开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）
由于污染和气候变化的增加，地表水质恶化已成为全世界的一个严重问题。这种恶化威胁着水资源的使用，特别是饮用水供应和经济发展。我国主要河流污染普遍，湖泊富营养化现象较为严重，流经城市河段普遍受到污染，且近岸海域亦受到一定污染，特别是上海、浙江、广东等省市近岸海域污染较严重。近几年，太湖、滇池、巢湖接连发生不同程度的蓝藻爆发事件。通过深入实施《水污染防治行动计划》，97.7%的地级及以上城市集中式饮用水水源完成保护。同时，通过各地区、各部门全力以赴推进生态环境保护各项工作，我国水资源现状的改善取得了一定的进展和成效，但仍有很大的进步空间。2017中国环境状况公报显示，全国地表水1940个国考断面中，Ⅳ、Ⅴ类占23.8%，劣Ⅴ类8.3%，共占32.1%。长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的1617个国考断面中，Ⅳ-劣Ⅴ类比例总和为28.2%。其中，西北诸河和西南诸河水质为优，浙闽片河流、长江和珠江流域水质良好，黄河、松花江、淮河和辽河流域为轻度污染，海河流域为中度污染。全国112个重要湖水库中，Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类分别占19.6%、7.1%、10.7%，主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。109个监测营养状态的湖泊（水库）中，处于富营养的占30.3%。地下水5100 个水质监测点中，水质为较差级和极差级的监测点分别达到51.8%和14.8%。338个地级及以上城市898个在用集中式生活饮用水水源监测断面（点位）中，地表水水源未达标的占6.3%，主要超标指标为总磷、硫酸盐和铁；地下水水源未达标的占14.9%，主要超标指标为锰、铁和氨氮，可见当前我国水环境问题不容乐观[1]。足够的优质水资源是经济发展和生态完整性的先决条件，但我国水质仍受很多因素的干扰，如自然过程（如风化，降水，土壤侵蚀等），人类活动（如农业，城市和工业活动）以及水资源使用量的不断增加，这些都是水质恶化原因。值得注意的是，未来淡水资源可能会变得稀缺，这将威胁到水资源的使用，尤其是饮用水和经济发展。此外，为了更好了解水资源条件，评估水质至关重要，特别是对于水质空间、时间变化的主要影响因素的评估。
太湖流域是中国最发达的地区之一，而太湖是中国第三大淡水湖，位于流域中心。由于其经济作用以及该地区农业，城市和工业活动造成的严重污染，受到了相当多的关注。太湖也经历了许多生态问题，特别是富营养化和蓝藻水华。2017年太湖蓝藻平均密度为11766万个/升，较2016年上升了42.1%，高锰酸盐指数为Ⅲ类，总磷为Ⅳ类，总氮为Ⅴ类。高锰酸盐指数和总磷尚未达到《总体方案修编》确定的2020年控制目标。根据太湖健康状态报告，太湖的水生态仍处于亚健康[2]，太湖流域水环境形势不容乐观。位于太湖流域水网平原的常州，是江苏省地级市，位于江苏省南部，地处长江下游南岸，长江三角洲中心地带，是长江三角洲地区中心城市之一。全市按流域水系分为南溪水系、湖区水系和长江干流水系。湖区水系以江南运河为横轴，其两侧分布着多条通江入湖骨干河道，承担着江河湖荡水量交换任务。南溪水系以南河、中河、北河、丹金溧漕河为干线，是湖西山区洪水下泄的主要通道。近年来，常州市经济快速发展，综合实力持续增长，成为长三角地区重要的现代制造业基地和区域中心城市。但是伴随着经济的快速发展，污染物的产生量、排放量持续增加，已大大超过了当地水环境容量。常州市通过全力推进污染物总量减排、小康达标、太湖水污染治理以及“清水工程”、“蓝天工程”在内的国家生态市建设各项工程，打击违法排污专项行动和全市水环境专项整治等行动，具有一定成效，但仍有很大进步的空间。2018年，常州水质优良（Ⅰ- Ⅲ类水）比例占比为60.6%，在江苏省各市排倒数第二，水质现状仍需改善[3]。因此，本论文将选择常州作为实验对象，并对其一年的主要河流水质进行分析评价。
为深入贯彻落实国家科技创新驱动发展战略，加快生态文明建设，改善生态环境质量，近年来水生态功能分区的研究逐渐成为热点，流域水环境的监测与管理措施的需求也随之显现。2013年张远等创新的提出了流域水生态功能区划分体系，形成了《流域水生态功能区划分技术导则（建议稿）》，并提出了流域水生态功能区实施机制与保障政策，从而为全国流域水生态功能区划实施提供支持[4]。2015年4月，国务院出台《水污染防治行动计划》，其中第二十五条“深化重点流域污染防治”明确提出“研究建立流域水生态环境功能分区管理体系” [5]。国家 “水体污染控制与治理科技重大专项”在“十一五”期间开展了水生态环境功能分区研究，完成了全国十大流域水生态一级、二级分区的划分，并重点划分了太湖、辽河两大流域三级分区，“十二五”期间在太湖流域又进一步开展了三级水生态功能分区的示范与应用研究。在此基础上，结合我省实际，初步构建了江苏省太湖流域水生态环境功能分区管理体系，实施分区、分类、分级、分期的环境目标管理[6]。江苏省太湖流域共划分水生态环境功能分区49个(陆域43个、水域6个)，分属4个等级，分别为生态I级区（健全生态功能区）、生态Ⅱ级区（较健全生态功能区）、生态Ⅲ级区（一般生态功能区）、生态Ⅳ级区（较低生态功能区）。其中，常州市共划分16个分区，其中生态Ⅰ级区2个、生态Ⅱ级区4个、生态Ⅲ级区8个、生态Ⅳ级区2个。针对四级分区的生态功能与保护需求，分别制定了包括水生态管控、空间管控、物种保护三大类管理目标，实施分级、分区、分类、分期的目标管理。结合分区的水质评价，结果更具可靠性，评价过程也更加高效。
