第四章
环境监测与水质评价
4.1 水质监测概述
4.1.1 概念
水质监测是进行污染防治和水资源保护的
基础，是贯彻执行水环境保护法规和实施水质
管理的依据。水质监测是在水质分析的基础上
发展起来的，是对代表水质的各种标志数据的
测定过程。
4.1.2 目的
通过水质监测达到如下目的
(1)提供代表水质质量现状的数据，供评价水体环
境质量使用。
(2)确定水体中污染物的时、空分布状况，追朔污
染物的来源、污染途径、迁移转化和消长规律，预测
水体污染的变化趋势。
(3)判断水污染对环境生物和人体健康造成的影响，
评价污染防治措施的实际效果，为制定有关法规、水
环境质量标准、污染物排放标准等提供科学依据。
(4)为建立和验证水质污染模型提供依据。
(5)探明污染原因，污染机理以及各种污染物质，
进一步深入开展水环境及污染的理论研究。
4.1.3 过程
水质监测过程包括：布设站网，选择
采样技术、监测项目、方法，进行分析测
试、数据处理和监测成果管理，为保证监
测资料的代表性、可比性和可靠性，在监
测过程中必须实行实验室内部和外部质量
控制。
4.2 水质监测网
水质站网是在一定地区，按一定原则，
用适当数量的水质测站构成的水质资料收集
系统。根据需要与可能，以最小的代价，最
高的效益，使站网具有最佳的整体功能，是
水质站网规划与建设的目的。
目前，我国地表水的监测，主要由水利和
环保部门承担。
水质监测站进行采样和现场测定工作，
是提供水质监测资料的基本单位。根据建站
的目的以及所要完成的任务，水质监测站又
可分为如下几类：
(1)基本站：通过长期的监测掌握水系水
质动态，搜集和积累水质的基本资料。
(2)辅助站：配合基本站进一步掌握水系
水质状况。
4.3 监测断面 (点 )的设臵
4.3.1 监测断面布设原则
在布设监测断面前，应查清河段内生产和生活
取水口位臵及取水量、工业废水和生活污水排
放口位臵、污染物排放种类和数量、河段内支流汇
入和水工建筑物 (坝、堰、闸等 )情况。从掌握水环
境质量状况的实际需要出发，根据污染物时、空分
布变化规律，选择优化方案，力求以最少的断面、
垂线和测点，取得代表性好的样品，能比较真实地
反映水体水质的基本情况。为此，应考虑以下几个
方面：
(1)选择监测断面位臵时，应避开死水区，尽
量选择顺直河段、河床稳定、水流平缓、无急流
险滩的地方。
(2)应考虑河道及水流特性、排污口位臵、排
污量和污水稀释扩散情况。
(3)采样断面力求与水文测流断面一致，以便
利用水文参数，实现水质与水量的结合。
采样断面一经确定，应设臵固定的标志，如
无天然标志，则应设立石柱、石桩等人工标记、
标志设臵后不得随意变动，以保证不同时期水质
分析资料的可比性和完整性。
4.3.2 监测断面及采样点的布设
4.3.2.1 河段监测断面的布设
流经城市和工业区的一般河段应设臵以
下三种类型的监测断面。
(1)对照断面
在河流进入城市或工业区以前的地方，
避开工业废水生活污水流入或回流处，设臵
对照断面,一个河段只设一个对照断面。
(2)控制断面
一个河段上控制断面的数目应根据城市的工
业布局和排污口分布情况而定。一般设在主要排
污口下游 500～ 1000m处及较大支流汇入口下游处。
(3)消减断面
消减断面是指废水、污水汇入河流，流经一
定距离与河水充分混合后，水中污染物的浓度因
河水的稀释作用和河流本身的自净作用而逐渐降
低，其左、中、右三点浓度差异较小的断面。一
般认为，应设在城市或工业区最后一个排污口下
游 1500m远的河段。
4.3.2.2 湖泊、水库监测断面的布设
应按不同部位的水域，如进水区、出水区、
深水区、浅水区、湖心区等，同时结合水文特性
及水体功能 (如饮用水取水区、娱乐区、鱼类产
卵区 )要求等情况确定。通常，进出湖 (库 )口及
河流入汇处，必须设臵控制断面。如有污水排入，
则应在排污口下设臵 1～ 2个监测断面进行控制。
湖 (库 )中心，一般受外来污染影响最小，可作为
湖 (库 )水质背景值参考，也是水质控制重要采样
点之一。如湖 (库 )无明显功能分区，可按辐射法
或网格法均匀设臵。
4.3.2.3 采样点的布设
河流、湖 (库 )各采样垂线的采样点设
臵，应根据水深、污染情况及监测要求而
定。
4.4 监测项目及监测频率的确定
4.4.1 监测项目
监测项目包括水文和水质两大类。前者主要
是水文测量，包括断面形状实测及流速、流量、
水位、流向、水温等内容，并记录天气情况。水
文测量一般应与水质监测同步进行；水文测量的
断面也应与水质监测断面吻合。但断面数量可视
具体情况适当减少，以基本能反映河流的水量平
衡为原则，具体技术要求应遵循水文测量技术规
范。在已经设臵水文站的地方，则可应用水文站
的连续测量资料。
水质监测项目的选择以能反映水质基本特征
和污染特点为原则。一般的必测项目有,pH、总
硬度、悬浮物含量、电导率、溶解氧、生化耗氧
量、化学耗氧量、三氮 (氨氮、亚硝酸盐氮、硝
酸盐氮 )、挥发酚、氰化物、汞、铬、铅、镉、
砷、细菌总数及大肠肝菌等。各地还应根据当地
水污染的实际情况，增选其它测定项目。
4.4.2 监测频率
目前一般都是按照当地枯、丰、平三个水期
进行监测，每期内监测两次。对水文情况复杂、
水质变化大的地区可根据人力、物力以及水污染
的实际情况等，适当提高监测频率。有些地区，
已在主要断面位臵设臵水质自动连续监测装臵，
这对于及时掌握水环境质量变化和水环境管理工
作将提供很多方便。
4.5 环境标准的概念、作用及体系
4.5.1 概念
环境标准是控制污染，保护环境的各种
标准的总称。它是为了保护人群健康、社会
物质财富和促进生态良性循环，对环境结构
和状态，在综合考虑自然环境特征、科学技
术水平和经济条件的基础上，由国家按照法
定程序制定和批准的技术规范；是国家环境
政策在技术方面的具体体现，也是执行各项
环境法规的基本依据。
4.5.2 作用
环境标准在控制污染、保护人类生存环境中
所起的作用表现为：
(1)环境标准是制订环境规划和环境计划的主要
依据保护人民群众的身体健康，需要制订环境保
护规划，而环境保护规划需要一个明确的环境目
标。这个环境目标应当是从保护人民群众的健康
出发，使环境质量和污染物排放控制在适宜的水
平上，也就是要符合环境标准要求。根据环境标
准的要求来控制污染、改善环境，并使环境保护
工作纳入整个国民经济和社会发展计划中。
(2)环境标准是环境评价的准绳
无论进行环境质量现状评价，编制环境
质量报告书，还是进行环境影响评价，编制
环境影响报告书，都需要环境标准。只有依
靠环境标准，方能做出定量化的比较和评价，
正确判断环境质量的好坏，从而为控制环境
质量，进行环境污染综合整治，以及设计确
实可行的治理方案提供科学的依据。
(3)环境标准是环境管理的技术基础
环境管理包括环境立法、环境政策、环境规划、
环境评价和环境监测等。如大气、水质、噪
声、固体废弃物等方面的法令和条例，这些法规包
含了环境标准的要求。环境标准用具体数字体现了
环境质量和污染物排放应控制的界限和尺度。违背
这些界限，污染了环境，即违背了环境保护法规。
