城市建成區黑臭水體評價方法比較

顧 強，丁 磊

(華東師范大學生態與環境科學學院，上海 200241)

城市建成區黑臭水體評價方法比較

顧 強，丁 磊

(華東師范大學生態與環境科學學院，上海 200241)

對黑臭多因子加權指數模型、有機污染指數模型和中華人民共和國住房和城鄉建設部提出的城市建成區黑臭水體評價方法(簡稱住建部的評價方法)3種城市建成區黑臭水體評價方法進行比較。結果表明：①對水體常規狀態的評價，3種方法的黑臭水體評價結果均具有客觀合理性；②黑臭多因子加權指數模型和有機污染指數模型均能客觀評價泵站放江導致水體發生間歇性黑臭和污水直排導致水體長期重度黑臭的狀態；③住建部的評價方法能客觀評價水體的間歇性黑臭狀態，但對水體長期重度黑臭狀態的評價結果誤差較大，與黑臭多因子加權指數模型和有機污染指數模型評價的結果相比，住建部的評價方法對水體的長期重度黑臭的評價偏輕。對3種黑臭水體方法對水體的間歇性黑臭和長期黑臭兩種狀態評價得出的黑臭指數進行相關性分析，均屬中度相關，說明3種方法得出的評價結果具有相似性。

黑臭水體評價；評價方法；相關性分析；黑臭多因子加權指數模型；有機污染指數模型

隨著城市土地的高度開發利用，下墊面的徑流系數隨之增高，城市河流成為城市污水和雨水的主要排泄場所而受到不同程度的污染，部分城市河流出現季節性或者常年性的黑臭現象[1-3]。如今，城市河流黑臭問題的治理已成為政府和學界關注的城市環境改善的重點和難點[4]。水體黑臭評價不僅可對河道的重污染起到預警作用，也可為城市污染河道的治理提供一定的技術支撐和理論依據。水體黑臭評價應用較多的評價方法有：有機污染指數模型[5]、多元線性回歸模型[6]、黑臭多因子加權指數模型[7]和綜合水質標識指數法[8]。1993年，方宇翹等[7]利用黑臭多因子加權指數模型對上海市蘇州河進行評價，評價結果基本符合水體的客觀情況；2002年，巢亞萍等[9]利用有機污染指數模型評價常州運河支流的黑臭情況，取得了較好的效果。上述4種城市水體黑臭評價方法在評價城市內河黑臭問題中起到積極的作用，但卻沒有明確提出針對水體何種黑臭類型，而且不能及時在現場取得評價結果，具有滯后性。水體黑臭評價方法至今沒有統一的標準，2015年中華人民共和國住房和城鄉建設部(以下簡稱住建部)提出的城市建成區黑臭水體評價方法(以下簡稱住建部的評價方法)，針對所有黑臭水體類型，應用廣泛，而且可通過現場指標的檢測直接評價水體黑臭情況，旨在為黑臭水體整治工作的開展起到積極的作用。

黑臭多因子加權指數模型、有機污染指數模型和住建部的評價方法，對水體的評價結果均有黑臭程度的分級，因此本文選取黑臭多因子加權指數模型和有機污染指數模型作為參考評價方法，選取上海市蘇州河和上海浦東新區的常年生活污水直排導致的長期重度黑臭河流康花河為評價對象，探討住建部的評價方法與參考評價方法的區別與聯系。分別使用參考評價方法和住建部的評價方法對水體進行評價，并對評價的結果進行顯著性檢驗和相關性分析，分析住建部的評價方法的客觀合理性，旨在為黑臭水體整治工作的順利進行提供理論支撐和針對性的建議。

1 水體黑臭評價方法

1.1 住建部的評價方法

2015年9月住建部編制了《城市黑臭水體整治工作指南》，明確提出了城市建成區內水體黑臭評價的指標和指標閾值以及評價原則，見表1。

表1 城市黑臭水體黑臭程度分級標準

注：* 水深小于25 cm時，透明度按水深的40%進行取值。

住建部的評價方法中，就檢測點的評價而言，在某一檢測點監測的4項指標中，其中一項指標檢測的數據有60%以上或者兩項指標的數據有30%以上達到重度黑臭，則這一檢測點為重度黑臭，否則為輕度黑臭；就河流某一段區域的評價而言，連續3個監測點(每個監測點之間的距離在200～600 m)的評價結果為重度黑臭，則3個點之間的區域也為重度黑臭；就整個河流的評價而言，如果河流60%以上的檢測點為重度黑臭，則整個河流為重度黑臭水體。

