不同水質(zhì)評價方法在瀏陽河水質(zhì)評價中的應(yīng)用比較

彭小玉　周理程　畢軍平　甘杰　梁菁

摘要：以瀏陽河8個常規(guī)監(jiān)測斷面2016年監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用單因子評價法、水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法5種評價方法對其水質(zhì)進(jìn)行了綜合評價。結(jié)果表明：水污染指數(shù)法在瀏陽河水質(zhì)評價中具有較好的適用性，單因子評價法無法進(jìn)行水質(zhì)定量評價，綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法無法進(jìn)行水質(zhì)類別的評價，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果過于樂觀。

關(guān)鍵詞：單因子評價法;水污染指數(shù)法;綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法;綜合污染指數(shù)法;內(nèi)梅羅指數(shù)法;水質(zhì)評價

中圖分類號：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0106-03

1 引言

河流水質(zhì)評價是水環(huán)境管理的基礎(chǔ)性工作，采用科學(xué)合理的水質(zhì)評價方法，才能準(zhǔn)確地反映當(dāng)前水體的水質(zhì)狀況和污染情況，從而為水污染治理及水環(huán)境管理等提供依據(jù)。一種水質(zhì)評價方法要想被廣泛推廣應(yīng)用，必須具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性、合理性、計算簡單、便于掌握等特點。隨著環(huán)境統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展，近年來一些新的統(tǒng)計方法不斷被嘗試用于水質(zhì)評價中，如模糊數(shù)學(xué)法、灰色評價法等，但這些方法計算過程復(fù)雜繁瑣，可操作性較差[1]。目前，我國環(huán)保部門普遍采用的水質(zhì)評價方法是單因子評價法和綜合污染指數(shù)法，但這兩種方法都有其局限性，單因子評價法能夠給出水質(zhì)類別，但無法定量反映水質(zhì)變化;綜合污染指數(shù)法能夠?qū)⑺|(zhì)量化，但無法直觀判斷水質(zhì)類別。

綜合國內(nèi)外研究，目前在河流水質(zhì)評價方面尚無統(tǒng)一的、公認(rèn)的評價模式。為此，以瀏陽河8個常規(guī)監(jiān)測斷面為研究對象，采用單因子評價法、水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法5種評價方法，對瀏陽河水質(zhì)進(jìn)行綜合評價，分析評價結(jié)果，并對各評價方法的優(yōu)缺點進(jìn)行比較分析。

2 評價區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

瀏陽河是湘江下游東側(cè)重要的一級支流，為長沙市境內(nèi)最大的湘江支流，起源于湖南省瀏陽市大圍山鎮(zhèn)瀏河源村，流經(jīng)瀏陽市、長沙縣、長沙雨花區(qū)、長沙芙蓉區(qū)和長沙開福區(qū)，全長223.6 km，流域面積4243.7 km2，其干流為沿岸居民生產(chǎn)生活重要用水水源。瀏陽河干流沿程設(shè)有8個常規(guī)監(jiān)測斷面，分別為黃花洞、瀏陽三水廠、韓家港、金牌村、石橋、榔梨、黑石渡和三角洲，評價所采用的數(shù)據(jù)為8個監(jiān)測斷面2016年1～12月的月平均監(jiān)測數(shù)據(jù)。綜合分析全年監(jiān)測數(shù)據(jù)，瀏陽河水質(zhì)主要受有機類和營養(yǎng)鹽類污染的影響，故本次評價參與指標(biāo)選定為高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮和總磷等5項指標(biāo)。

3 評價方法

3.1 單因子評價法

單因子評價法是我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中規(guī)定的評價方法，即以水質(zhì)最差的單項指標(biāo)所屬的類別來確定水體綜合水質(zhì)類別。其方法是用水體各監(jiān)測指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果對照該指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)，確定該指標(biāo)的水質(zhì)類別，在所有參與評價指標(biāo)的水質(zhì)類別中選取水質(zhì)類別最差的那個作為水體水質(zhì)類別。

3.2 水污染指數(shù)法

水污染指數(shù)法基于單因子評價法的評價原則，依據(jù)水質(zhì)類別與WPI值對應(yīng)表（表1），應(yīng)用內(nèi)插方法計算出某一斷面每個參與水質(zhì)評價指標(biāo)的WPI值，選取最高的WPI值作為該斷面的WPI值[2-4]。

式（1）中，C（i）為第i個評價指標(biāo)的監(jiān)測濃度值，C，（i）為第i個評價指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)的下限濃度值，Ch（i）為第i個評價指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)的上限濃度值，WPli（i）為第i個評價指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)下限濃度值所對應(yīng)的指數(shù)值，WPIk（i）為第i個評價指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)上限濃度值所對應(yīng)的指數(shù)值，WPl（i）為第i個評

3.3 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是由徐祖信等人[5]于2005年在單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的基礎(chǔ)上，提出的一種全新的綜合水質(zhì)評價方法。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總體上包括兩部分[6]：一是綜合水質(zhì)指數(shù)X1和X2，由計算獲得;二是標(biāo)識碼X3和X4，在求得綜合水質(zhì)指數(shù)的基礎(chǔ)上，通過判斷獲得，其結(jié)構(gòu)為：

式（3）中，X1為水體總體的水質(zhì)類別;X2為水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置，從而實現(xiàn)在同類水質(zhì)中進(jìn)行優(yōu)劣比較;X3為參與水質(zhì)評價的評價因子中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項指標(biāo)個數(shù);X4為水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的核心是X1和X2的計算，即根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定水體的綜合水質(zhì)類別，并確定水質(zhì)在該類別變化區(qū)間中的位置[7，8]。