环境法规的执行过程与实施环境标准的过程是紧密
联系的，如果没有各种环境标准，环境法规将难以
具体执行。
(4)环境标准是提高环境质量的重要手段
通过颁布和实施环境标准，加强环境
管理，还可以促进企业进行技术改造和技
术革新，积极开展综合利用，提高资源和
能源的利用率。努力做到治理污染，保护
环境，持续发展。
显然，环境标准的作用不仅表现在环
境效益上，也表现在经济效益和社会效益
上。
4.5.3 环境标准体系
随着人类社会的进步，尤其是科学技术和经
济的发展，以及环境污染对人类的危害状况和人
类对环境保护的要求，环境科学也日益发展，环
境标准的种类愈来愈多，并且逐渐形成一定的体
系。
按照环境标准的性质、功能和内在联系进行
分级、分类，构成一个统一的有机整体，称之为
环境标准体系。各环境标准之间互相联系、互相
依存、互相补充，具有配套性，协调发展。这个
体系不是一成不变的，它与各个时期社会经济的
发展等相适应，不断变化、充实和发展。
4.5.4 目前我国的环境标准体系
我国目前的环境标准体系，是根据我国
国情，总结自己多年来环境标准工作经验、
参考国外的环境标准体系而制定的。它分为
两级、七种类型。此外，还可分为强制性标
准和推荐性标准。
两级为：
①国家环境标准；
②地方环境标准
七种类型为：
①环境质量标准；
②污染物排放标准；
③污染报警标准；
④环境基础标准；
⑤环境方法标准；
⑥环境标准物质标准；
⑦环保仪器设备标准。
现就主要环境标准简述如下：
(1)环境质量标准
环境质量标准是指在一定时间和空间范围内，
对各种环境介质 (如大气、水、土壤等 )中的有害物
质和因素所规定的容许含量和要求，是衡量环境是
否受到污染的尺度和环境保护及有关部门进行环境
管理，制定污染排放标准的依据。
(2)污染物排放标准
污染物排放标准是根据环境质量要求，结合环
境特点和社会、经济、技术条件，对污染源排
入环境的有害物质和产生的有害因素所做的控制标
准，或者说是对排入环境的污染物和产生的有害因
素的允许排放量 (浓度 )或限值。
(3)环境基础标准
环境基础标准是在环境保护工作范围内，对有
指导意义的有关名词术语、符号、指南、导则等所
作的统一规定。
(4)环境方法标准
环境方法标准是环境保护工作中，以试验、分
析、抽样、统计、计算等方法为对象而制定的标准，
是制定和执行环境质量标准和污染物排放标准，实
现统一管理的基础。
(5)环境标准样品标准
环境标准样品标准是对环境标准样品必需达到
的要求所作的规定。
(6)环保仪器设备标准
为了保证污染物监测仪器所监测数据的可比性
和可靠性，污染治理设备运行的各项效率，对有关
环境保护仪器设备的各项技术要求也编制统一规范
和规定。
(7)强制性标准和推荐性标准
凡是环境保护法规、条例和标准化方法上规定
的强制执行的标准为强制性标准，如污染物排
放标准、环境基础标准、标准方法标准、环境标准
物质标准和环保仪器设备标准中的大部分标准均属
强制性标准；环境质量标准中的警戒性标准也属强
制性标准。其余属推荐性标准。
总之，环境质量标准是环境质量的目标，是
制订污染物排放标准的主要依据。污染物排放标
准是实现环境质量标准的主要手段和措施，为环
境质量服务。环境基础标准是环境体系中的指导
性标准，是制订其它各种环境标准的总原则、程
序和方法。而环境方法标准、环境标准样品标准
和环保仪器设备标准是制订、执行环境质量标准
和污染物排放的重要技术根据和方法。它们之间
的关系是既互相联系，又互相制约。
4.6 我国常用的一些水环境标准
（见第十三章）
4.7 表征水污染的水质指标
水中杂质的具体衡量尺度称水质指标。各种
水质指标表示出水中杂质的种类和数量，由此判
断水质的好坏及是否满足要求。水质指标分为物
理、化学和微生物指标三类。常用的水质指标主
要有以下几项：
4.7.1 悬浮物 (SS)
水中呈固体的不溶解物质。。
4.7.2 好氧有机物
耗氧有机物的组成比较复杂，诸如一般的腐
殖质、人体排泄物、垃圾废物及各种生活与工业废
水中的动植物纤维、脂肪、糖类、有机酸、蛋白质、
有机原料及人工合成有机物等。显然，要分别测定
这些物质的含量是比较困难的，但它们有一个共同
的特点，即这些物质在水中被微生物生物氧化分解
时会消耗水中的溶解氧，使水体处于缺氧状态，发
生腐败分解，恶化水质。所以称这些有机物为耗氧
有机物。此外水中有机物增多还会使细菌和藻类繁
生，对卫生也是不利的。因此，有机物是水体污染
的主要指标。
在实际工作中，常利用有机物耗氧的特性用几
项氧的综合指标来表示水中有机物的含量。
(1)生化需氧量 (BOD)。指在好气条件下微生物分
解水中有机物所需的氧量，是衡量有机物对水体潜
在污染能力的一个常用参数。微生物氧化分解有机
物的过程，分两个阶段：第一阶段主要是有机物被
转化为二氧化碳、水和氨，称碳化阶段；第二阶段
主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，称硝化阶段。
因微生物活动与温度有关，一般以
20℃ 作为测定 BOD的标准温度。污水中的
有机物通常需 20d左右才能基本完成碳化
阶段的氧化分解过程，这给测定工作带来
一定困难，所以多用 5d的生物化学需氧量
作为衡量标准，简称 5d生化需氧量 (BOD5)。
BOD5大约占碳化阶段生化需氧量的 65%～
80%。
(2)化学需氧量 (COD)。指用化学氧化剂氧化工业
废水和生活污水中有机污染物所需的氧量。 COD越
高，表示水中有机物越多。目前常用的氧化剂为重
铬酸钾 (K2Cr2O7)或高锰酸钾 (KMnO4)。同一污水所用
氧化剂不同，测量的 COD值亦不相同。为区别起见，
将 COD分别写为 CODcr； CODMn或称为高锰酸盐指数。
COD与 BOD的差值表示废水中不能被生物降解的那部
分有机物含量，一般情下 BOD5＜ BOD20＜ CODMn＜ CODCr。
化学需氧量对各种无机还原物质 (如硫化物、亚硝
酸盐和氨等 )也具有氧化作用，但不能反映出可被
微生物氧化的那部分有机物的含量。
4.7.3 有害有毒物质
包括重金属、有机毒物和无机物等。
重金属可分为危害较大的，如汞 (Hg)、镉
(Cd)、铬 (Cr)、铅 (Pb)和危害较小的锰 (Mn)、铜
(Cu)、锌 (Zn)等；砷 (As)由于化合价可变，性质
与金属类似，也划归此类。
有机毒物包括酚类化合物，酚类化合物又分
为挥发与不挥发两大类，通常多测定挥发酚含量；难为生物降解的有机农药，如杀虫剂、杀菌剂、
除草剂等，按其化学结构分为有机氯、有机磷、
有机汞等三大类。此外还包括多氯联苯、多环芳
烃、芳香族氨基化合物及各种人工合成高分子物
质如塑料、合成橡胶、人造纤维等。
无机物分有毒的和无毒但有害的两大类。
有毒无机物如氰类化合物就是剧毒物质。无
毒有害无机物如酸、碱与一般无机盐。
4.7.4 植物营养素
指用来反映水体富营养化的指标，常用
的有氨氮 (NH3-N)、亚硝酸盐氮 (NO2-N)、硝
酸盐氮 (NO3-N)、总氮 (TN)、磷酸盐 (PO3-4)
和总磷 (TP)等。
4.7.5 细菌
