胁。据估计，现在大气圈中的氧气，有四分之一是海洋中的海洋浮游植物通过光合作用而产生的。海洋浮游植物一旦遭到严重的损害，势必影响全球的氧含量的平衡。 人口的增长和生产活动的增强，成为对环境新的冲击和压力。许多种资源日益减少，并面临耗竭的危险。由于不合理的耕作制度，世界上被风蚀、盐碱化的土地日益增多。据联合国有关部门估计，土壤由于侵蚀每年损失240亿吨，沙漠化土地每年扩大600万公顷。 另外，由于原生环境的消失、人类的捕杀和环境污染，世界上的植物和动物遗传资源急剧减少了。估计有25000种植物和1OOO多种脊椎动物的种、亚种和变种面临灭绝的危险，这对人类将是无法弥补的损失。 以上事实说明，当今世界上大气、水、土壤和生物所受到的污染和破坏已达到危险的程度。自然界的生态平衡受到日益严重的干扰，自然资源受到大规模破坏，自然环境正在退化。环境科学就是为解决人类面临的严重的环境问题，为创造更适宜、更美好的环境而逐渐发展起来的。它的兴起和发展，标志着人类对环境的认识、利用和改造进入了一个新的阶段。 环境科学的研究领域和主要任务环境科学的研究领域，在50～60年代侧重于自然科学和工程技术的方面。目前已扩大到社会学、经济学、法学等社会科学方面。 对环境问题的系统研究，要运用地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会学、经济学、法学等多种学科的知识。所以，环境科学是一门综合性很强的学科。 它在宏观上研究人类同环境之间的相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，揭示社会经济发展和环境保护协调发展的基本规律；在微观上研究环境中的物质，尤其是人类活动排放的污染物的分子、原子等微小粒子在有机体内迁移、转化和蓄积的过程及其运动规律，探索它们对生命的影响及其作用机理等。 环境科学的主要任务 环境科学主要探索全球范围内环境演化的规律；揭示人类活动同自然生态之间的关系；探索环境变化对人类生存的影响；研究区域环境污染综合防治的技术措施和管理措施等等。 在人类改造自然的过程中，为使环境向有利于人类的方向发展，避免向不利于人类的方向发展，就必须了解环境变化的过程，包括环境的基本特性、环境结构的形式和演化机理等。 人类生产和消费系统中物质和能量的迁移、转化过程是异常复杂的。但必须使物质和能量的输入同输出之间保持相对平衡。这个平衡包括两项内容，一是排入环境的废弃物不能超过环境自净能力，以免造成环境污染，损害环境质量；二是从环境中获取可更新资源不能超过它的再生增殖能力，以保障永续利用。因此，社会经济发展规划中必须列入环境保护的内容，有关社会经济发展的决策必须考虑生态学的要求，以求得人类和环境的协调发展。 环境变化是由物理的、化学的、生物的和社会的因素，以及它们的相互作用所引起的。因此必须研究污染物在环境中的物理、化学的变化过程，在生态系统中迁移转化的机理，以及进入人体后发生的各种作用，包括致畸作用、致突变作用和致癌作用。同时，必须研究环境退化同物质循环之间的关系。这些研究可为保护人类生存环境、制定各项环境标准、控制污染物的排放量提供依据。 实践证明环境保护需要综合运用多种工程技术措施和管理手段，从区域环境的整体出发，调节并技术措施和管理手段，从区域环境的整体出发，调节并控制人类和环境之间的相互关系，利用系统分析和系统工程的方法寻找解决环境问题的最优方案。 环境科学的目的 1、为维护环境质量、制定各种环境质量标准，污染物排放标准提供科学依据。 2、为国家制定环境规划、环境政策以及环境与资源保护立法提供依据。 环境科学的分支学科 环境科学主要是运用自然科学和社会科学的有关学科的理论、技术和方法来研究环境问题。在与有关学科相互渗透、交叉的中形成了许多分支学科。属于自然科学方面的有环境地学、环境生物学、环境化学、环境物理学、环境医学、环境工程学；属于社会科学方面的有环境管理学、环境经济学、环境法学等。 环境地学 以人-地系统为对象，研究它的发生和发展，组成和结构，调节和控制，改造和利用。主要研究内容有：地理环境和地质环境等的组成、结构、性质和演化，环境质量调查、评价和预测，以及环境质量变化对人类的影响等。 环境地学的学科体系尚未完全定型，目前较成熟的分支学科有环境地质学、环境地球化学、环境海洋学、环境土壤学、污染气象学等。 环境生物学 研究生物与受人类干预的环境之间的相互作用的机理和规律。它有两个研究领域：一个是针对环境污染问题的污染生态学；一个是针对环境破坏问题的自然保护。 环境生物学以研究生态系统为核心，向两个方向发展：从宏观上研究环境中污染物在生态系统中的迁移、转化、富集和归宿，以及对生态系统结构和功能的影响；从微观上研究污染物对生物的毒理作用和遗传变异影响的机理和规律。 环境化学 主要是鉴定和测量化学污染物在环境中的含量，研究它们的存在形态和迁移、转化规律，探讨污染物的回收利用和分解成为无害的简单化合物的机理。它有两个分支：环境污染化学和环境分析化学。 