毕业设计（论文）正文模板.doc

《毕业设计（论文）正文模板.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）正文模板.doc（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业设计（论文）正文模板.精品文档.引 言有效利用江河湖泊水体，是实现可持续发展的重要内容之一。为更有效地利用和保护自然水体首先必须对水体水质进行合理的综合评价。针对长江水体水质评价的主要任务是，根据水体中反映污染程度的主要物质（据调研主要有溶解氧、挥发酚、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和高锰酸等）和石油类等物质的浓度和国家水质评价标准，分析和评价水质的类别及其发展趋势为水体管理提供科学的依据。目前水质评价方法主要是多因素的综合评价法，如灰色关联分析、模糊聚类分析法、物元模型法灰色局势决策法和综合指数评价法等。由于影响水质的因素很多，且因素与水质

2、类别之间通常存在复杂的非线性关系，所以迄今没有一种统一的和公认的方法。人工神经网络以其自学习、较好的容错性和优良的非线性逼近能力，受到众多领域学者的关注。在实际应用中，80%90%的人工神经网络模型是采用快速误差反传算法或其变化形式的网络模型（简称BPX网络），能较好地应用于函数逼近、模式识别、分类和数据压缩或数据挖掘中。本文根据依据GB3838-2002地表水环境质量标准， 选取1998年2005年长江水质监测资料进行评价， 运用该方法对监测样点进行了综合评价。第1章 概述1.1 我国水环境的现状新中国成立以来，党中央、国务院十分重视全国的水利建设，50年来建设的水利工程和设施，为我国国民经

3、济不断发展壮大发挥了巨大的作用。然而普遍存在：在水利规划中，主要从水资源本身的兴利除害来研究和处理问题，未能更自觉地将水利纳入人口、资源和环境的巨系统中，以可持续发展为目标来研究和处理问题；在水资源的开发利用中，开源和节流相比，过去更多地着重在开源，对如何真正建立起一个节水型的社会，抓得不够；在江河治理中，过去着重控制上游洪水和泥沙的来源，对于在来水来沙改变后，下游河道可能发生的变化，注意和研究不够，未能更自觉地将河流上下游作为整体，研究水沙资源的合理配置以及河流生态环境的合理规划；在水文监测中，重水量研究、轻水质监测。总之，50年来我国的水利发展是注意力过多地放在了水利工程设施的建设上即重工

4、程建设，对与水利相关的生态环境问题重视不够即轻水环境与生态保护。在广泛调查研究后，总结50年来水利工作的经验教训，在1999年中国水利学会第七次全国会员代表大会上，提出了资源水利的概念，指出：“由工程水利转向资源水利是一个生产力发展的过程。当前生产力发展了，需要我们更宏观地看问题，需要我们在原有水利工作的基础上更进一步、更上一个台阶，做好水利工作。从另一个角度讲，由于科学技术的发展，现在已经具备这样做的条件。资源水利有两层意义，一层是实践意义。在实践中要把水利搞得更好，就要从水资源管理的角度来做好我们的工作。另一层意义是理论意义。全世界都提出了可持续发展问题，水资源作为环境的重要组成，一定要高

5、举可持续发展的旗帜，通过资源水利的思想，实现水资源的可持续利用”。资源水利具体可概括为水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等6个方面，其中水资源利用是资源水利的目标，水资源开发、治理是资源水利的根本途径，水资源配置是资源水利的关键环节，也是资源水利的核心内容，而水资源节约和保护则是资源水利的前提与基础。资源水利的提出为我国面向21世纪的水利与水利科技的发展及水利改革打开了新的思路，也为水环境与生态保护指明了方向。我国水环境保护事业起始于70年代，之后建立了相应的环境管理、科研、监测机构；制定了一系列水环境保护的法规和政策；实施了一系列水污染防治措施，取得了一定的成绩。但从总体上看，我国的

6、水环境保护事业尚不能与经济同步协调发展，水环境与生态环境的恶化趋势未能得到有效控制。我国水环境与生态环境的现状可以用“水多、水少、水脏、水浑和水生态失衡”几个特点来概括。水多是指洪涝灾害和水资源时空分布与经济发展的布局和要求不匹配；水少指水量型和水质型缺水；水脏指水环境遭到破坏，使水源达不到生活和工农业用水的要求；水浑指水土流失；水生态失衡指江河断流、湖泊萎缩、湿地干涸、土壤沙化、森林草原退化导致土地荒漠化等一系列主要由水引起的生态蜕变。目前在水的供求关系紧张与水污染的双重压力下，水环境问题日趋严重。在我国600多个建制市中，有400多个城市缺水，其中110个严重缺水，每年影响工业产值2000