主要是指那些对人类健康有害的细菌，如细
菌总数和大肠菌群等。它们会传播疾病，可作为
判断水污染程度的微生物学指标。
还可根据水中污染物的性质采用特殊的水质
指标，如放射性物质浓度等。此外，亦常用表示
水的物理和化学性质的指标，如温度,pH、色度、
浊度等。
总之，有的水质指标是水中某一种或某一类
杂质的含量，直接用其浓度表示，如某重金属和
挥发酚；有些是利用某类杂质的共同特性来间接
反映其含量的，如 BOD,COD等；还有一些指标是
与测定方法直接联系的，常有人为任意性，如浑
浊度、色度等。
水质指标能综合表示水中杂质的种类和含量，
是不断发展的。如何拟定最合理的指标，有待根
据生产和环境科学的发展逐渐完善。
4.8 水质评价
4.8.1 水质评价的分类与程序
4.8.1.1 概念
水质评价是水环境质量评价的简称，是根据
水体的用途，按照一定的评价参数、评价标准和
评价方法，对水体质量进行定性和定量评定的过
程。
水质评价是环境质量评价的重要组成部分。
近年来，随着生产发展和人口增长，天然水体污
染加剧，水资源供需矛盾日益尖锐，保护水质、
控制污染的重要性愈加突出，从而促进了水质评
价工作的开展。
4.8.1.2 水质评价分类
(1)按评价阶段，水质评价分为三种类型：
①回顾评价 ——根据水域历年积累的资料进行
评价，以揭示该水域水质污染的发展变化过程；
②现状评价 ——根据近期水质监测资料，对水
体水质的现状进行评价；
③预测 (或影响 )评价 ——根据地区的经济发展
规划对水体的影响，预测水体未来的水质状况。
(2)按评价水体用途，可分为：
①单项评价；
②渔业用水评价；
③游览用水评价；
④工业用水评价；
⑤农业 (灌溉 )用水评价等。
(3)按评价参数的数量，可分为：
①单因子评价；
②多因子评价。
(4)按评价水体，可分为河流、湖泊 (水库 )、河
口评价等。
4.8.1.3 水质评价的一般程序
(1)收集、整理、分析水质监测的数据及有关资
料。
(2)根据评价目的，确定水质评价的参数。
(3)选择评价方法，建立水质评价的数学模型。
(4)确定评价标准。
(5)提出评价结论。
(6)绘制水质图。
4.8.1.4 水质评价步骤
(1)水体环境背景值调查。在未受人为污染影响
状况下，确定水体在自然发展过程中原有的
化学组成。因目前难以找到绝对不受污染影响的水
体，所以测得的水环境背景值实际上是一
个相对值，可以作为判别水体受污染影响程度的参
考比较指标。
进行一个区域或河段的评价时，可将对照断面
的监测值作为背景值。
(2)污染源调查评价。污染源是影响水质的重要
因素，通过污染源调查与评价，可确定水体
的主要污染物质，从而确定水质监测及评价项目。
(3)水质监测。根据水质调查和污染源评价结论，
结合水质评价目的、评价水体的特点和影响水体水质
的重要污染物质，制定水质监测方案，进行取样分析，
获取进行水质评价特有的水质监测数据。
(4)确定评价标准。水质标准是水质评价的准则和
依据。对于同一水体，采用不同的方法，会得出不同
评价结果，甚至对水质是否污染，结论也不同。因此，
应根据评价水体的用途和评价目的选择相应的评价标
准。
(5)按照一定的数学模型进行评价。
(6)评价结论。根据计算结果进行水质优劣分级，
提出评价结论。为了更直观地反映水质状况，可绘制
水质图。
4.8.2 水质评价方法
水质评价的方法很多，有指数法、生
物评价法、模糊数学方法、层次分析法等，
它们在说明水质状况方面各有特点。
指数法评价水质，由于简单明了、容
易使用，评价结果易于比较，因而应用比
较广泛。
利用表征水体水质的物理、化学参数的
污染物浓度值，通过数学处理，得出一个较
简单的相对数值 (一般为无量纲值 )，用以反
映水体的污染程度。这种处理方法，称为指
数法，指数是定量表示水质的一种数量指标，
有反映单一污染物影响下的, 分指数, 和反
映多种污染物共同影响下的, 综合指数, 两
种。借助它们可进行不同水体之间，同一水
体不同成分之间，或同一水体不同时间之间
的水质状况的比较。
4.8.2.1 单指数 (分指数 )
单指数 (Ii)表示某种污染物对水环境产生等效
影响的程度。它是污染物的实测浓度 Ci与该污染物
在水环境中的允许浓度 (评价准 )Csi的比值，其计算
可分为以下三种情况：
(1)污染危害程度随浓度增加而增加的评价参数，分
指数按下式计算：
Ii=Ci/Csi
(2)污染危害程度随浓度增加而降低的评价参数 (如
溶解氧 )，分指数按下式计算：
Ii=（ Cimax-CI） /（ Cimax-Csi）
式中,Cimax 为某污染物浓度的最大值。
(3)对具有最低和最高允许限度的评价参数 (如 pH值 )，
分指数按下式计算：
Ii=（ Ci-Csi） /（ Csi (上限或下限 )-Csi）
式中,Csi为某污染物评价标准上、下限的平均
值。导则中给出的 pH的标准指标计算公式为：
SpH,j=(7.0-pHj)/(7.0-pHsd) pHj≤7.0
SpH,j=(pHj-7.0)/(pHsu-7.0) pHj＞ 7.0
式中,pHsd：地面水水质标准中规定的 pH值下限；
pHsu：地面水水质标准中规定的 pH值上限。
水质参数的标准指数＞ 1，表明该水质参数超过
了规定的水质标准，已经不能满足使用要求。
4.8.2.2 综合指数
综合指数表示多项污染物对水环境产生的
综合影响的程度。它是以分指数为基础，通
过各种数学关系式综合求得的。综合计算的
方法有数量统计法、评分法、迭加法等，根
据迭加时的算法不同，又分为算术平均法、
加权平均法、均值和最大值的平方和的均方
根法及几何均值法等。
(1)数量统计法。
在取得一定数量的监测值 (30～ 40个
以上 )后，用统计的方法，推求出各种水
质状况出现的概率，以及某种极端值出
现的概率。以概率表征水质指数。
(2)评分法。
根据各种污染物的监测值及其对环境产生
的实际影响进行评分；或根据污染情况分级，再
按级给分，用分数来表征水质指数。评分方法，
可由专家讨论投票决定；也可采用通讯的方法，
广泛征求各方面的意见。对各参数评分以后，用
下式计算总分：
M=∑A i
式中,Ai为各评价参数评分值。
再根据总分 M进行水质分级。
除了上述综合方式外，还有多种综合指
数的算法，现分述如下：
(1)算术平均型。该方法最简便，其计算式为：
P=(1/n)∑(C i/Csi)
式中,P为综合水质指数；
n为评价参数项数。
此计算结果容易掩盖单项高浓度污染物
的影响。
(2)加权平均型 。
以某污染物分指数 Ii乘其权系数 Wi后再求均值，
其计算式为
P=(1/n)∑I iWi
Wi可根据污染物的危害程度或群众及专家意见来
确定。
(3)均值和最大值的平方和的均方根型 。
本法考虑了最大分数指数的影响，比 (1),(2)全
面，使用较广，但最大分指数对水质的影响较大，其
计算式为：
P=((Imax2+((1/n)∑I i)2) /2)0.5
式中,Imax为评价参数中的最大分指数,(此法也
称为内梅罗法 )。
(4)几何均值型。使用较多，其计算式
为：