图1 江苏省太湖流域水生态环境功能分区（引自江苏省太湖流域水生态环境功能区划）
水环境质量评价不仅反映了水体现状、水资源污染程度，也为污染治理和控制以及资源综合管理提供了科学的数据支撑。具体而言，通过评估，可以确定水体的水环境质量、客观状态和趋势，它对于确定质量的空间和时间变化的主要影响因素至关重要，这有利于水资源管理，包括对水资源的利用方向和利用价值作出评估。此外，根据评估的信息，公众更有可能采取合理的保护措施来改善水体状况。国内对于水环境质量评价方法较多，水质评价是我国环境质量评价中发展最快、进步最大的分支。20世纪50年代，我国在全国范围内进行了主要河流、湖泊（水库）的水质评价工作。1960年提出了中国河流水化学特征报告及图表。1972年，包含了水质评价内容的《北京西郊环境质量评价研究》树立了我国水质评价研究上的第一个里程碑。1981年，第一次全国水质评价开始展开。1983年以后，水利部每五年组织一次全国范围的水质评价[7-10]。其中单因子评价法、主成分分析法、灰色聚类法、指数法和模糊综合评价法等应用较为广泛。国外水质评价的发展主要从20世纪初开始，由于各流域随着经济的飞速发展开始出现水环境恶化现象，造成生态环境破坏，环境质量评价尤其是水环境质量评价开始受到重视。20世纪初期为萌芽阶段，相关专家以简单的化学指标和生物指标作为依据进行评价; 在发展阶段，即50年代至70年代，一些指数法相继被使用应用，一些国家开始制订分类分级方法和标准; 80年代至90年代中期，为成熟阶段，不仅考虑物理化学指标和生物指标，也出现了模糊数学法、灰色理论等和水质等级隶属度较强的方法，并出现水质模型的开发和应用，评价项目和方法上均得到了发展; 90年代中期以后，水质评价开始进入立法期，一些国家结合不同的侧重点制订采用更成熟的指标体系进行法律法规和标准的测定[11]。具体来说20世纪60年代，Jacobs提出了水质质量评价的水质指数概念和计算公式。美国学者R.K Hororton于1965年认为通过对环境质量指数的计算可反映水体环境质量的健康情况(QI法)。1965年 Zadek提出一种基于模糊数学的一种数学方法，将水环境做出总体的定量评价，称为模糊综合评价法。1970年Brown针对35种水质指标提出了Brown水质指数(WQI)，指出可以通过计算水环境质量指数来反应水体污染情况。同年，N.L Nemerow提出内梅罗指数法，并对纽约州一些地面水的污染情况进行了指数分析。1975年，欧盟颁布《欧盟水源指令》。1977年英国学者S.L Ross选择四种因子对克鲁德河流域主、支流水质进行综合评价，并提出较简明的Ross水质指数。1978年，针对地表水的有机污染， Grenney提出一种可进行地表水水环境预测及管理的新型水质模型，称为QUAL-II预测模型[12]。20世纪80年代，模糊集理论、灰色系统理论和数理统计等理论开始应用。90年代，Puckett等应用主成分分析法对美国弗吉尼亚州某些河流的主要化学因素进行了研究，同时代，前东欧和苏联的多数学者考虑用物理化学、生物指标完善水质评价。
水质指数（WQI）方法已广泛应用于地下水和地表水，特别是河流的水质评估，并在水资源管理中发挥了越来越重要的作用。该方法结合了多个环境参数，有效地将多参数转化为反映水质状况的单一值。因此，WQI方法不是比较各种参数的不同评估结果，而是一种有效的水质评估和管理方法，并提供有关整体质量的综合信息。我国学者吴等利用WQI方法分别评价了鄱阳湖以及太湖流域的水质，并验证了该方法的合理性与优势[13, 14]。多元统计分析法也是水质分析中的常用方法。分析和解释水质监测项目产生的大量物理、化学和微生物等各种参数的水质数据及其潜在关系有较大难度，该方法可以简化数据结构、提取潜在信息，因此被大量应用在水质数据分析中。多元统计分析法包括系统聚类分析、主成分分析以及多维尺度分析等，可以从不同角度评价水体水质。同时，在评价水体的过程中，土地利用与水质的关系不容忽视。随着我国城市化快速推进和水质性缺水对城市发展的困扰，针对城市扩展的水环境影响研究成为自然和人文学者共同关注的热点[15]。大量研究表明地区土地利用格局与水质之间的关系具有密不可分的关系[16]，土地利用的方式和土地覆被类型可以显著影响水环境质量[17]。
图2 常州市监测点位分布图
本论文拟采用常州市内河流设置的57个监测断面（图2），在划分的16个分区中13个分区设置监测断面，并在人口密集、经济较发达区设置较多的监测点。采样点的布设兼顾了常州市主要的河流。监测时间为2018年1月至2018年12月，每月调查一次。调查水质指标包括水温、电导率、透明度、pH、溶解氧、五日生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、叶绿素a等指标。本课题拟通过基于GB3838-2002地表水环境标准、WQI水质综合评价、多元统计分析法等方法，对常州各水生态功能区进行野外调查和水体理化指标、重金属指标的监测分析，从不同角度评价常州河流水质的时空变化特征，并在水环境功能分区基础上开展常州主要河流水环境质量评价。最后，拟结合流域土地利用、工农业水平、社会经济发展等资料探讨影响水质变化的主要因素。
参考文献：
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