7、多亿元。另一方面，由于大量未经处理的废污水排入江河湖库，致使全国1/2的河段受到污染；90%以上城市附近的水域污染严重，141个国控城市河段中，36.2%的城市河段为至类水质，63.8%的城市河段为至劣类水质；一半以上的湖泊水体富营养化，滇池、太湖、巢湖等大部分湖泊富营养化严重，靠近城镇等人口密集区的很多湖泊己退化成为流域中的污水库。水污染正从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从区域性向流域性发展。地表水的短缺导致对地下水的超量开采。在缺水严重的华北地区，地下水提供的水量占总用水量的87%，每年地下水超采300亿m3。严重的超采地下水，使水位持续下降，已引起地面沉降、地面塌陷、地裂缝和海水入侵

8、等环境地质问题，并形成地下水位降落漏斗，尤以华北地区为重。全国多数城市地下水受到一定程度的污染，局部地区的部分水质指标超标。在全国118个城市中，64%的城市地下水严重污染，33%的轻度污染，清洁的只有3%。地下水质污染有逐年加重的趋势。地下水污染中“三氮”（氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮）污染较为普遍。农村和小城镇因化肥、农药的大量施用而引起了地下水、饮用水硝酸盐污染。在对黄淮海地区14个县市的调查结果显示，在调查的69个地点中有半数以上超过饮用水硝酸盐含量的最大允许浓度50 mg/l，其中最高者达300 mg/l，已成为湖泊富营养化的主要来源。有机污染、重金属和农药残留污染的问题也已十分严重。

9、随着人类活动范围和规模的扩大，人工绿洲面积、灌溉面积的增加，生产与生活用水成倍增加，天然生态环境用水被挤占严重、大量减少，导致部分地区天然绿洲和湖泊萎缩、河道断流、湿地消失、土壤沙化、草场退化、荒漠化面积扩大，加剧了生态环境的不断恶化，主要表现形式如下：一是水资源过量开发，引起生态环境恶化，如河道断流、河湖萎缩、湿地消失、林木草场退化、土地沙漠化扩大。近几年，黄河下游每年都发生断流，断流时间也越来越长，对下游地区人民生活和经济发展造成了严重影响。其它比较突出的断流河流还有塔里木河、黑河等。各绿洲均有从下游向上游萎缩之趋势，尽管各流域中游生态环境基本上处于良性状态，但下游生态环境明显恶化，普遍遭

10、受沙漠化之威胁。石羊河下游民勤绿洲已有近13.4万km2土地沙漠化；黑河下游额济纳绿洲亦严重退化。湖泊面积的萎缩和数量的减少更为突出，长江中下游地区，建国以来有1/3以上的湖泊湿地面积被围垦，围垦总面积达1.3万km2，这一数字约相当于目前五大淡水湖（鄱阳湖、洞庭湖、太湖、洪泽湖和巢湖）面积总和的1.3倍。号称“千湖之省”的湖北，目前也只剩下326个湖泊，面积由原来的83.3万km2减少至23.6万km2，水面减少71.6%。沿海地区，围海造地工程使湿地面积每年以2万多km2的速度减少，近40年来，累计丧失海滨滩涂湿地约100多万km2，相当于沿海湿地总面积的50%。二是水资源利用方式和方法不

11、当，灌溉定额过大，导致土壤次生盐渍化。灌溉是绿洲农业的命脉，历史沿用的灌溉制度不尽合理，传统农业采用大水漫灌的方式，提高了地下水位，加剧了土壤次生盐渍化，大量的农耕地因土壤盐渍化不得不弃耕。河西走廊60年代初以来开垦的耕地已基本撂荒，走廊东段的景电工程灌区，因次生盐渍化已有30%的耕地弃耕，整个河西走廊损失良田约180万km2。三是水土流失和边治理边破坏的现象十分严重。水土流失面积达367万km2，占国土面积的38.2%，年平均侵蚀模数达到3000 t/km2，每年流失表层土壤50多亿t/km2，其中黄土高原、四川盆地存在两个大范围连片侵蚀区，另外湘、赣、鄂、桂、粤、滇六省山地侵蚀强度也很高，

12、最高年侵蚀量可达15000-20000 t/km2。黄河中游是侵蚀程度最严重的地区，目前水土流失面积达到43万km2， 其中严重流失面积28万km2。由于破坏性的砍伐和过度放牧，水土流失的区域正在向大江大河的源头扩展。近年来城市水土流失也比较严重，据有关部门对57个城市的水土流失情况抽样调查，城市水土流失面积约占被调查区域面积的24%左右。可见城市水土流失是比较严重的。水土流失的直接问题是：耕地因水土流失，尤其是表土流失，而肥力下降，耕层土壤变浅，土壤保水能力减弱，导致土壤沙化，其结果是土地生产力降低。间接问题是大量泥沙进入水体，抬高了河床，造成了河道和湖泊水库的淤积，加剧了洪涝灾害。据统计，