住建部的評價方法選取的因子基本是綜合性指標，能較準確地反應黑臭水體的黑臭程度，此方法根據最差因子判別原則，選取因子中最差的因子作為評價指標，指標選取靈活，因地制宜，操作性強，可在現場快速得到評價結果，了解水體的黑臭情況，而且也指出了分點、區域和整體水體進行黑臭評價。然而針對城市黑臭水體分級，提出的監測數據百分比對時間標準和監測次數標準的界定模糊，選取的時間跨度不同，可能導致評價結果不同；在評價城市內河黑臭時，沒有明確提出水體黑臭持續時間的跨度，對是沖擊性污染導致的間歇性黑臭還是長期處于黑臭沒有界定，因此進行評價時要重點考慮。

1.2 參考評價方法

黑臭多因子加權指數模型和有機污染指數模型均是根據上海地區的水質特征提出的評價方法。其中，黑臭多因子加權指數模型是對蘇州河水質特點建立的關系式，針對性較強；有機污染指數模型是針對黃浦江建立的關系式，并與溶解氧指數法、黑臭指數法等其他黑臭評估方法進行有效性對比，得出較好的黑臭評估指標和方法。這兩種方法對河道水體黑臭程度進行了分級。兩種城市黑臭水體判別式及應用河流見表2。

表2 兩種城市黑臭水體判別式及應用河流

2 數據的選取與處理

根據上述3種評價方法，所需要的水質數據有：溫度(T)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氧化還原電位(ORP)、透明度。筆者選取了間歇性黑臭的水質數據、無黑臭的水質數據和長期黑臭水質數據，從3個方面探討3種水體黑臭評價方法的合理性。

2.1 常規水體和間歇性黑臭狀態水體的水質數據

蘇州河經過3期環境綜合整治工程，點源污染被逐步控制，蘇州河水質狀況改善明顯，基本在Ⅴ類左右。但大量污水以及雨污混合污水排入蘇州河，使蘇州河水受到間歇性污染的沖擊，出現水體間歇性黑臭現象。由于蘇州河沿岸泵站檢修率高、截流倍數低形成的雨天溢流等原因，導致沿岸市政泵站發生雨天放江、試車放江和檢修放江，成為蘇州河發生沖擊性污染導致蘇州河發生間歇性黑臭現象的主要原因[10]。為了更好評價水質實時動態變化，筆者選取蘇州河武寧路橋斷面2015年4月份一次放江時發生輕度黑臭現象的水質在線連續監測數據，同時選取了12月18日無放江事件發生的常規水質在線監測數據進一步驗證。在線監測原始數據來源于上海市環境監測中心。

武寧監測站在線監測指標中沒有COD、BOD5，通過整理統計手工實驗數據，利用SPSS軟件對各斷面的水質相關性進行Pearson相關性分析(雙側檢驗)，武寧斷面NH3-N與COD、BOD5相關性較好，相關系數分別為0.81、0.86。由此可計算蘇州河武寧斷面放江時的COD、BOD5的指標值。

2.2 長期重度黑臭水體數據

康花河位于上海市浦東新區錦繡路康花路交叉路口，該河道一側緊鄰居民區，另一側靠近馬路，河岸旁邊居民種植蔬菜等植物，鄰近有御橋垃圾處理廠，河段內設有排污口，污水未經處理直接排入河道。經實地觀測和居民走訪，了解到此河段水體長期處于重度黑臭狀態。2015年10月16日、10月23日和10月30日在康花河采樣3次。由于缺少CODMn指標，本文利用溫灼如等[11]在評價河流黑臭中采用的ρ(BOD5)/ρ(CODMn)>1.3時即出現黑臭這一關系式計算康花河CODMn的質量濃度值。