P=(Imax(1/n∑I i))0.5
(5)平方和平方根型。其计算式为：
P=∑I 2i
当 Ii＞ 1时,I2i越大；当 Ii＜ 1时,I2i
越小；因此，可充分突出大于 1的各分指数
的影响。
(6)均方根型。其计算式为：
P=(1/n∑I 2i)0.5
由于各种水质指数综合归纳的方法，均各
有优缺点，而评价结果，不仅取决于选用的
水质指数计算公式，还取决于监测数据的代
表性、准确性，监测数据的处理，以及选用
的水质评价标准等因素。因此，各种数学模
型只是在一定条件下，提供了对监测数据进
行归纳统计的手段，比较直观地说明水质的
状况，但也都存在着某些局限和不足。
(7)幂指数法
幂形水质指数 S的表达式为：
Sj=∏I Wii,j
其中,0＜ Ii,j≤1
∑ W i=1
4.8.2.3 超标倍数和超标率
(1)超标倍数 B
B=(C-C0) /C0
式中,C：监测数据值；
C0：环境质量标准。
(2)超标率 L
L=超标数据个数 /总监测数据个数 × 100%
4.8.3湖泊富营养化灰色聚类评价
4.8.3.1 概念
湖泊富营养化的综合评价是对湖泊富营养发
展过程中某一阶段营养状态的定量描述。由于影
响湖泊富营养的因素间关系比较复杂，故对富营
养作综合评价时，很难从监测数据中直接得到全
面的、足够的信息，从而形成一个明确的富营养
程度的概念。基于灰色系统理论的灰色聚类法能
够从多点观测的多参数数据中区分出其在某一聚
类指标下的所属类别，并且有综合、客观且能确
定各参数在某一聚类指标下的权重等优点，故在
湖泊富营养评价中具有广阔的应用前景。
4.8.3.2 方法
记 i=Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ … 为决策者 (即各个监测点 )；
j=1*,2*,3*… 为决策方案的样本 (即湖泊
富营养的评价参数 )；
k=1,2,3… 为决策量 (即湖泊富营养的评价
等级 )；
di,j为第 i决策者对第 j类决策样本所提出
的决策量的样本。
灰色聚类的基本思想是在给出 k=1,2,3…
各种决策量的标准函数 ak,j后，将 Ⅰ, Ⅱ,
Ⅲ … 各决策者所提出的决策量的样本 di,j作为
基本数据，以确定 di,j归纳为 k=1,2,3… 各种
标准决策量的 γj, k。
灰色聚类法的步骤如下：
(1)构造聚类函数 fk(i,j)
(3)作统计决策矩阵 R
(2)求决策量样本 di,j的灰色统计数 Nj,k
和灰色权 γj, k：
(4)判断决策样本 1*,2*,3*… 所属决策量
的等级：
4.9 水体的自净作用
4.9.1自净作用的定义
受污染的水体经过一系列物理、化学
与生物的作用，使污染浓度逐渐降低，
水质恢复到污染前水平的能力。
各种水体本身都具有一定的净化能力，
这种能力主要取决于水体对污染物质的物
理、化学和生物等一系列的综合作用，它
能使水体恢复到原来状态，保持着自然的
生态平衡。一般说，只要不超过水体的自
净能力范围，污染物质就可能被水体逐渐
净化，变为无害物质。但是，当排入水体
的污染物超过了水体本身的自净能力，就
会破坏水体的生态平衡，引起水污染。
4.9.2 自净的机理
水体自净机制包括沉淀、挥发、稀释、混
合等物理作用；氧化还原、分解化合、酸碱反
应等化学作用以及生物和生物化学作用等，各
种作用相互影响、同时发生并相互交织进行。
(1)物理净化作用
污染物质进入水体后，首先受到水流的稀
释与混合作用，继而是吸附、凝聚或生成不溶
物进入底泥，使水质得到改善。
① 稀释与混合
稀释与混合作用是天然水自净的一项重要措
施。稀释受分子扩散作用和涡流扩散作用的影响
，混合则与水温、水团的流量、湍流和搅动有关，
两者必须统一起来，才能降低水中污染物的浓度。
天然水体的稀释和混合作用往往不是十分均匀的，
如在河流中心，由于流速快，则混合较充分，稀
释较均匀，而在岸边或拐弯处，流速缓慢，稀释、
混合能力差，易造成岸边污染带。
② 挥发
水体中一些具有挥发性的物质如酚、
氰化物、硫化氢等，在水温、流速发生
变化时，能从水体迁移到大气中。特别
是浅而流速快的河流中，挥发是这些物
质净化的主要机制。
③ 吸附和沉淀
废、污水中不仅含有大量的溶解物质，而
且含有各种大小不同的颗粒物质。当水流流速
大或发生紊动时，这些颗粒物质呈悬浮状态，
随着水流速度下降，水流挟带悬浮物质的能力
也随之减弱，较大颗粒物首先沉降，接着，较
细的颗粒物也陆续下沉进入底泥中。由于沉淀
作用，水质得到某种程度的改善，因为在沉淀
过程中，不仅悬浮颗粒状污染物进入底泥中，
而且这些颗粒物具有一定的吸附能力，在其表
面吸附了一定数量的可溶性污染物，一起沉入
水体的底部。
(2)化学净化作用
进入水中的污染物与水体组分之间发生化学
作用，使污染物浓度降低或毒性丧失的现象，称
为化学净化作用。其中包括污染物的分解与化合、
氧化与还原、酸碱反应等。
①分解与化合
酚和氰是废水中常见的污染物，除因挥发进
入大气外，还易在水中发生分解与化合反应。酚
在 pH值较高时，与纳生成苯酚钠；氰化物在酸性
条件下，易分解而释放出氢氰酸，后者经挥发进
入大气中；重金属离子可与阴离子基团发生化合
反应，生成难溶性重金属盐类而沉淀，如硫化汞、
硫化镉以及重金属硫酸盐和磷酸盐等。
② 氧化与还原
含有氧化剂与还原剂的污水、废水进入天然
水体以后，打破了原来水体中的氧化还原平衡状
态，使变价元素之间发生电子的转移现象，引起
新的氧化还原反应。如在氧化条件下，三价铬转
化成六价铬，毒性提高；在还原条件下，有机物
分解产生有毒的挥发性气体 H2S和 NH3。因此，氧化
还原作用的结果能改变污染物质的迁移方式、存
在形态以及毒性。
③ 酸碱反应
天然水体的 pH值一般维持在 6.5～ 8.5之间，但
由于酸或碱的污染,pH值有可能低于 6.5或高于 8.5。
污染物在水中的自净过程，无论其是物理、化学或
生物的，均受 pH值的影响。水体的 pH值过高或过低，
会破坏胶体的稳定性，从而使胶体吸附性能大受损
害。在水体自净过程中起主导作用的生物和生化作
用，更受 pH值的制约，因为一切微生物都只能在一
定 pH值环境中生存，过酸、过碱对生物和生化过程
都是不利的。因此，水中酸、碱条件的变化，在很
大程度上决定着水中污染物的迁移或净化。
(3)生物净化作用
进入水中的污染物经各类生物的生理生化作
用，或被分解，或转变为无毒或低毒物质的过程，
称为生物净化过程。在天然水的自净作用中，生
物净化是最重要也是最主要的过程。
有机污染物进入水体后，微生物首先利用水
中的溶解氧对其进行好氧分解，如果进入水体的
有机物数量没有超过水体的自净能力，则水体的
自净可以顺利进行，经过一定时期后，水体又重
新恢复到原有正常状态。有氧条件下的分解产物
如 H2O,CO2,NO-3, SO42-和 PO43-等不会给水质造
成污染。如果排入水体的有机污染物很多，微生
物在其分解过程中，溶解氧消耗迅速而又不能及
时得到补充，造成水体缺氧或无氧环境，有机物
好氧分解转入厌氧分解，产生一些有毒有害的物
质如 NH3,H2S,CH4等，使水体进一步恶化。