13、由于淤积，全国己丧失水库、山塘库容40%。总之，我国的水环境与生态问题不仅仅在于缺水和污染的蔓延，而是整体水生态环境变得相当脆弱，特别是98年长江、松花江出现全流域性的大洪水，以及水缺乏引起北方土地荒漠化加剧，导致沙尘暴90年代多次光顾北京城这些事实，更加提醒我们水环境与生态问题足以威胁到经济的发展和国家的安全。因此，要改变水利发展只重视工程，不重视水环境与生态环境的保护及其管理的状况，水环境与生态方面目前存在的许多问题急需我们去研究、去解决，已成为21世纪初我国水利科技发展的优先领域。我国水资源在地理分布上极不均匀，因此需要对水资源进行合理开发、利用和配置，以适应社会经济发展的需要。同时在水

14、资源开发、利用及配置过程的不同阶段，可能对水环境及生态环境带来一些不利的影响，需要对这种不利的水质进行科学论证，并提出相应的减缓不利影响的对策措施，尤其是大型水利水电工程，如三峡工程、南水北调工程、小浪底工程等，这些工程对水环境及生态环境的影响深，涉及范围广。因此需要对大型水力水电工程作深一步的水质预评估及后评估，进行进一步的科学论证研究。在流域或区域水资源开发利用过程中，由于开发过度或开发在地区上分布不均匀，也会给流域或地区的水环境及生态环境带来不利的影响，如海河流域由于大规模超采地下水，造成地面下沉，海水入侵及沿海地带排涝排污困难等水环境问题；黄河流域由于沿岸地区过量引水、用水，使河道水量

15、迅速减少，造成泥沙输送能力减弱，下游河床淤积严重，断流现象连年发生且越演越烈，河道水量大幅减少造成水体自净能力、水环境容量大为降低，加剧了水体污染、水环境和生态的恶化。为了合理开发、利用和配置流域或区域内的水资源，因此需要进一步做好流域或区域水资源开发利用对水环境及生态水质的科学研究。主要包括：已建大型水利水电工程的回顾评价；水利水电工程梯级开发建设对生态的叠加影响研究；GIS和遥感技术在大型水利水电工程水质评价中的应用研究；建立各大流域的生态环境信息数据库；流域及区域水资源开发利用对水环境及生态影响的调查与现状评价及影响评价；流域及区域内不同水域的最小需水量研究；减缓流域及区域内水资源群体工

16、程对水环境及生态不利影响的对策措施及环境经济损益分析。水环境信息收集处理是水资源保护及水环境管理的基础工作。目前我国已基本建成了监测项目齐全的水文水质监测站网。全国已建立了部、流域、省各级水环境监测中心251个，制定了一系列相应的监测规范及标准。但从总体上看，我国的水环境收集工作与我国新形势下的水环境管理，水资源开发、利用保护的要求相比，与国外发达国家相比，还存在很大的差距。为满足水污染防治及水环境保护及管理的需要，应加强：监测站网类别、布局与规模的研究；监测站点布设优化方法的研究；监测项目优化的研究；监测分析技术手段的研究；监测的经济与合理性的研究；水环境信息通讯和计算计网络研究；水环境信息

17、数据库系统研究；水环境信息处理及服务系统研究；不同污染物的自动在线监测方法的研究；自动在线监测仪器监测方法的标准化； 自动在线监测仪（应重点开发生产污水流量及比例采样、总悬浮物、酸度、总磷、总氮、氨、氢化物、挥发酚及矿物油等在线自动检测仪器及系统；规模化生产污染事故应急监测仪及报警器、便携式现场快速直读型测量仪等）的研究。1.2 我国水环境的研究内容根据我国目前水环境状况，今后需进一步加强水污染分析控制及防治对策的研究，主要包括以下几个方面：（1）水资源质量评价：全国及七大流域水资源质量调查与评价；水资源质量评价标准研究；水质调查与评价方法的专题研究；全国水质评价技术导则的研究；重要地区和典型

18、水域水环境承载能力研究。（2）湖库富营化机理、规律分析及防治对策研究：湖库水动力学（湖流）模型研究；湖库富营养化生态学模型研究；湖库富营养化遥感研究；专家决策支持系统和地理信息系统数据库的建立；湖库富营养化评价标准和参数研究；湖库富营养化防治对策研究。（3）农业非点源污染规律及防治对策研究：农业非点源污染物在土壤、地表水及地下水中的迁移、转化规律；农业非点源污染负荷预报模型；地表水对农业非点源污染负荷的水质响应数学模型；地下水对农业非点源污染负荷的水质响应数学模型；建立化肥、农药施用与产污的量化关系，制定农业面源污染控制法规和措施；污染物在土壤中的富集、降解规律及残留对农产品质量的影响研究；满