3 結果與分析

利用參考評價方法和住建部的評價方法分別評價蘇州河2015年武寧斷面4月5日放江時產生的間歇性黑臭的水質數據、12月18日常規水質數據和康花河2015年10月3個斷面進行3次采樣的水質數據，對水體的評價結果為無黑臭時用“0”表示，為輕度黑臭時用“1”表示，為重度黑臭時用“2”表示。

黑臭多因子加權指數模型和有機污染綜合指數模型是通過計算得出的數值(黑臭指數)來評價水體黑臭狀況，住建部的評價方法是通過4個指標的實測值(黑臭指數)來評價水體黑臭狀況，無法直接利用3種評價方法的黑臭指數進行分析，需利用公式對黑臭指數進行轉化。在黑臭范圍內，選取黑臭范圍內的指標，對正相關指數(黑臭指數越小水質越好)采用公式(1)對黑臭指數進行轉化，對負相關性指數(黑臭指數越大水質越壞)采用公式(2)對黑臭指數進行轉化。黑臭多因子加權指數模型和有機污染綜合指數模型得出的黑臭指數轉化值的平均值(R標準)與住建部的評價方法得出的黑臭指數轉化值(以下簡稱R住建部)做進一步分析。R標準與R住建部的顯著性檢驗使用t檢驗法[12-13]，相關性分析[14]采用一元線性回歸，通過計算相關系數(r)對標準方法和住建部的評價方法進行相關性檢驗。

正相關指數：

(1)

負相關性指數：

(2)

式中：R為黑臭指數轉化值；I為黑臭指數；I上為輕度黑臭上限值；I下為輕度黑臭下限值。

3.1 常規水體評價結果

為全面驗證黑臭多因子加權指數模型、有機污染綜合指數模型和住建部提出的評價方法這3種黑臭水體評價方法的客觀性，選取了武寧斷面2015年12月18日水質較好的常規水質數據進行評價，評價結果顯示，選取的參考評價方法與住建部的評價方法對常規水體的評價結果均為無黑臭。可見，針對常規的水體，上述3種方法均能準確評價出水體的客觀狀態。

3.2 間歇性黑臭水體評價結果

選取參考評價方法和住建部的評價方法對2015年4月5日蘇州河武寧斷面連續放江20 h水質數據的評價結果以及黑臭指數轉化值平均值R標準和住建部黑臭評價方法得出的黑臭指數轉化值R住建部之間的相對誤差，見表3。

表3 上海市蘇州河武寧路橋斷面2015年4月5日放江時的水體黑臭評價結果

選取的參考評價方法對間歇性黑臭水體的水質數據評價結果中，輕度黑臭占100%，住建部的評價方法利用最差因子評價水體的黑臭狀態，選取了最差因子DO指標評價的結果均為輕度黑臭狀態，相對誤差為0。在輕度黑臭程度上，R標準在0.42～0.71，R住建部在0.37～0.81，同一測次的總平均R標準為0.53、總平均R住建部為0.64，總相對誤差為24.4%。綜上分析，住建部的評價方法能準確評判出由放江產生的沖擊性污染導致的間歇性輕度水體黑臭情況，但是在進一步評價輕度黑臭的程度上，住建部的評價方法的評價結果偏重，誤差偏大。

3.3 長期重度黑臭水體評價結果

分析選取的參考評價方法和住建部的評價方法對康花河水體的評價結果，見表4。住建部的評價方法中的評價指標DO和ORP均在黑臭范圍內，R驗證值為RDO和RORP的平均值。

參考的評價方法評價結果中，重度黑臭占87.5%，輕度黑臭占12.5%；住建部的評價方法得出的結果均為輕度黑臭。由R值檢驗黑臭程度的一致性，可以看出相對誤差均大于80%。可見，住建部的評價方法雖能評價出康花河處于黑臭狀態，但評價結果均為輕度黑臭。對長期處于黑臭狀態的水體，住建部的評價方法利用DO和ORP指標能快速得出評價結果，但是評價結果輕于水體的客觀黑臭程度。

