水環境質量監測指標間相關關系淺析

葛淼李禮楊兵

（重慶市生態環境監測中心 重慶 401147）

引言

環境監測數據是客觀評價環境質量狀況、反映污染治理成效、實施環境管理與決策的基本依據，當前環境管理水平日益提高和切實改善環境質量的現實需要，對環境監測數據質量提出了更高的要求。水質監測數據審核，是監測工作質量保證的一個重要環節，是整個質量保證體系中有效的控制手段[1,2]。監測數據的準確性和合理性直接關系到監測工作的質量，水質指標間的合理性關系則是數據審核的重點。水環境質量監測數據具有一定的規律性，是環境內在質量的外在表征[3]，各水質指標之間相互影響和作用，存在著密切的相關性，掌握水質指標間相關關系，能更為準確判斷監測數據的合理性和客觀性[4]。本文基于水質監測數據審核分析經驗和相關研究文獻，探討主要水質監測指標的相關關系，為環境監測分析人員在數據審核和統計分析時參考。

1 主要物理指標

水環境監測的物理指標主要是指評價水質的常規五參數（溫度、pH值、溶解氧、電導率、濁度），一般現場進行測定；另外，總硬度、總溶解性固體、透明度等也是水質監測的主要物理指標。

（1）總固體懸浮物（TSS）與渾濁度/透明度（SD）的關系：渾濁度與懸浮物的質量濃度大小有顯著正相關關系。但水華期間不適用，部分水華前后期懸浮物主要為藻類且質量濃度很高，但透明度最高可達4～5m。有機物是難溶于水的，水中有機物絕大多數是附著在濁度顆粒上。

（2）電導率與總硬的關系：電導率和溶解性總固體濃度成正比，關系近似可解釋為：1μs/cm電導率=0.5ppm硬度。利用電導率儀或總固體溶解量計可以間接得到水的總硬度值，但是用電導率間接來測算水的硬度，會產生約為20-30 ppm的理論誤差。

（3）總硬度與總溶解固體的關系：一般總硬度監測值小于總溶解固體值，其比值大約為0.5～0.8。若水中Ca2+、Mg2+含量很高時，其比值要比0.80大；若水中Ca2+、Mg2+含量很小時，其比值要比0.50小。

（4）電導率與溶解性總固體、水溫的關系：對天然淡水而言，在水溫一定時，溶解性總固體與電導率基本成線性關系。用電導率審核水質分析結果的溶解性總固體（含鹽量）時，電導率乘以0.55-0.70因數能近似地等于溶解性總固體。對同一個水源水，因數基本確定，用電導率審核溶解性總固體相對準確。

（5）一般天然水體6＜pH≤9.4，溫度升高，pH降低（早晨pH低，下午pH高）；靜水壓力升高，pH降低；鹽度升高，pH升高，水華時，溶解氧過飽和，pH升高。

（6）水溫對測定電導率有很大的影響。溫度每升高1℃，電導率增加約2%。如果測定水樣的溫度不是25℃，而是0-30℃中的任何值時，必須對電導率進行溫度校正。

2 主要化學指標

（1）硝酸鹽氮（NO3--N）與亞硝酸鹽氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）的關系：硝酸鹽氮是自然界氮循環的最終產物。由于氮源多以還原態氮形式排入水體，水中含氮有機物（如蛋白質）在無氧環境中分解的最終產物是氨。環境中氮的存在形式受水體中溶解氧濃度影響。硝酸鹽氮和氨氮不可能同時高，一般溶解氧高的水體硝酸鹽氮的濃度高于氨氮濃度，反之氨氮濃度高于硝酸鹽氮濃度，亞硝酸鹽氮濃度與之無明顯關系。NH4+-N濃度升高表明水體近期受到污染。