环境监测与水质评价
4.1 水质监测概述
4.1.1 概念
水质监测是进行污染防治和水资源保护的
基础，是贯彻执行水环境保护法规和实施水质
管理的依据。水质监测是在水质分析的基础上
发展起来的，是对代表水质的各种标志数据的
测定过程。
4.1.2 目的
通过水质监测达到如下目的
(1)提供代表水质质量现状的数据，供评价水体环
境质量使用。
(2)确定水体中污染物的时、空分布状况，追朔污
染物的来源、污染途径、迁移转化和消长规律，预测
水体污染的变化趋势。
(3)判断水污染对环境生物和人体健康造成的影响，
评价污染防治措施的实际效果，为制定有关法规、水
环境质量标准、污染物排放标准等提供科学依据。
(4)为建立和验证水质污染模型提供依据。
(5)探明污染原因，污染机理以及各种污染物质，
进一步深入开展水环境及污染的理论研究。
4.1.3 过程
水质监测过程包括：布设站网，选择
采样技术、监测项目、方法，进行分析测
试、数据处理和监测成果管理，为保证监
测资料的代表性、可比性和可靠性，在监
测过程中必须实行实验室内部和外部质量
控制。
4.2 水质监测网
水质站网是在一定地区，按一定原则，
用适当数量的水质测站构成的水质资料收集
系统。根据需要与可能，以最小的代价，最
高的效益，使站网具有最佳的整体功能，是
水质站网规划与建设的目的。
目前，我国地表水的监测，主要由水利和
环保部门承担。
水质监测站进行采样和现场测定工作，
是提供水质监测资料的基本单位。根据建站
的目的以及所要完成的任务，水质监测站又
可分为如下几类：
(1)基本站：通过长期的监测掌握水系水
质动态，搜集和积累水质的基本资料。
(2)辅助站：配合基本站进一步掌握水系
水质状况。
4.3 监测断面 (点 )的设臵
4.3.1 监测断面布设原则
在布设监测断面前，应查清河段内生产和生活
取水口位臵及取水量、工业废水和生活污水排
放口位臵、污染物排放种类和数量、河段内支流汇
入和水工建筑物 (坝、堰、闸等 )情况。从掌握水环
境质量状况的实际需要出发，根据污染物时、空分
布变化规律，选择优化方案，力求以最少的断面、
垂线和测点，取得代表性好的样品，能比较真实地
反映水体水质的基本情况。为此，应考虑以下几个
方面：
(1)选择监测断面位臵时，应避开死水区，尽
量选择顺直河段、河床稳定、水流平缓、无急流
险滩的地方。
(2)应考虑河道及水流特性、排污口位臵、排
污量和污水稀释扩散情况。
(3)采样断面力求与水文测流断面一致，以便
利用水文参数，实现水质与水量的结合。
采样断面一经确定，应设臵固定的标志，如
无天然标志，则应设立石柱、石桩等人工标记、
标志设臵后不得随意变动，以保证不同时期水质
分析资料的可比性和完整性。
4.3.2 监测断面及采样点的布设
4.3.2.1 河段监测断面的布设
流经城市和工业区的一般河段应设臵以
下三种类型的监测断面。
(1)对照断面
在河流进入城市或工业区以前的地方，
避开工业废水生活污水流入或回流处，设臵
对照断面,一个河段只设一个对照断面。
(2)控制断面
一个河段上控制断面的数目应根据城市的工
业布局和排污口分布情况而定。一般设在主要排
污口下游 500～ 1000m处及较大支流汇入口下游处。
(3)消减断面
消减断面是指废水、污水汇入河流，流经一
定距离与河水充分混合后，水中污染物的浓度因
河水的稀释作用和河流本身的自净作用而逐渐降
低，其左、中、右三点浓度差异较小的断面。一
般认为，应设在城市或工业区最后一个排污口下
游 1500m远的河段。
4.3.2.2 湖泊、水库监测断面的布设
应按不同部位的水域，如进水区、出水区、
深水区、浅水区、湖心区等，同时结合水文特性
及水体功能 (如饮用水取水区、娱乐区、鱼类产
卵区 )要求等情况确定。通常，进出湖 (库 )口及
河流入汇处，必须设臵控制断面。如有污水排入，
则应在排污口下设臵 1～ 2个监测断面进行控制。
湖 (库 )中心，一般受外来污染影响最小，可作为
湖 (库 )水质背景值参考，也是水质控制重要采样
点之一。如湖 (库 )无明显功能分区，可按辐射法
或网格法均匀设臵。
4.3.2.3 采样点的布设
河流、湖 (库 )各采样垂线的采样点设
臵，应根据水深、污染情况及监测要求而
定。
4.4 监测项目及监测频率的确定
4.4.1 监测项目
监测项目包括水文和水质两大类。前者主要
是水文测量，包括断面形状实测及流速、流量、
水位、流向、水温等内容，并记录天气情况。水
文测量一般应与水质监测同步进行；水文测量的
断面也应与水质监测断面吻合。但断面数量可视
具体情况适当减少，以基本能反映河流的水量平
衡为原则，具体技术要求应遵循水文测量技术规
范。在已经设臵水文站的地方，则可应用水文站
的连续测量资料。
水质监测项目的选择以能反映水质基本特征
和污染特点为原则。一般的必测项目有,pH、总
硬度、悬浮物含量、电导率、溶解氧、生化耗氧
量、化学耗氧量、三氮 (氨氮、亚硝酸盐氮、硝
酸盐氮 )、挥发酚、氰化物、汞、铬、铅、镉、
砷、细菌总数及大肠肝菌等。各地还应根据当地
水污染的实际情况，增选其它测定项目。
4.4.2 监测频率
目前一般都是按照当地枯、丰、平三个水期
进行监测，每期内监测两次。对水文情况复杂、
水质变化大的地区可根据人力、物力以及水污染
的实际情况等，适当提高监测频率。有些地区，
已在主要断面位臵设臵水质自动连续监测装臵，
这对于及时掌握水环境质量变化和水环境管理工
作将提供很多方便。
4.5 环境标准的概念、作用及体系
4.5.1 概念
环境标准是控制污染，保护环境的各种
标准的总称。它是为了保护人群健康、社会
物质财富和促进生态良性循环，对环境结构
和状态，在综合考虑自然环境特征、科学技
术水平和经济条件的基础上，由国家按照法
定程序制定和批准的技术规范；是国家环境
政策在技术方面的具体体现，也是执行各项
环境法规的基本依据。
4.5.2 作用
环境标准在控制污染、保护人类生存环境中
所起的作用表现为：
(1)环境标准是制订环境规划和环境计划的主要
依据保护人民群众的身体健康，需要制订环境保
护规划，而环境保护规划需要一个明确的环境目
标。这个环境目标应当是从保护人民群众的健康
出发，使环境质量和污染物排放控制在适宜的水
平上，也就是要符合环境标准要求。根据环境标
准的要求来控制污染、改善环境，并使环境保护
工作纳入整个国民经济和社会发展计划中。
(2)环境标准是环境评价的准绳
无论进行环境质量现状评价，编制环境
质量报告书，还是进行环境影响评价，编制
环境影响报告书，都需要环境标准。只有依
靠环境标准，方能做出定量化的比较和评价，
正确判断环境质量的好坏，从而为控制环境
质量，进行环境污染综合整治，以及设计确
实可行的治理方案提供科学的依据。
(3)环境标准是环境管理的技术基础
环境管理包括环境立法、环境政策、环境规划、
环境评价和环境监测等。如大气、水质、噪
声、固体废弃物等方面的法令和条例，这些法规包
含了环境标准的要求。环境标准用具体数字体现了
环境质量和污染物排放应控制的界限和尺度。违背
这些界限，污染了环境，即违背了环境保护法规。