环境物理学 研究物理环境和人类之间的相互作用。主要研究声、光、热、电磁场和射线对人类的影响，以及消除其不良影响的技术途径和措施。声、光、热、电、射线，为人类生存和发展所必需。但是，它们在环境中的量过高或过低，就会造成污染和危害。 环境医学 研究环境与人群健康的关系，特别是研究环境污染对人群健康的有害影响及其预防措施，包括探索污染物在人体内的动态和作用机理，查明环境致病因素和致病条件，阐明污染物对健康损害的早期反应和潜在的远期效应，以便为制定环境卫生标准和预防措施提供科学依据。环境医学的研究领域有环境流行病学、环境毒理学、环境医学监测等。 环境工程学 是运用工程技术的原理和方法，防治环境污染，合理利用自然资源，保护和改善环境质量。主要研究内容有大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废物的处理和利用、噪声控制等，并研究环境污染综合防治，以及运用系统分析和系统工程的方法，从区域环境的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。此外，环境工程学还研究控制污染的技术经济问题，开展技术发展的环境影响评价工作。 环境管理学 研究采用行政的、法律的、经济的、教育的和科学技术的各种手段调整社会经济发展同环境保护之间的关系，处理国民经济各部门、各社会集团和个人有关环境问题的相互关系，通过全面规划和合理利用自然资源，达到保护环境和促进经济发展的目的。 环境经济学 研究经济发展和环境保护之间的相互关系，探索合理调节人类经济活动和环境之间的物质交换的基本规律，其目的是使经济活动能取得最佳的经济效益和环境效益。 环境是一个有机的整体，环境污染又是极其复杂的、涉及面相当广泛的问题。因此，在环境科学发展过程中，环境科学的各个分支学科虽然各有特点，但又互相渗透，互相依存，它们是环境科学这个整体的不可分割的组成互相依存，它们是环境科学这个整体的不可分割的组成部分。 环境科学的产生和发展 1、环境科学是在20世纪50年代环境问题严重化的背景下诞生的，1954年美国学者最早提出了“环境科学”一词。 2、国际性环境科学机构出现于20世纪60年代，1968年国际科学联合理事会设立了环境问题科学委员会，20世纪70年代出现了以环境科学为内容的专门著作，其中为1972年“联合国人类环境会议”而出版的《只有一个地球》是环境科学中一部最著名的绪论性著作。 环境科学的未来 随着人类在控制环境污染方面所取得的进展，环境科学这一新兴学科也日趋成熟，并形成自己的基础理论和研究方法。它将从分门别类研究环境和环境问题，逐步发展到从整体上进行综合研究。 环境科学的方法论也在发展。例如在环境质量评价中，逐步建立起一个将环境的历史研究同现状研究结合起来，将微观研究同宏观研究结合起来，将静态研究同动态研究结合起来的研究方法；并且运用数学统计理论、数学模步发展到从整体上进行综合研究。通过这种研究，逐渐形成生态系统和经济社会系统的相互关系的理论。 环境科学的方法论也在发展。例如在环境质量评价中，逐步建立起一个将环境的历史研究同现状研究结合起来，将微观研究同宏观研究结合起来，将静态研究同动态研究结合起来的研究方法；并且运用数学统计理论、数学模式和规范的评价程序，形成一套基本上能够全面、准确地评定环境质量的评价方法。 环境科学现有的各分支学科，正处于蓬勃发展时期。这些分支学科在深入探讨环境科学的基础理论和解决环境问题的途径和方法的过程中，还将出现更多的新的分支学科。例如环境生物学在研究污染对微生物生命活动和种群结构的影响，以及由于微生物种群的变化而引起的环境变化方面，将导致环境微生物学的出现。这种发展情况将使环境科学成为一个枝繁叶茂的庞大学科体系。 环境科学专业业务培养目标：本专业培养具备环境科学的基本理论、基本知识和基本技能，能在科研机构、高等学校、企事业单位及行政部门等从事科研、教学、环境保护和环境管理等工作的高级专门人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习环境科学方面的基本理论、基本知识，受到应用基础研究、应用研究和环境管理的基本训练，具有较好的科学素养及一定的教学、研究、开发和管理能力，掌握环境监测与环境质量评价的方法以及进行环境规划与管理的基本技能。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1．掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识； 2．掌握环境科学与管理的基本理论、基本知识和基本技能； 3．了解相近专业的一般原理和知识； 4．熟悉国家环境保护、自然资源合理利用、可持续发展、知识产权等有关政策和法规； 5．了解环境科学的理论前沿、应用前景和最新发展动态，以及环境保护产业的发展状况； 6．掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。