19、足不同用途的污水回用技术研究及技术经济评价研究；污水回用政策研究；回用水卫生影响评价技术研究。（4）农村水污染（点源）防治研究与产业化： 针对我国农村城镇废水排放特点，研制开发高效、经济、简易、稳定的水处理工艺设施及工程技术系统，主要研究规模化养殖场废水及废弃物的处理与资源化技术、乡镇居民生活污水处理的复合生态工程和微生态技术以及乡镇工业清洁生产技术和废水处理资源化技术； 开展污水灌溉技术与污灌规范化管理体系的研究，重点对灌溉污水预处理技术、污灌对土壤作物系统的影响及其污灌区水土水质评价指标系统进行研究。（5）地下水污染及防治研究：不同水文地质条件下，地下水污染的机理研究；不同水文地质条件下、

20、不同污染程度地区，地下水污染物迁移规律的模拟研究及其防止地下水污染和治理污染地下水的综合方法研究；农业污水灌溉对浅层地下水污染的影响与评价研究。（6）废水资源化技术研究：提高现有城镇污水处理厂处理容量和处理效率的新型高效污水处理技术研究以及开发利用生态技术处理污水的技术等。（7）流域范围的污染控制研究：流域污染特征、规律研究；流域水污染预测预报研究；流域水污染控制与节水研究；流域水污染控制与水资源开发、利用、调度研究；流域水污染控制地理信息系统研究；流域水污染总量控制及其与流域社会经济发展布局研究等等。水利系统进行生态环境保护研究主要是加强水土保持综合治理在减少土壤侵蚀、改善水源水质、保护水环

21、境方面的研究；江河生态环境用水的评估与预测研究；森林植被建设与水资源的保护和利用的关系研究；森林对河川总径流量的影响研究；森林减少土壤侵蚀量的关系研究；荒漠化防治与水资源的保护和利用的关系研究；生态脆弱区的水环境与生态保护综合研究；河流断流引发的周边区域生态环境变化的研究；流域生态系统健康与安全、受损流域生态系统的恢复与重建研究；湿地及其水陆交错带对水质净化作用的研究；天然水体周边湿地景观恢复、重建及其对农业面源污染截流的研究等等。这不仅使解决我国水环境与生态问题的科技水平大大提高，缩小了与国外发达国家的差距，而且对于我国的水污染防治及水资源保护具有重要的实践与理论意义，使我国的水环境与生态保

22、护事业逐步走上与国民经济协调发展的道路，以适应我国21世纪的国民经济腾飞。第2章 水质评价专家系统2.1 专家系统概述自从1946年第一台电子计算机问世以来，不到半个世纪，计算机已成为人类不可缺少的现代科学工具。计算机的应用也从简单的数值计算、数据处理，发展到信息管理、决策支持，进而发展到智能问题的处理。在智能计算机研究中扮演关键性角色的是人工智能。专家系统是人工智能的发展以求得侧重解决问题的一个分支。专家系统是一种具有专家级水平的、基于知识的、智能化的计算机程序。是研究如何运用专家知识来解决专门问题而建立的人机系统的方法和技术，它在某些特定领域内，能以人类专家的水平动态地建立和解决该领域中的

23、问题，在某些方面甚至可以超过人类专家，由于专家系统主要是依靠知识来发挥其功能，因此有时也将它称为知识库系统。专家系统可以帮助非专家来解决问题或下决心。 1965年斯坦福大学计算机系的Feigenbaum与遗传学家J.Lederberg和物理化学家CDjerassi等人合作研制出了根据化合物的分子式及其质谱数据帮助化学家推断分子结构的计算机程序系统DENDRAL，1968年基本完成，标志着专家系统的诞生。 在以后的几十年中，专家系统的应用领域不断扩大。到目前为止，主要应用领域有：疾病的诊断和治疗、机械设备系统故障检查、化学数据解释和化学结构的确定、矿物资源勘查、信号解析、数学式处理、计算机制图、

24、教育训练、超大规模集成电路设计及版面设计等。由于软件、硬件方面技术水平的限制，专家系统具有较强的针对性。目前的专家系统大多是针对某一狭窄的应用领域而研制的。从专家系统获取知识和解决问题的能力来看，现有的专家系统基本上是建立在经验性知识之上的，系统本身不能从领域的基本原理来理解这些知识。让专家系统能够从具体领域的基本原理出发去分析、推理、解决具体问题是今后的研究方向。2.1.1 专家系统的发展对于专家系统的发展，一般来讲，大致可分为以下五个时段。 l）孕育期（1965） 1937年，图灵（Turing）发表了理想计算器的论文。 1943年，砌成产生式规则。 1954年，控制规则执行的Markov