环境法规的执行过程与实施环境标准的过程是紧密
联系的，如果没有各种环境标准，环境法规将难以
具体执行。
(4)环境标准是提高环境质量的重要手段
通过颁布和实施环境标准，加强环境
管理，还可以促进企业进行技术改造和技
术革新，积极开展综合利用，提高资源和
能源的利用率。努力做到治理污染，保护
环境，持续发展。
显然，环境标准的作用不仅表现在环
境效益上，也表现在经济效益和社会效益
上。
4.5.3 环境标准体系
随着人类社会的进步，尤其是科学技术和经
济的发展，以及环境污染对人类的危害状况和人
类对环境保护的要求，环境科学也日益发展，环
境标准的种类愈来愈多，并且逐渐形成一定的体
系。
按照环境标准的性质、功能和内在联系进行
分级、分类，构成一个统一的有机整体，称之为
环境标准体系。各环境标准之间互相联系、互相
依存、互相补充，具有配套性，协调发展。这个
体系不是一成不变的，它与各个时期社会经济的
发展等相适应，不断变化、充实和发展。
4.5.4 目前我国的环境标准体系
我国目前的环境标准体系，是根据我国
国情，总结自己多年来环境标准工作经验、
参考国外的环境标准体系而制定的。它分为
两级、七种类型。此外，还可分为强制性标
准和推荐性标准。
两级为：
①国家环境标准；
②地方环境标准
七种类型为：
①环境质量标准；
②污染物排放标准；
③污染报警标准；
④环境基础标准；
⑤环境方法标准；
⑥环境标准物质标准；
⑦环保仪器设备标准。
现就主要环境标准简述如下：
(1)环境质量标准
环境质量标准是指在一定时间和空间范围内，
对各种环境介质 (如大气、水、土壤等 )中的有害物
质和因素所规定的容许含量和要求，是衡量环境是
否受到污染的尺度和环境保护及有关部门进行环境
管理，制定污染排放标准的依据。
(2)污染物排放标准
污染物排放标准是根据环境质量要求，结合环
境特点和社会、经济、技术条件，对污染源排
入环境的有害物质和产生的有害因素所做的控制标
准，或者说是对排入环境的污染物和产生的有害因
素的允许排放量 (浓度 )或限值。
(3)环境基础标准
环境基础标准是在环境保护工作范围内，对有
指导意义的有关名词术语、符号、指南、导则等所
作的统一规定。
(4)环境方法标准
环境方法标准是环境保护工作中，以试验、分
析、抽样、统计、计算等方法为对象而制定的标准，
是制定和执行环境质量标准和污染物排放标准，实
现统一管理的基础。
(5)环境标准样品标准
环境标准样品标准是对环境标准样品必需达到
的要求所作的规定。
(6)环保仪器设备标准
为了保证污染物监测仪器所监测数据的可比性
和可靠性，污染治理设备运行的各项效率，对有关
环境保护仪器设备的各项技术要求也编制统一规范
和规定。
(7)强制性标准和推荐性标准
凡是环境保护法规、条例和标准化方法上规定
的强制执行的标准为强制性标准，如污染物排
放标准、环境基础标准、标准方法标准、环境标准
物质标准和环保仪器设备标准中的大部分标准均属
强制性标准；环境质量标准中的警戒性标准也属强
制性标准。其余属推荐性标准。
总之，环境质量标准是环境质量的目标，是
制订污染物排放标准的主要依据。污染物排放标
准是实现环境质量标准的主要手段和措施，为环
境质量服务。环境基础标准是环境体系中的指导
性标准，是制订其它各种环境标准的总原则、程
序和方法。而环境方法标准、环境标准样品标准
和环保仪器设备标准是制订、执行环境质量标准
和污染物排放的重要技术根据和方法。它们之间
的关系是既互相联系，又互相制约。
4.6 我国常用的一些水环境标准
（见第十三章）
4.7 表征水污染的水质指标
水中杂质的具体衡量尺度称水质指标。各种
水质指标表示出水中杂质的种类和数量，由此判
断水质的好坏及是否满足要求。水质指标分为物
理、化学和微生物指标三类。常用的水质指标主
要有以下几项：
4.7.1 悬浮物 (SS)
水中呈固体的不溶解物质。。
4.7.2 好氧有机物
耗氧有机物的组成比较复杂，诸如一般的腐
殖质、人体排泄物、垃圾废物及各种生活与工业废
水中的动植物纤维、脂肪、糖类、有机酸、蛋白质、
有机原料及人工合成有机物等。显然，要分别测定
这些物质的含量是比较困难的，但它们有一个共同
的特点，即这些物质在水中被微生物生物氧化分解
时会消耗水中的溶解氧，使水体处于缺氧状态，发
生腐败分解，恶化水质。所以称这些有机物为耗氧
有机物。此外水中有机物增多还会使细菌和藻类繁
生，对卫生也是不利的。因此，有机物是水体污染
的主要指标。
在实际工作中，常利用有机物耗氧的特性用几
项氧的综合指标来表示水中有机物的含量。
(1)生化需氧量 (BOD)。指在好气条件下微生物分
解水中有机物所需的氧量，是衡量有机物对水体潜
在污染能力的一个常用参数。微生物氧化分解有机
物的过程，分两个阶段：第一阶段主要是有机物被
转化为二氧化碳、水和氨，称碳化阶段；第二阶段
主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，称硝化阶段。
因微生物活动与温度有关，一般以
20℃ 作为测定 BOD的标准温度。污水中的
有机物通常需 20d左右才能基本完成碳化
阶段的氧化分解过程，这给测定工作带来
一定困难，所以多用 5d的生物化学需氧量
作为衡量标准，简称 5d生化需氧量 (BOD5)。
BOD5大约占碳化阶段生化需氧量的 65%～
80%。
(2)化学需氧量 (COD)。指用化学氧化剂氧化工业
废水和生活污水中有机污染物所需的氧量。 COD越
高，表示水中有机物越多。目前常用的氧化剂为重
铬酸钾 (K2Cr2O7)或高锰酸钾 (KMnO4)。同一污水所用
氧化剂不同，测量的 COD值亦不相同。为区别起见，
将 COD分别写为 CODcr； CODMn或称为高锰酸盐指数。
COD与 BOD的差值表示废水中不能被生物降解的那部
分有机物含量，一般情下 BOD5＜ BOD20＜ CODMn＜ CODCr。
化学需氧量对各种无机还原物质 (如硫化物、亚硝
酸盐和氨等 )也具有氧化作用，但不能反映出可被
微生物氧化的那部分有机物的含量。
4.7.3 有害有毒物质
包括重金属、有机毒物和无机物等。
重金属可分为危害较大的，如汞 (Hg)、镉
(Cd)、铬 (Cr)、铅 (Pb)和危害较小的锰 (Mn)、铜
(Cu)、锌 (Zn)等；砷 (As)由于化合价可变，性质
与金属类似，也划归此类。
有机毒物包括酚类化合物，酚类化合物又分
为挥发与不挥发两大类，通常多测定挥发酚含量；难为生物降解的有机农药，如杀虫剂、杀菌剂、
除草剂等，按其化学结构分为有机氯、有机磷、
有机汞等三大类。此外还包括多氯联苯、多环芳
烃、芳香族氨基化合物及各种人工合成高分子物
质如塑料、合成橡胶、人造纤维等。
无机物分有毒的和无毒但有害的两大类。
有毒无机物如氰类化合物就是剧毒物质。无
毒有害无机物如酸、碱与一般无机盐。
4.7.4 植物营养素
指用来反映水体富营养化的指标，常用
的有氨氮 (NH3-N)、亚硝酸盐氮 (NO2-N)、硝
酸盐氮 (NO3-N)、总氮 (TN)、磷酸盐 (PO3-4)
和总磷 (TP)等。
4.7.5 细菌