表4 上海市浦東新區康花河水體黑臭評價結果

3.4 黑臭指數顯著性檢驗和相關性分析

對R標準和住建部提出的評價方法得出的RDO和RORP進行顯著性檢驗，結果見表5。

表5 標準評價方法與住建部的評價方法評價結果的顯著性檢驗

注：顯著性水平均取值為0.01。

選取的參考評價方法對間歇性輕度黑臭水體和長期重度黑臭水體的評價結果與住建部的評價方法對這兩種黑臭水體的評價結果在0.01水平上均存在顯著性差異，說明選取的參考評價方法和住建部的評價方法對間歇性黑臭的評價結果在輕度黑臭程度上差別顯著，對重度黑臭河流康花河的評價結果在黑臭程度上存在顯著性差異。

選取的參考評價方法得出的R標準與住建部的評價方法得出的RDO、RORP進行相關性分析，見表6。

表6 住建部黑臭指數轉化值與標準黑臭指數轉化值的相關程度驗證結果

通過相關系數的計算，在河流受到沖擊性污染導致的間歇性黑臭時，R驗證值與R標準中度相關，這可能是由于排水管道里的污水含有大量的COD、BOD5等營養物質，這些物質進入河流，其分解需要消耗大量的溶解氧，導致水體中溶解氧降低。在長期黑臭的河流中，若只以出現黑臭為標準，住建部的評價方法以DO為評價標準得出的RDO與選取的參考評價方法得出的R標準高度相關，原因可能是DO為水質重要指標，當其含量較低時，水體處于缺氧或者厭氧狀態，水體就出現黑臭現象；住建部的評價方法得出的黑臭指數RORP與標準評價方法得出的R標準中度相關，由于氧化還原電位是綜合性指標，與水體的營養物質含量有關，當水體有機物含量高時，其還原性能力較高，導致氧化還原電位降低。總體表明，進行水體黑臭評價時，DO和ORP是更能反映水體黑臭程度的指標。

4 結 論

黑臭多因子加權指數模型和有機物污染綜合指數模型，能客觀評價放江造成的沖擊式污染導致的間歇性黑臭水體和受污水直排而產生的長期重度黑臭水體。但住建部的評價方法對沖擊性污染導致的水體間歇性黑臭的評判在黑臭級別上有很高的準確度，在評價水體黑臭狀態時可重點觀測DO和ORP值。對水體不同類型的黑臭狀態，住建部的評價方法的評價結果客觀合理性強，可作為常規的黑臭評價方法。

致謝：感謝上海市環境監測中心在上海市蘇州河武寧斷面在線監測數據上提供的幫助和支持；感謝黃小雅同學在上海市浦東新區康花河采樣實驗過程中給予的幫助；感謝王玉和廖瑜欣同學在論文修改中提出的意見和建議。

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Comparative study on evaluation methods for black and odorous water in urban built-up area

GU Qiang, DING Lei

(SchoolofEcologicalandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200241,China)

The organic pollution index model, the multi-factor weighting index model of black and odorous water, and the method for evaluating black and odorous water in urban districts put forward by the Ministry of Housing and Urban-Rural Development (MOHURD) of the People’s Republic of China were compared and analyzed. The results are as follows: (1) For the normal water bodies, all the three models had rational evaluation results. (2) Both the organic pollution index model and the multi-factor weighting index model could objectively evaluate the intermittent black-odor and the long-term severe black and smelly state of the water body caused by the sewage discharge without treatment. (3) The evaluation method proposed by the MOHURD could accurately evaluate the status of intermittent black and odorous water, but in terms of long-term black and odorous water, the results were relatively conservative, as all water samples were indicated as low black and odorous levels. The correlation analysis of the three evaluation models showed a moderately correlated relationship, indicating that the results of the three models were similar.

black and odorous water evaluation; evaluation method; correlation analysis; multi-factor weighting index model of black and odorous water; organic pollution index model

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.04.011

上海市環保科研項目(滬環科2015-15，滬環科2015-11)

顧 強(1988—)，男，碩士研究生，主要從事城市水環境規劃與管理研究。E-mail：525456812@qq.com

X52

A

1004-6933(2017)04-0070-05

2016-09-06 編輯：彭桃英)