25、算法。 1956年，人工智能（AI）一词在美国一次学者聚会中诞生。 1957年，Rosenblatt， Newel等人提出通用问题求解器 OPS（General Problem Solver）。 1960年，MaCarth研制的 LISP语言诞生。2）诞生期（19651972）1965年，Stanford大学开发第一个专家系统DENDRAL（推论化学结构的专家系统）。1965年，Robinson提出 Resolution Refutation理论，使定理证明向前迈进一大步。1965年，Zadeh提出模糊逻辑（Fuzzy Logic）理论。1969年，MIT开发MACSYMA（数学符号运算专家系

26、统）。 3）开创期（19721977）1972年Stanford大学开发 MYCIN（传染病诊断系统）。 1972年，Stanford研究院（SRI）开发Prospector（矿床探测专家系统）。 1972年，法国Colmerauer与Roussel开发PROLOG逻辑程序语言。 1974年，卡内基美隆大学开发OPS语言（人工智能与专家系统专用语言）。 1975年，Minsky提出框架（Frame）知识表示法。 1976年，AM（Artificial Mathematician）人工智能数学家，数学概念的创造性发现。 1977年，Feigenbaurn提出知识工程（Knowledge Engi

27、neering）一词。 4）成长期（19781990） 1978年，卡内基美隆大学和DEC公司合作开发RI（又称XCON），用来依据客户需求，架构适当的计算机系统。 1979年，Forny提出 Rete算法，提高 Production System的法则匹配速度。1980年，LISP机器开始主产问世。 1982年，日本政府宣布开发第五代计算机，以PROLOG作为核心语言。 1983年，IntelliCorp公司推出KEE（结合多样知识表现与推论方法的专家系统建构工具），随后大量的专家系统建构工具问世，如：ART等 1984年，欧洲共同市场制定欧洲信息技术研究发展策略计划。 1985年，NASA

28、开发出CLIPS专家系统工具。 1988年，Gallant提出以类神经网络为基础的专家系统架构。 1989年，日本宣布人类领域科学计划（第六代计算机计划），希望神经网络技术能突破人工智能的许多瓶颈。 5）成熟期（1990）1990以后，进入商业竞争时代，大量专家系统被广泛应用于各行业。2.1.2 专家系统的应用分类结合目前专家系统的应用现状，现按照专家系统应用领域对其进行分类见表2-1，并列举例子说明。2.2 水质评价专家系统概述水质评价专家系统，是一个具有各门专门知识与经验的计算机系统。它应用人工智能技术，依据一个或多个水质专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断，模拟水质专家就某一复杂水

29、质问题进行决策。从第一个专家系统诞生至今，专家系统技术己有25年左右的历史，但水质评价专家系统仅有不到十年时间。水质评价专家系统出现相对比较晚的原因主要有两个方面：一是用以解决水质问题的科学未被很好地理解，而且对某一问题的解决很少有绝对统一的方法；二是很多水质问题需要多领域专家共同解决，将许多领域专家的知识统一于一个系统中是相当困难的。尽管开发水质评价专家系统困难重重，但由于水科学中有些问题的方法；二是很多水质问题需要多领域专家共同解决，将许多领域专家的知识统一于一个系统中是相当困难的。尽管开发水质评价专家系统困难重重，但由于水科学中有些问迫切需要应用专家系统技术，因而迫使人们开发研究水质评价

30、专家系统，而且发展非常迅速。如同济大学开发的城市污水处理专家系统，可完成污水处理有两个方面：一是用以解决水质问题的科学未被很好地理解，而且对某一问题的解决很少有绝对统一的方法；二是很多水质问题需要多领域专家共同解决，将许多领域专家的知识统一于一个系统中是相当困难的。尽管开发水质评价专家系统困难重重，但由于水科学中有些问题迫切需要应用专家系统技术，因而迫使人们开发研究水质评价专家系统，而且发展非常迅速。如同济大学开发的城市污水处理专家系统，可完成污水处理厂设计过程中的污水工艺流程决策、单位构筑物设计、污水厂平面图生成及优化；浙江工业大学开发的水资源保护专家系统，可完成水质评价、水环境保护功能划分