主要是指那些对人类健康有害的细菌，如细
菌总数和大肠菌群等。它们会传播疾病，可作为
判断水污染程度的微生物学指标。
还可根据水中污染物的性质采用特殊的水质
指标，如放射性物质浓度等。此外，亦常用表示
水的物理和化学性质的指标，如温度,pH、色度、
浊度等。
总之，有的水质指标是水中某一种或某一类
杂质的含量，直接用其浓度表示，如某重金属和
挥发酚；有些是利用某类杂质的共同特性来间接
反映其含量的，如 BOD,COD等；还有一些指标是
与测定方法直接联系的，常有人为任意性，如浑
浊度、色度等。
水质指标能综合表示水中杂质的种类和含量，
是不断发展的。如何拟定最合理的指标，有待根
据生产和环境科学的发展逐渐完善。
4.8 水质评价
4.8.1 水质评价的分类与程序
4.8.1.1 概念
水质评价是水环境质量评价的简称，是根据
水体的用途，按照一定的评价参数、评价标准和
评价方法，对水体质量进行定性和定量评定的过
程。
水质评价是环境质量评价的重要组成部分。
近年来，随着生产发展和人口增长，天然水体污
染加剧，水资源供需矛盾日益尖锐，保护水质、
控制污染的重要性愈加突出，从而促进了水质评
价工作的开展。
4.8.1.2 水质评价分类
(1)按评价阶段，水质评价分为三种类型：
①回顾评价 ——根据水域历年积累的资料进行
评价，以揭示该水域水质污染的发展变化过程；
②现状评价 ——根据近期水质监测资料，对水
体水质的现状进行评价；
③预测 (或影响 )评价 ——根据地区的经济发展
规划对水体的影响，预测水体未来的水质状况。
(2)按评价水体用途，可分为：
①单项评价；
②渔业用水评价；
③游览用水评价；
④工业用水评价；
⑤农业 (灌溉 )用水评价等。
(3)按评价参数的数量，可分为：
①单因子评价；
②多因子评价。
(4)按评价水体，可分为河流、湖泊 (水库 )、河
口评价等。
4.8.1.3 水质评价的一般程序
(1)收集、整理、分析水质监测的数据及有关资
料。
(2)根据评价目的，确定水质评价的参数。
(3)选择评价方法，建立水质评价的数学模型。
(4)确定评价标准。
(5)提出评价结论。
(6)绘制水质图。
4.8.1.4 水质评价步骤
(1)水体环境背景值调查。在未受人为污染影响
状况下，确定水体在自然发展过程中原有的
化学组成。因目前难以找到绝对不受污染影响的水
体，所以测得的水环境背景值实际上是一
个相对值，可以作为判别水体受污染影响程度的参
考比较指标。
进行一个区域或河段的评价时，可将对照断面
的监测值作为背景值。
(2)污染源调查评价。污染源是影响水质的重要
因素，通过污染源调查与评价，可确定水体
的主要污染物质，从而确定水质监测及评价项目。
(3)水质监测。根据水质调查和污染源评价结论，
结合水质评价目的、评价水体的特点和影响水体水质
的重要污染物质，制定水质监测方案，进行取样分析，
获取进行水质评价特有的水质监测数据。
(4)确定评价标准。水质标准是水质评价的准则和
依据。对于同一水体，采用不同的方法，会得出不同
评价结果，甚至对水质是否污染，结论也不同。因此，
应根据评价水体的用途和评价目的选择相应的评价标
准。
(5)按照一定的数学模型进行评价。
(6)评价结论。根据计算结果进行水质优劣分级，
提出评价结论。为了更直观地反映水质状况，可绘制
水质图。
4.8.2 水质评价方法
水质评价的方法很多，有指数法、生
物评价法、模糊数学方法、层次分析法等，
它们在说明水质状况方面各有特点。
指数法评价水质，由于简单明了、容
易使用，评价结果易于比较，因而应用比
较广泛。
利用表征水体水质的物理、化学参数的
污染物浓度值，通过数学处理，得出一个较
简单的相对数值 (一般为无量纲值 )，用以反
映水体的污染程度。这种处理方法，称为指
数法，指数是定量表示水质的一种数量指标，
有反映单一污染物影响下的, 分指数, 和反
映多种污染物共同影响下的, 综合指数, 两
种。借助它们可进行不同水体之间，同一水
体不同成分之间，或同一水体不同时间之间
的水质状况的比较。
4.8.2.1 单指数 (分指数 )
单指数 (Ii)表示某种污染物对水环境产生等效
影响的程度。它是污染物的实测浓度 Ci与该污染物
在水环境中的允许浓度 (评价准 )Csi的比值，其计算
可分为以下三种情况：
(1)污染危害程度随浓度增加而增加的评价参数，分
指数按下式计算：
Ii=Ci/Csi
(2)污染危害程度随浓度增加而降低的评价参数 (如
溶解氧 )，分指数按下式计算：
Ii=（ Cimax-CI） /（ Cimax-Csi）
式中,Cimax 为某污染物浓度的最大值。
(3)对具有最低和最高允许限度的评价参数 (如 pH值 )，
分指数按下式计算：
Ii=（ Ci-Csi） /（ Csi (上限或下限 )-Csi）
式中,Csi为某污染物评价标准上、下限的平均
值。导则中给出的 pH的标准指标计算公式为：
SpH,j=(7.0-pHj)/(7.0-pHsd) pHj≤7.0
SpH,j=(pHj-7.0)/(pHsu-7.0) pHj＞ 7.0
式中,pHsd：地面水水质标准中规定的 pH值下限；
pHsu：地面水水质标准中规定的 pH值上限。
水质参数的标准指数＞ 1，表明该水质参数超过
了规定的水质标准，已经不能满足使用要求。
4.8.2.2 综合指数
综合指数表示多项污染物对水环境产生的
综合影响的程度。它是以分指数为基础，通
过各种数学关系式综合求得的。综合计算的
方法有数量统计法、评分法、迭加法等，根
据迭加时的算法不同，又分为算术平均法、
加权平均法、均值和最大值的平方和的均方
根法及几何均值法等。
(1)数量统计法。
在取得一定数量的监测值 (30～ 40个
以上 )后，用统计的方法，推求出各种水
质状况出现的概率，以及某种极端值出
现的概率。以概率表征水质指数。
(2)评分法。
根据各种污染物的监测值及其对环境产生
的实际影响进行评分；或根据污染情况分级，再
按级给分，用分数来表征水质指数。评分方法，
可由专家讨论投票决定；也可采用通讯的方法，
广泛征求各方面的意见。对各参数评分以后，用
下式计算总分：
M=∑A i
式中,Ai为各评价参数评分值。
再根据总分 M进行水质分级。
除了上述综合方式外，还有多种综合指
数的算法，现分述如下：
(1)算术平均型。该方法最简便，其计算式为：
P=(1/n)∑(C i/Csi)
式中,P为综合水质指数；
n为评价参数项数。
此计算结果容易掩盖单项高浓度污染物
的影响。
(2)加权平均型 。
以某污染物分指数 Ii乘其权系数 Wi后再求均值，
其计算式为
P=(1/n)∑I iWi
Wi可根据污染物的危害程度或群众及专家意见来
确定。
(3)均值和最大值的平方和的均方根型 。
本法考虑了最大分数指数的影响，比 (1),(2)全
面，使用较广，但最大分指数对水质的影响较大，其
计算式为：
P=((Imax2+((1/n)∑I i)2) /2)0.5
式中,Imax为评价参数中的最大分指数,(此法也
称为内梅罗法 )。
(4)几何均值型。使用较多，其计算式
为：
P=(Imax(1/n∑I i))0.5
