東遼河重點斷面水質評價方法研究

張宏星，暴瑞玲，林 嵐，鄭國臣

（1.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春 130021）

0 引言

遼河流域水環境污染嚴重，是國家重點治理的河段之一，經過多年的治理，污染情況有所改善。東遼河流域是吉林省農業種植和畜牧業養殖的重點區域，農業和畜禽養殖業的迅猛發展使水資源利用率逐漸增加，土地被大規模開發利用，加上數量占比很大的傳統工業廢水的大量排放，水資源短缺、水體污染的情況十分嚴峻，對供水安全和環境安全構成嚴重威脅。流域水質監測與評價是水環境保護的基礎工作，因此對東遼河流域開展水質評價十分必要。

東遼河重點斷面的水質處于Ⅳ類、Ⅴ類及劣Ⅴ類較多。目前，單因子評價法是最為常用的評價方法，該方法直觀，且操作性強，在水資源保護中具有較強的指導性[1，2]，但就流域水質評價而言，其所采用的一票否決原則表現為過保護，不能科學合理地評判水質類別，值得進一步探討。

水質標識指數可完整表達河流總體的綜合水質信息，是目前適合評價超標的水體（如黑臭水體）水質評價的方法。模糊綜合評價考慮了數據的不充分性和水環境決策本身具有的模糊概念等特點，很好地體現了水質級別的模糊性[3-5]。因此，采用單因子評價法、綜合水質標識指數法及模糊綜合評價法來對東遼河水質進行評價，從中選擇更適合東遼河流域水質評價的方法。

1 東遼河概況

吉林省境內遼河的主要河流是西遼河和東遼河，其中東遼河發源于東遼縣，全長406km，在吉林省境內長321km，流域面積為10136km2，是流域內長度最長、流域面積最大的河流。東遼河所屬的流域水資源量時空分布不均勻，季節和年際變化大[6]。東遼河最枯年份的來水量占多年平均來水量的9.3%，河道干涸、斷流、生態環境不斷惡化，嚴重影響了流域的可持續發展。

2 水質分析與評價

2.1 東遼河重點斷面水質分析

本文選取東遼河的7個重點監測斷面，即西孟橋、遼河源、攔河閘、河清（入二龍山水庫）、城子上、周家河口、四雙大橋。由2017—2019年吉林省東遼河水質數據可知，除遼河源斷面屬水源保護區未受污染外，其余監測斷面多為Ⅳ類、Ⅴ類及劣Ⅴ類，西孟橋斷面污染最嚴重時，氨氮、五日生化需氧量、化學需氧量、總磷、陰離子表面活性劑、高錳酸鹽指數、揮發酚、氟化物均超標，至2019年10—12月，斷面監測結果已為輕度污染。河清和攔河閘及城子上斷面的2017年水質數據顯示超標項目為總磷、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數、化學需氧量，2018至2019年有所改善。周家河口斷面2017年水質重度污染，通過治理，2019年該斷面已有所改善。四雙大橋斷面的水質重輕度反復交替，2019年水質總體輕度污染。

2.2 單因子評價法

單因子評價項目：pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、石油類、揮發酚、總磷、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻、鉛、氰化物、陰離子表面活性劑、硫化物。單因子污染指數法的計算結果見表1。

表12017 —2019年吉林省東遼河重點斷面的水質狀況

依據監測數據，計算東遼河2017—2019年的水質超標倍數，東遼河11項水質評價指標超標嚴重的有氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）。

2.3 水質標識指數法

水質標識指數法是徐祖信提出的一種水質評價方法[7，8]，分單因子水質標識指數法和綜合水質標識指數法，該法解決了劣Ⅴ類水質的連續性描述問題，能夠對劣Ⅴ類水進行科學合理評價[4]。綜合水質標識指數由整數位和3位或4位小數位組成，其結構為

式中的X1.X2由計算獲得[9]，X3和X4根據比較結果得到。其中，X1為河流總體的綜合水質類別；X2為綜合水質在X1類水質變化區間內所處位置，從而實現在同類水中進行水質優劣比較；X3為參與綜合水質評價的水質指標中，劣于水功能區目標的單項指標個數；X4為綜合水質類別與水功能區類別的比較結果，視綜合水質的污染程度，X4為一位或兩位有效數字。研究選取溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）共7項具有代表性的水質監測項目指標進行分析評價，具體的水質標識指數和評價結果見表2。

表2 東遼河水質標識指數與綜合水質評價結果

2.4 評價結論

與其他評價方法相比，水質標識指數法將定性、定量評價有機結合，對劣Ⅴ類河流可進行水質評價，并判別河流水體是否黑臭。與單因子評價法相比，水質標識指數法充分考慮了最差水質因子的影響，避免了單因子評價法以偏概全的缺陷，可直觀地表達水質類別和達標情況，達到定性和定量評估。從7個斷面的單因子水質標識指數評價結果來看，2017—2018年水質總體變化不明顯，2019年均有不同程度的改善，周家河口和四雙大橋斷面氨氮指標水質有轉好的趨勢，達到河流水質目標的只有遼河源斷面，2017—2019年水質均為Ⅱ類水。

3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法首先通過單指標評價分別計算各個評價指標在各評價等級的隸屬度，建立模糊關系矩陣；然后確定各評價指標在所有指標中的指標權重；最后通過模糊關系運算對水質進行分析評價。

3.1 建立模糊關系

根據監測河段的水質狀況及現有的監測數據，選擇各污染指標對某一標準超標倍數的次數統計結果，采用溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）為評價因子，取評價集V={Ⅰ類，Ⅱ類，Ⅲ類，Ⅳ類，Ⅴ類}。

考慮到運算的實際性，采用“降半梯形分布法”[1]來計算。將各監測斷面的監測數據代入隸屬函數中，建立每個斷面的單因子模糊評價矩陣R。

3.2 組合賦權法確定權重

超標倍數賦權法[9]是一種主要因素突出型賦權方法，突出了主要污染物的影響，強調污染較為嚴重的水質指標在所有指標中的重要性，并同時增加其對最終評分的影響力，其計算式：

式中：Wi為第i項指標的權重值；Si為第i項指標n個類別的平均值；xi為第i項指標的實際質量濃度。

將利用熵權法[1]對評價指標的權重進行調整：

式中：wi——第i項指標熵權后的權重值；hi——計算的熵權值。

3.3 模糊運算與綜合評價

根據兩種不同的計算權重方法改進了傳統的模糊評價法，采用最大隸屬度原則，其綜合評判結果見表3。

表3 改進熵權法水質評價結果

3.4 評價結論

采用基于超標倍數法和熵權法的組合賦權法，對東遼河水質指標進行權重賦值，不僅考慮了最大污染指標對水質的影響，也綜合考慮了各評價指標間的相互影響，使權重系數能準確、客觀地反映各指標對水質的作用。從水質數據結果來看，除遼河源斷面屬Ⅱ類水水質較好外，其余斷面水質中主要的污染物為氨氮、總氮、總磷。

4 結語

綜上所述，從2017—2019年的水質監測數據來看，除遼河源觀測斷面的水質滿足水功能區要求外，其他6個斷面均處于Ⅴ類、劣Ⅴ類或黑臭（采用綜合水質標識指數結果）。造成東遼河各斷面水質達不到水功能區要求的原因是氨氮、總氮和總磷嚴重超標。東遼河水質有改善的趨勢，但受總氮、總磷及氨氮污染因子的影響，東遼河依然存在河道富營養化和黑臭水體的情況，需引起重視。