31、、水环境综合整治规划等等。表2-1专家系统应用分类序号分类任务性质应用举例1解 释 型根据已知的数据（或输入信息）分析推出数据表示的状态（或对情况进行解释分析）语言信号理解、图像信息分析、有计化合物结构解释、煤田沉积环境分析2预测型根据过去和当前数据（己知情况）推断未来可能的出的结论和结果气象预报、人口统计预测、交通预测、谷物估计、军事形势发展预测等3诊断型根据观察和测得的数据，推断系统故障医疗诊断、电子线路故障检查，机械系统故障诊断、软件系统故障诊断4设计型根据约束条件、构思所需要的对象（或给出目标配置）集成线路布线、楼房设计、制定财政预算、机械设计等5规则型根据约束条件，做出行动的安排或调

32、度方案及其人行动规划、工程规划、路经规划、通讯网规划、运输调度、试验进程规划、军事作战规划等6监视型将观察情况与计划安排对照比较7修正按计划目标进行调试和纠正故障8修正执行纠正错误而制定的计划9教学型诊断和修正学生行为10控制型针对某一系统的运行过程，分析当前状态、预测未来，诊断各种故障原因，制定补救措施、并监督执行2.2.1 开发水质评价专家系统的必要性目前，计算机技术已广泛地应用于水科学中，成功地研制了许多水质管理信息系统、决策支持系统，使许多水质问题得以很好地解决。但研究开发水质评价专家系统仍是十分必要的，主要表现在以下几个方面：（1）水科学中很多复杂的化学和生物作用还不能用有效的机理模

33、型来描述，而依靠于工程师的经验和直觉来解决，这便要求使用专家系统技术，将工程师的经验和直觉这些启发性知识储存于水质评价专家系统的知识库中以有效地解决问题。（2）水科学中复杂的数值模型及其参数选择，污染控制设备运行中可能出现的问题诊断，传统算法已无法胜任，需要借助于专家技术来解决。 （3）水科学中复杂的法规基于规则的性质与用在专家系统中基于规则的知识表达相一致，使用水质评价专家系统将有助于协调复杂的法规要求，并能保证法规的执行。（4）很多水质问题不能由一个专家解决，而要依靠各领域的专家共同讨论研究，确立一个最优解；将众多领域专家的知识集中于一个专家系统中，不仅可以大大提高解决问题的效率，减少人力

34、和物力的耗费，而且可以更好地保征解决问题的质量。（5）水质评价专家系统的应用与开发相脱节。我国的一些水质评价专家系统只强调应用，缺乏进行二次开发所需的专家系统开发工具，使用者无法根据实际情况创建知识库和模型库，限制了专家系统的进一步应用。有些水质评价专家系统虽提供了开发工具，但缺少通用的模板和模型，要求使用者具有一定的计算机基础技术，缩小了专家系统的应用范围。因此，水质评价专家系统应该同时注重开发与应用两个方面。一些水质评价专家系统追求所谓先进性，要求高档次的硬软件，也要求使用者有一定的计算机技术基础，很难在基层普及；一些水质评价专家系统与领域知识结合不够，停留于科普性知识介绍，其先进性和实用

35、性不高。因此，研究和开发面向基础科技人员、基层环境管理人员和公众三个层次的水质评价专家系统是十分必要的。 （6）水质因子的可控性差，模糊性强，不定性因子较多，给具体实施带来巨大的困难。其中有定性的、不定性的，它们差别很大，同时，现在越来越强调经济效益，则社会的各种限制因子需要加进去，如人口状况，当地的经济条件，当地政府、国家对治理、控制的投资状况，国家政策的宏观变化，各种自然地理因素对判定措施的经济效益的影响，公众参与水质评价工作不得不考虑。专家系统正是解决这个问题的良好工具。把领域内群众、专家及科研人员多年的实践经验搜集、整理、知识化并贮存加以利用是十分必要的，另外，随着实践的丰富或知识不断

36、的改变与完善，专家系统为此提供了良好的适应机制，建立专家系统是水质评价本身的特点所致与所需。2.2.2 水质评价专家系统开发应用现状在水质评价领域中，专家系统作为一种先进的水质预测技术，它所起的决策平行于专家所作决策的过程，是专家判断方法的具体化和形式化。在水质评价的其它方面，专家系统也在努力扩大在水质评价中的应用，下面我们将讨论专家系统在水质评价中的应用现状。（1）项目筛选与水质初评专家系统项目筛选是建设项目水质评价程序中的第一步，也是很重要的一个程序。筛选后，被选中的项目就要做水质初评。根据初评的结果，也就是水质问题的严重性和复杂性再确定是否进行判断，这一步采用了能够说明项目规模和拟建地址