(5)平方和平方根型。其计算式为：
P=∑I 2i
当 Ii＞ 1时,I2i越大；当 Ii＜ 1时,I2i
越小；因此，可充分突出大于 1的各分指数
的影响。
(6)均方根型。其计算式为：
P=(1/n∑I 2i)0.5
由于各种水质指数综合归纳的方法，均各
有优缺点，而评价结果，不仅取决于选用的
水质指数计算公式，还取决于监测数据的代
表性、准确性，监测数据的处理，以及选用
的水质评价标准等因素。因此，各种数学模
型只是在一定条件下，提供了对监测数据进
行归纳统计的手段，比较直观地说明水质的
状况，但也都存在着某些局限和不足。
(7)幂指数法
幂形水质指数 S的表达式为：
Sj=∏I Wii,j
其中,0＜ Ii,j≤1
∑ W i=1
4.8.2.3 超标倍数和超标率
(1)超标倍数 B
B=(C-C0) /C0
式中,C：监测数据值；
C0：环境质量标准。
(2)超标率 L
L=超标数据个数 /总监测数据个数 × 100%
4.8.3湖泊富营养化灰色聚类评价
4.8.3.1 概念
湖泊富营养化的综合评价是对湖泊富营养发
展过程中某一阶段营养状态的定量描述。由于影
响湖泊富营养的因素间关系比较复杂，故对富营
养作综合评价时，很难从监测数据中直接得到全
面的、足够的信息，从而形成一个明确的富营养
程度的概念。基于灰色系统理论的灰色聚类法能
够从多点观测的多参数数据中区分出其在某一聚
类指标下的所属类别，并且有综合、客观且能确
定各参数在某一聚类指标下的权重等优点，故在
湖泊富营养评价中具有广阔的应用前景。
4.8.3.2 方法
记 i=Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ … 为决策者 (即各个监测点 )；
j=1*,2*,3*… 为决策方案的样本 (即湖泊
富营养的评价参数 )；
k=1,2,3… 为决策量 (即湖泊富营养的评价
等级 )；
di,j为第 i决策者对第 j类决策样本所提出
的决策量的样本。
灰色聚类的基本思想是在给出 k=1,2,3…
各种决策量的标准函数 ak,j后，将 Ⅰ, Ⅱ,
Ⅲ … 各决策者所提出的决策量的样本 di,j作为
基本数据，以确定 di,j归纳为 k=1,2,3… 各种
标准决策量的 γj, k。
灰色聚类法的步骤如下：
(1)构造聚类函数 fk(i,j)
(3)作统计决策矩阵 R
(2)求决策量样本 di,j的灰色统计数 Nj,k
和灰色权 γj, k：
(4)判断决策样本 1*,2*,3*… 所属决策量
的等级：
4.9 水体的自净作用
4.9.1自净作用的定义
受污染的水体经过一系列物理、化学
与生物的作用，使污染浓度逐渐降低，
水质恢复到污染前水平的能力。
各种水体本身都具有一定的净化能力，
这种能力主要取决于水体对污染物质的物
理、化学和生物等一系列的综合作用，它
能使水体恢复到原来状态，保持着自然的
生态平衡。一般说，只要不超过水体的自
净能力范围，污染物质就可能被水体逐渐
净化，变为无害物质。但是，当排入水体
的污染物超过了水体本身的自净能力，就
会破坏水体的生态平衡，引起水污染。
4.9.2 自净的机理
水体自净机制包括沉淀、挥发、稀释、混
合等物理作用；氧化还原、分解化合、酸碱反
应等化学作用以及生物和生物化学作用等，各
种作用相互影响、同时发生并相互交织进行。
(1)物理净化作用
污染物质进入水体后，首先受到水流的稀
释与混合作用，继而是吸附、凝聚或生成不溶
物进入底泥，使水质得到改善。
① 稀释与混合
稀释与混合作用是天然水自净的一项重要措
施。稀释受分子扩散作用和涡流扩散作用的影响
，混合则与水温、水团的流量、湍流和搅动有关，
两者必须统一起来，才能降低水中污染物的浓度。
天然水体的稀释和混合作用往往不是十分均匀的，
如在河流中心，由于流速快，则混合较充分，稀
释较均匀，而在岸边或拐弯处，流速缓慢，稀释、
混合能力差，易造成岸边污染带。
② 挥发
水体中一些具有挥发性的物质如酚、
氰化物、硫化氢等，在水温、流速发生
变化时，能从水体迁移到大气中。特别
是浅而流速快的河流中，挥发是这些物
质净化的主要机制。
③ 吸附和沉淀
废、污水中不仅含有大量的溶解物质，而
且含有各种大小不同的颗粒物质。当水流流速
大或发生紊动时，这些颗粒物质呈悬浮状态，
随着水流速度下降，水流挟带悬浮物质的能力
也随之减弱，较大颗粒物首先沉降，接着，较
细的颗粒物也陆续下沉进入底泥中。由于沉淀
作用，水质得到某种程度的改善，因为在沉淀
过程中，不仅悬浮颗粒状污染物进入底泥中，
而且这些颗粒物具有一定的吸附能力，在其表
面吸附了一定数量的可溶性污染物，一起沉入
水体的底部。
(2)化学净化作用
进入水中的污染物与水体组分之间发生化学
作用，使污染物浓度降低或毒性丧失的现象，称
为化学净化作用。其中包括污染物的分解与化合、
氧化与还原、酸碱反应等。
①分解与化合
酚和氰是废水中常见的污染物，除因挥发进
入大气外，还易在水中发生分解与化合反应。酚
在 pH值较高时，与纳生成苯酚钠；氰化物在酸性
条件下，易分解而释放出氢氰酸，后者经挥发进
入大气中；重金属离子可与阴离子基团发生化合
反应，生成难溶性重金属盐类而沉淀，如硫化汞、
硫化镉以及重金属硫酸盐和磷酸盐等。
② 氧化与还原
含有氧化剂与还原剂的污水、废水进入天然
水体以后，打破了原来水体中的氧化还原平衡状
态，使变价元素之间发生电子的转移现象，引起
新的氧化还原反应。如在氧化条件下，三价铬转
化成六价铬，毒性提高；在还原条件下，有机物
分解产生有毒的挥发性气体 H2S和 NH3。因此，氧化
还原作用的结果能改变污染物质的迁移方式、存
在形态以及毒性。
③ 酸碱反应
天然水体的 pH值一般维持在 6.5～ 8.5之间，但
由于酸或碱的污染,pH值有可能低于 6.5或高于 8.5。
污染物在水中的自净过程，无论其是物理、化学或
生物的，均受 pH值的影响。水体的 pH值过高或过低，
会破坏胶体的稳定性，从而使胶体吸附性能大受损
害。在水体自净过程中起主导作用的生物和生化作
用，更受 pH值的制约，因为一切微生物都只能在一
定 pH值环境中生存，过酸、过碱对生物和生化过程
都是不利的。因此，水中酸、碱条件的变化，在很
大程度上决定着水中污染物的迁移或净化。
(3)生物净化作用
进入水中的污染物经各类生物的生理生化作
用，或被分解，或转变为无毒或低毒物质的过程，
称为生物净化过程。在天然水的自净作用中，生
物净化是最重要也是最主要的过程。
有机污染物进入水体后，微生物首先利用水
中的溶解氧对其进行好氧分解，如果进入水体的
有机物数量没有超过水体的自净能力，则水体的
自净可以顺利进行，经过一定时期后，水体又重
新恢复到原有正常状态。有氧条件下的分解产物
如 H2O,CO2,NO-3, SO42-和 PO43-等不会给水质造
成污染。如果排入水体的有机污染物很多，微生
物在其分解过程中，溶解氧消耗迅速而又不能及
时得到补充，造成水体缺氧或无氧环境，有机物
好氧分解转入厌氧分解，产生一些有毒有害的物
质如 NH3,H2S,CH4等，使水体进一步恶化。