3.4 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是對各污染指標(biāo)的相對污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，從而得出代表水體污染程度的數(shù)值。該方法用以確定污染程度和主要污染物，并對水污染狀況進(jìn)行綜合判斷。在一般情況下綜合污染指數(shù)評價方法的應(yīng)用，是假設(shè)各參與評價因子對水質(zhì)的貢獻(xiàn)基本相同，采用各評價因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)加和的算術(shù)平均值進(jìn)行計算[9]。

3.5 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)由美國敘拉古大學(xué)內(nèi)梅羅（N.L.Nemerow）教授于1974年在其所著的《河流污染科學(xué)分析》一書中提出的一種水污染指數(shù)，是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[11，12]。

4 結(jié)果與討論

應(yīng)用單因子評價法、水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法5種評價方法對瀏陽河水域8個常規(guī)監(jiān)測斷面水質(zhì)進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表2。

4.1 水質(zhì)類別評價

由表2可以看出，單因子評價法和水污染指數(shù)法的水質(zhì)類別評價結(jié)果完全相同。上游黃花洞和瀏陽三水廠斷面水質(zhì)分別為I類和Ⅱ類，水質(zhì)為優(yōu);中游斷面韓家港、金牌村、石橋和榔梨斷面水質(zhì)均為Ⅲ類，水質(zhì)為良好;下游斷面黑石渡和三角洲斷面水質(zhì)分別為Ⅳ類和V類，水質(zhì)受到不同程度的污染，主要是由于瀏陽河長沙城區(qū)段生活污水直接排人和污水處理廠尾水排入導(dǎo)致清污比例失調(diào)引起的[13]。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)類別評價結(jié)果較單因子評價法和水污染指數(shù)法評價結(jié)果過于樂觀，上游黃花洞和瀏陽三水廠斷面水質(zhì)均為I類，水質(zhì)為優(yōu);中游斷面韓家港、金牌村、石橋和榔梨斷面水質(zhì)均為Ⅱ類，水質(zhì)為優(yōu);下游斷面黑石渡和三角洲斷面水質(zhì)均為Ⅲ類，水質(zhì)為良好。

4.2 水質(zhì)定量評價

除單因子評價法外，水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法均能對水質(zhì)進(jìn)行定量評價，其評價結(jié)果見表2和圖1。

由圖1可以看出，水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法的評價結(jié)果基本一致，瀏陽河上游斷面黃花洞水質(zhì)較好，沿程水質(zhì)由上而下呈逐步變差趨勢，下游黑石渡和三角洲斷面水質(zhì)最差。

4.3 五種評價方法的綜合比較

單因子評價法是我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中規(guī)定的評價方法，也是目前我國環(huán)保部門普遍采用的水質(zhì)評價方法，缺點在于只能對水質(zhì)進(jìn)行定性判斷，無法對水質(zhì)類別相同的水體進(jìn)行優(yōu)劣比較。

水污染指數(shù)法延續(xù)了單因子評價法以污染最嚴(yán)重的指標(biāo)作為判斷水質(zhì)類別的思想，在此基礎(chǔ)上將水質(zhì)狀況進(jìn)行量化，評價結(jié)果與歷史結(jié)果相比有其延續(xù)性和可比性。根據(jù)量化結(jié)果，不僅能直觀的判斷水質(zhì)類別，還能對不同時段不同水體、水質(zhì)類別相同的水體等進(jìn)行優(yōu)劣比較，同時該方法計算方法簡單、可操作性強，具有較強的應(yīng)用和推廣價值。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法既能對河流水質(zhì)進(jìn)行定性評價，也能將評價結(jié)果量化，對不同水體間的水質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行比較。但在瀏陽河水域水質(zhì)評價中，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果明顯優(yōu)于其他方法，與國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水質(zhì)類別評價方法評價結(jié)果不一致，致使其評價結(jié)果與歷史結(jié)果無可比性，適用性較差。

綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法在目前水質(zhì)評價中常與單因子評價法結(jié)合使用，但共同缺點在于無法進(jìn)行水質(zhì)類別的判定。

5 結(jié)論

（1）對瀏陽河水質(zhì)進(jìn)行水質(zhì)類別評價時，單因子評價法和水污染指數(shù)法的評價結(jié)果完全相同，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的評價結(jié)果較前兩者過于樂觀。

（2）對瀏陽河水質(zhì)進(jìn)行水質(zhì)定量評價時，除單因子評價法外，水污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法均能對水質(zhì)進(jìn)行定量評價，且4種方法的評價結(jié)果基本一致。

（3）水污染指數(shù)法在瀏陽河水質(zhì)評價中具有較好的適用性，該方法既延續(xù)了我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）規(guī)定的水質(zhì)類別評價方法，使評價結(jié)果與歷史結(jié)果相比有其延續(xù)性和可比性，同時又能將評價結(jié)果進(jìn)行量化，從而對不同時段不同水體、水質(zhì)類別相同的水體等進(jìn)行優(yōu)劣比較，且計算簡單、可操作性強，有利于管理人員跨過繁雜的原始數(shù)據(jù)，快速掌握不同水體的污染程度，是水資源保護和管理工作中一項有力的工具。

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作者簡介：彭小玉（ 1984-），女，碩士，研究方向為環(huán)境監(jiān)測及評價。