37、的一些简单的标准。因此，项目筛选工作比较简单，如果需要编制计算机程序来完成此项工作，一般也是把它纳入与其相关的计算机系统，作为其中的一部分处理。筛选后被选中的项目，需要水质初评。初评使用的主要方法有矩阵法与查表法，矩阵法还可分为部门矩阵法和项目类型矩阵法。但不论用哪些方法，核心与难点的工作是识别所有潜在的重大水质问题并确定实际水质问题对水质的影响程度。这一工作是由对拟建项目有经验以及对项目所建地区非常熟悉的一些水质评价专家来完成的。这些专家根据一些评判的标准，例如，潜在的影响是否可逆？是长期还是短期等等，以及自己的经验来判断影响的重要性。初评工作由于有限的范围，以及依靠专家的经验做出判断，非常

38、适合有专家系统来完成这一工作。（2）水质详评专家系统 水质详评是选择拟建项目的经济与水质相协调的最佳方案，以解决与项目相关的水质问题。虽然水质科技人员已开发许多可用于水质评价的数学模型，但大量的各色各样的水质评价仍需依靠专家经验。水质详评的核心内容是进行水质预测。水质预测广泛应用了数学模式，在这些模式的使用中，为了得到良好的效果，有两个问题是重要的，也是需要通过一些经验加以解决的。第一个就是选用什么模式的问题，针对不同的条件，需选择适当的模式。这不是通过简单的计算能够解决的，二是需要一些具有经验的专家给予判断。第二个问题是在选定模式后，对一些参数的选定。这包括对参数要做灵敏度的确定，而且还要有

39、对参数的修正。一种修正的方法是通过实际的监测来修正参数值，但在许多的场合是由有经验的专家做出判断。在水质评价中常用的核查表法、矩阵法和网络法更是依靠人们包括官员、专家、公众等减经验判断，采用专家判断法、德尔斐法等是常用手段。这样可以就一项拟议开发行动的几个主要活动对水质因子所产生的影响范围、大小、程度进行评价，或者对许多不同性质的影响大小排序、评分或确定备影响的重要性权值。采用这类方法，各个专家将自己的观点和价值观带入评价是很自然的。因此，关于模式选择和参数确定的问题，可由专家系统来完成。在国外，已有这种类型的专家系统。例如，QUALZE顾问专家系统，帮助用户选择QUALZE地表水质模拟模型的

40、输入数据；INHECl，帮助用户选择HEC-l地下水模型的输入参数；EXSRM，用于估计雪水径流模型的初始输入数据。ER，帮助水力学家预测由地下水源释放的化学物质在地下的分布状况；RAISON，确定水质的区域酸雨模型的界面等专家系统。在国内这方面的专家系统不少，例如，雨水管理模型校准专家系统，用来帮助用户校准EPA的SWM模型；洪水顾问专家系统，帮助选择合适的洪水评价模型；混合区分析专家系统，对混合区选择合适的水模型；地下水流分析专家系统，进行地下水量分析，校准流量模型的输入参数等专家系统。一个水质评价的专家系统的能力虽然远远超过简单的环境模式，但是还是受到所编写的程序的复杂性和专家知识（包括

41、初始数据库）的限制。水资源工程是开放的动态复合系统，在客观上存在着许多不确定性因素，因此，也导致了大量的风险，如水文的、经济的风险等，它们给人类社会的生存和发展带来了不同程度的威胁。这些风险一旦发生，往往会造成难以挽回的经济损失。因此，对大中型水资源工程水质评价来说是当务之急。2.2.3 专家系统在水质评价中的应用前景及存在的问题我们已经从水质评价的几个方面分析了专家系统在水质评价中的哪些领域可以应用，以及目前的状况，从中我们可吸取经验，探讨今后专家系统应用的前景。如何在水质评价领域中广泛应用专家系统，我们可从两方面入手。一个方向是在社会经济、生态、风险等领域，这些领域，目前尚没有成熟的方法，

42、而是基本依靠专家经验去作评价。我们可一把水质评价领域本身的理论和方法的研究与提取专家经验研制专家系统结合起来，这是必要的，也是长期艰苦的工作。在研制过程中，所使用的研究方法也可以借鉴一些计算机技术。另一方向是利用水质评价领域已成熟的技术，加上专家经验，在一些有时间要求的地方，开发可商品化的专家系统。这些专家系统的开发，重于实际的需要，而不是考虑专家知识使用的多少。水质评价是一个复杂的过程，其中有大量的资料统计、分析、计算、推理等工作，而且还要保证上述各项工作中不能出错，因此要花费大量的时间与人力。这就给环保工作者提出这样一个问题，能否找到一条途径，既能达到水质评价的要求，又能节省大量的人力，物

