论文摘要
南四湖是南水北调东线工程的重要输水通道和调蓄湖泊,按照国务院的要求,南水北调东线输水干线水质必须达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅲ类标准。为了摸清南四湖调水前枯水期的整体综合水质状况及空间布局,本研究采用改进的BP神经网络法对调水前南四湖湖区和入湖河流河口的水质进行评价研究,为直观的反映评价结果,采用Surfer绘图软件将其评价结果可视化,为南四湖流域综合治理及调水前水质目标的实现提供依据。水环境系统是一个开放的、远离平衡的系统。因此水环境中必然存在着大量的非线性行为。目前我国水评价工作中所采用的传统评价方法没有考虑到水环境问题的复杂性及非线性,存在一定的不合理性和局限性。神经网络法是一个可以自组织、自学习、自适应并具有容错和抗干扰能力的非线性系统,已在水质综合评价中得到了广泛的应用。本研究在对南四湖流域自然、社会经济和污染源现状进行调查的基础上,制定了南四湖水质空间监测计划并进行了监测;对基于非线性理论的BP神经网络的基本原理和数学应用软件Matlab的应用进行了研究。针对南四湖污染状况和监测因子的实际情况,采用含有一个隐含层的3层BP网络模型,以南四湖的主要污染因子CODCr、NH3-N、TP和TN共4个指标作为模型输入层的神经元,以水质等级Ⅰ类～劣Ⅴ类共6个等级作为输出层神经元,并通过反复试算确定隐层结点为30,确定了研究所用水质评价模型的网络结构为4-30-6,然后根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）来构造训练样本集,选用有动量和自适应学习速率的梯度下降法来训练网络,从而建立了基于BP神经网络的南四湖水质综合评价模型。采用模型对南四湖上、下级湖湖区及入湖河口水质进行了综合评价研究,并采用Surfer绘图软件直观的描绘出南四湖的水质空间分布。研究结果表明:1)南四湖上级湖整体水质劣于下级湖水质,且上级湖污染严重,超标区域主要分布在南阳湖大部分水域、独山湖西侧和中部、微山湖上游。总体看来,湖区重污染区域大部分位于入湖河口的下游。因此,南四湖水质超标的主要原因是入湖河流排污产生的点源污染。2)南四湖入湖河流河口Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类水质占总监测点位的52%,水质较差。其水质较差的河流主要为光府河、幸福河、泗河、白马河、城郭河和薛城小沙河。对入湖河流污染物量和超标情况进行了分析,南四湖90%以上的入湖河流污染物直接排入上级湖;上级湖入湖河口中CODCr、TP、TN和NH3-N及上述四项指标平均的超标率和超标倍数几乎全部大于下级湖。总之,上级湖整体水质劣于下级湖,南四湖污染物主要来自上级湖入湖河流,要改善南四湖水质,其关键是对南四湖入湖河流污染进行综合治理,尤其是加强上级湖入湖河流的治理。