（2）化學需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、總有機碳(TOC)：化學需氧量反映水中被還原性物質污染的程度，以污染物被氧化分解時所消耗氧化劑的數量，以氧的mg/L表示。高錳酸鉀法僅適用于測定污染較低的地表水、飲用水和生活污水，污染較高的工業廢水應適用CODcr。總有機碳是指水體中溶解性和懸浮性有機物含碳的總量，比BOD5或COD更能直接表示有機物的總量。根據指標定義，一般可用下列規律判斷監測結果合理性：化學需氧量監測值應大于高錳酸鹽指數、五日生化需氧量，且高錳酸鹽指數值約為0.2～0.7倍化學需氧量監測值，五日生化需氧量值約為0.2～0.8倍化學需氧量監測值。在較清潔的水體中,BOD5/CODMn一般小于1,當CODMn大于10mg/L時,比值大于1可能性較大。

（3）石油類和化學需氧量的關系：石油類為耗氧有機污染物,能被重鉻酸鉀氧化,其濃度值高,則化學需氧量濃度值高。

（4）重金屬與硫化物的關系：在天然水中,有機物不完全分解會產生硫化氫氣體,在水中生成二價硫離子和一價硫氫根離子,重金屬離子可全部沉淀出來,水樣中硫化物濃度較高時,則重金屬（銅、鋅、鉛、鉻）的濃度值則較低,對于其他水體若重金屬以絡合態存在時,則不一定符合上述關系。

（5）溶解氧、五日生化需氧量與六價鉻及總鉻的關系：在天然水中,六價鉻還原為三價鉻取決于水中的溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量值,當溶解氧值越小,化學需氧量、五日生化需氧量值越高,則還原作用越強。因此，水環境中溶解氧值較小,化學需氧量、五日生化需氧量值較高時,六價鉻離子,被有機物還原為三價鉻,從而被水體中懸浮物吸附，沉降于水體底質中,而水樣中六價鉻檢出值則較低,甚至不能檢出。但是其底質中總鉻的含量卻不容忽視。

3 主要生物指標

水質監測數據審核分析中主要關注的生物指標為水體富營養化引起的藻類生物量變化。富營養化是指氮、磷等營養物質含量過多引起的水質污染現象，出現富營養化時，浮游生物大量繁殖，使水體呈現藍色、紅色、棕色，這種現象也稱為“水華”。在自然條件下，湖泊演變沼澤、陸地的過程極為緩慢；在人類活動影響下，大量工業廢水和生活污水以及農田徑流中的營養物質進入水體后，水生生物特別是藻類迅速大量繁殖，改變生物種群種類數量，破壞水體生態平衡，同時造成溶解氧下降，魚類大量死亡。

水華發生主要條件：水動力低（靜水或緩慢流動水體）、日照、適宜氣溫、充足氮磷營養鹽水體中N/P含量比8～30時易發生水華。

（1）藻類（葉綠素 Chl-a）與總氮（TN）、總磷（TP）的關系：在靜止或緩慢流動的水體中，藻類在陽光照射的條件下，以水、二氧化碳、溶解性氮、磷等營養物為原料，不斷生產出有機物，并釋放出氧。藻類等浮游植物體內所含碳、氮、磷等主要營養元素間存在著一個比較確定的比例。按質量計C：N：P=41：7.2：1；按原子數計C：N：P=106：16：1。一般來說，水體中 N/P 含量比 8～30 時易發生水華。

（2）藻類（葉綠素Chl-a）與溶解氧、pH的關系：藻類光合作用時吸收水中的二氧化碳，釋放出氧氣。清潔水的溶解氧的飽和度應在100%左右，在藻類大量繁殖時會造成水的溶解氧過飽和，過飽和程度與藻類含量、水溫、陽光強度呈正相關性。溶解氧過飽和時，會有O2從水體中逸出。藻類吸收了水體中的CO2必然會造成水體PH值升高。同理，當水的pH升高時，水體吸收大氣中CO2的能力增強，這樣pH值不會無限的升高形成動態平衡。

結語

真實可靠的水環境質量監測數據是客觀評價水環境質量狀況、促進水污染防治工作的重要基礎，數據審核過程中，應該根據各指標間的相關關系，對監測數據進行比較和驗證，檢查審核數據的合理性。深化環境監測體制改革，提高環境監測數據質量是生態文明體制改革走向深入的必然要求，數據審核也應適應更高、更新的要求，更好服務于水污染防治工作和水環境質量的持續改善。