43、力和时间呢？国内外对这个问题也作了上面一些探讨，纵观这些程序，它们都是针对某一方面而编制的，通用性不强，而且没有模式识别，参数选择和判断功能，因而不能满意地解决上述问题。把人工智能中的专家系统理论引入到水质评价中，建立一个水质评价的专家系统，则可能有助子上述问题的解决。然而，目前还没有报道有关评价内容完整的水质评价专家系统。这些原因成了本次研究论文的意义所在。2.3 水质评价的理论发展过程水质评价是人们在采取对水质有重大影响的行动之前，在充分调查研究的基础上，评价该行动可能带来的影响，按照社会经济发展与水质保护相协调的原则进行决策，并在行动之前制定出消除、减轻和监测负面影响的措施。 （1）传统

44、水质评价 到80年代，传统水质评价理论基本形成，其具有如下特点：评价对象包括单个建设项目和大型综合项目，单纯的水质污染和整体的生态影响；评价内容包括自然因素和社会因素及经济因素；评价程序规范化，形成了筛选、范围、评价和监督监测的程序；评价方法既有各单一型方法，亦有以适应性方法为代表的综合性方法，广泛应用了计算机模拟和系统控制理论；水质评价纳入环境规划之中，使评价、规划管理成为一个整体。传统的水质评价是从发展经济目标出发的，其指导思想、理论基础和原则方法是为经济目标服务的。虽然工程项目开发方案拟定后，进行了水质评价，并制定相应的保护和改善水质的措施，但在选择方案时，对水质的重视仅以可接受的程度为

45、限，而未致力于经济与水质相互协调和持续发展能力的增强与改善。（2）第二代的水质评价体系的形成 1）战略水质评价对水质评价理念的影响。80年代初人们对全球性的水质问题，使各国政府及广大公众对水质问题的认识产生了一次飞跃性的发展。90年代，跨国、跨区的全球性水质问题日益受到关注，围绕着可持续发展战略三个主要方面，即生态持续性、经济持续性、社会持续性，战略水质评价理论开始得到世界范围内的广泛接受。这导致了“第二代的水质评价体系”的逐渐形成。 2）清洁生产对水质评价理念的影响。本世纪70年代，资源和水环境问题使同有的工业化发展模式产生了动摇，人们开始强调，在工业化发展的同时，要有效地控制水污染。80年

46、代以来，人们的认识已上升为从根本上解决水环境问题，认识到发展与水环境密不可分的关系。在这种背景下以美国为首的一些发达国家在重新审视了他们的水环境保护历程后，发现关心产品和生产过程对水环境的影响，依靠改进生产工艺和加强管理等措施来消除水污染可能更为有效，清洁生产战略由此而生。 3）可持续发展战略下的水质评价新理念 80年代初期，由联合国授权成立的世界环境与发展委员会提出了可持续发展的理论， 1992年联合国召开的环发大会以此为方针制定了关于可持续发展的21世纪议程。该议程得到了世界各国的普遍认同和共鸣，成为制定国家宏观经济发展战略的一种选择。 可持续发展将水环境保护提到了一个前所未有的重要位置，

47、其思想将影响到水环境保护的各个方面，其宏观战略势必导致逐渐形成可持续发展战略下的新的水环境保护体系。水质评价是水环境保护体系的一个组成部分，在此背景下，亦存在着重新审视自身体系和确立可持续发展战略下的新的水质评价体系的必要性和必然性。这种新的水质评价体系的确立将伴随着可持续发展战略下的新的水质评价理念的树立。2.4 我国水质评价实施中存在的问题水质评价在我国已发展二十多年了，可以说各方面都已趋于成熟，然而由于水环境系统本身是一个复杂多变的系统，要对它的水环境质量进行准确评价。甚为困难，因为它涉及到众多、多变的参数和复杂、深奥的数学模型，同时，由于各地区水质评价工作者水平参差不齐，从而导致了水质

48、评价工作存在一些严重的问题。1）执法力度不够执行环保法的力度不够，即使水质评价报告书指出问题和明确了环保措施，但贯彻中仍会走样，至于远期影响更难于全面考虑。可能有多方面原因导致这种情况的出现，其中包括企业负责人对水环境保护和生产如何协调并重的思想认识不足，建设经费不完全到位等等。另一个原因是体制与职能上的不匹配，地方环保局在业务上受国家环保总局指导，主要执行国家环境法规和环境政策，但它是地方政府的一个下属机构，官员由地方政府任命，财政由地方政府提供。这种在一定程度上影响了执法力度。2）水质评价质量较差个别评价单位不是根据建设项目水污染特征及当地区域水环境保护目标来确定评价重点和保护对象，而是平均用力，泛泛而谈，水质评价报告书内容千篇一律，没有明确的针对性；多数项目水质评价的工程分析不足；水污染防治措施缺乏环保、投资效益分析对比，其结果仅根据建设单位、设