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几种河流水质评价方法的比较分析
更新时间:2017-02-08 来源:《环境科学与管理》 作者:陆卫军,张涛

摘 要:河流水质评价是水环境管理的基础性工作,采用合理的水质评价方法,才能说清河流水质状况,满足水环境管理和决策需要。选择单因子指数评价方法、综合污染指数评价方法、综合水质标识指数评价方法以及江苏省太湖流域河流水质评价的推荐方法-水质指数评价方法等在环境监测系统中较常用的四种方法进行比较分析,并进行实例计算和结果对比评价。结果表示,水质指数评价方法采用定性和定量相结合,同时方法简单,结果明了,是比较实用的评价方法。

在中国,关于河流水质综合评价方法的研究已有近三十年的历史,提出的评价河流水质的方法有二、三十种。目前对水环境质量现状的描述和评价通常采用两种方法,一是定性评价,即进行水质类别的判定;二是定量评价,即综合污染指数评价方法,对河流水质进行比较。江苏省境内河网众多,分属长江、淮河两大流域、三大水系,河流污染是最为突出的水环境问题,而由于河流水质综合评价自身存在的特殊性,至今没有一个被大家公认通用的、具有可比性的水质评价数学模型,因此,评价方法存在的缺陷一直是对水环境进行科学管理的瓶颈之一[1]。江苏省环境保护厅曾立项研究太湖流域河流水质评价技术规范,以太湖主要入湖河流为研究对象,综合考虑了实际应用、便于比较、定性和定量相结合等方面的因素,提出了水质指数评价方法,并推荐作为太湖流域河流水质评价的方法。本文拟对几种河流水质评价方法作比较分析。

1 几种河流水质评价方法概述

河流水质评价方法众多,在环境监测系统中较常用的四种方法有,单因子指数评价方法、综合污染指数评价方法、综合水质标识指数评价方法以及江苏省太湖流域河流水质评价的推荐方法,即水质指数评价方法等。

1.1 单因子指数评价方法

《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定:“地表水环境质量评价应根据应实现的水域功能类别,选取相应类别标准,进行单因子评价,评价结果应说明水质达标情况,超标的应说明超标项目和超标倍数”。单因子评价法首先要确定该水体评价标准,将各参数浓度与评价标准相比,根据比值是否大于1来评价该水体是否达到了相应的水质标准,并判定评价指标的水质类别,以最差的水质类别作为水质综合评价的结果。该方法简单明了,可直接了解水质状况与评价标准之间的关系,是目前环境监测系统划分水质类别的评价方法。单因子指数的计算公式为:G=MAX(Gi)

式中:Gi为i项污染物的水质类别。

1.2 综合污染指数评价方法

综合指数评价法是对各污染指标的相对污染指数进行统计,得出代表水体污染程度的数值,该方法用以确定污染程度和主要污染物,并对水污染状况进行综合判断。在一般情况下综合污染指数评价方法的应用,是假设各参与评价因子对水质的贡献基本相同,采用各评价因子标准指数加和的算术平均值进行计算,同时也反映了多个水质参数与相应标准之间的综合对应关系[2],但其结果与单因子评价方法一样是相对值,评价标准不同,计算的水质指数值也不相同。综合污染指数评价方法的计算公式为:

 blob.png

式中:Ci为i项污染物的浓度值,C0为i项污染物的评价标准,Pi为i项污染物的污染指数。

1.3 综合水质标识指数评价方法

同济大学徐祖信[3]提出综合水质标识指数法。它是以单因子水质标识指数为基础,以一组有机污染指标和富营养化指标综合评价河流水质,综合水质标识指数的组成为:WQI=X1.X2X3X4,式中X1为河流总体的综合水质级别;X2为综合水质在X1类水质变化区间内所处位置;X3为参与综合水质评价的水质指标中,劣于水环境功能区目标的单项指标个数;X4为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果,如果综合水质类别好于或达到功能区类别,则X4=0;如果X4=1,说明综合水质劣于功能区1个类别等依此类推。综合水质标识指数X11X2的计算公式为:

 blob.png

式中m为参加综合水质评价的水质单项指标的数目,P1,P2,…Pm分别为第1、2…,m个水质因子的单因子水质指数。

1.4 江苏省太湖流域河流水质评价的推荐方法-水质指数评价方法

在江苏省太湖流域河流水质评价中,根据河流污染的特点,综合考虑了单因子指数评价、综合污染指数评价和综合水质标识指数评价方法。水质指数组成为:WQI=X11X2(X3),式中:X1为水质类别;X2为水质在该类别变化区间中所处的位置;X3为首要污染因子,其水质指数的计算公式为:

 blob.png

式中:blob.png等指pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮和其它参加评价指标的单因子水质指数;MAX指取所有参加评价指标的单因子水质指数的最大值。

2 实例比较分析

2.1 选取水质评价指标及评价数据

以太湖流域2007年15条主要入湖河流监测数据为例,根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量、铜等24项基本监测项目作为指标筛选对象,将各项指标的污染分担率进行排序,结果表示,污染分担率较高的监测因子为氨氮、石油类、BOD5、TP、CODMn、挥发酚、DO等,根据江苏省太湖流域河流目标考核要求,综合各因子的污染分担率以及太湖流域有机污染严重的污染特征,拟选取DO、CODMn、氨氮、TP作为主要水质评价因子进行分析,其年均值监测数据如表1。

 blob.png

2.2 评价结果比较分析

综合污染指数评价方法选择《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类作为评价标准,综合水质标识指数法评价中水质功能区目标如表1,四种评价方法计算结果如表2所示。

 blob.png

从表2结果对比看出,单因子指数评价方法是按国家规定的地表水分类标准进行评价,仅表示了水质类别。综合污染指数是相对标准值计算的结果,综合反映了河流水污染状态,可以比较各河流污染程度,但不能说明水质类别。综合水质标识指数对河流综合水质可以定性和定量评价,对同类水体及劣V类的河流也可以进行水质评价和比较,其第一位表示的是综合水质类别,与目前判定的水质类别差别较大,后两位表示的水质功能区达标情况,表示方法相对专业。

江苏省太湖流域河流水质评价推荐的水质指数评价方法,结果一目了然的表示了各条河流的水质类别和首要污染因子,水质类别和国家规定的地表水类别评价一致,并可比较同类水质类别的污染程度。如河流5和河流11均为Ⅳ类水质,河流11的水质指数为419接近Ⅴ类水质,河流11水质指数为411接近Ⅲ类,水质相对较好。从首要污染因子结果看出,15条河流影响水质类别的指标中,有12条河流首要污染因子为氨氮、3条为总磷,反映了氨氮是影响太湖流域入湖河流水质类别的主要因子。

3 结论

水环境质量评价方法很多,作为一种合理的河流水环境质量综合评价方法,有两点基本的要求必需满足:一方面水质类别的判断一定要符合国家规定的地表水分类标准,即若某水体中,有一项污染指标的浓度超过相应水质类别标准规定的浓度,即表明该水体不支持这类水体的使用功能;另一方面,在准确判断水质类别的基础上,对水质类别相同的水体要能够进行优劣比较[4]。江苏省太湖流域河流水质评价的推荐方法,综合考虑了各种方法的特点和实用性,既延续了国家标准规定的水质类别评价方法[5],使评价结果与历史结果相比有其连续性和可比性,同时又采用了定量的表示方法,可以比较水质污染程度,评价方法简单,结果直观明了,并且信息丰富,因此,建议在河流水质评价中推广应用。

参考文献:

[1]粱德华,蒋火华.河流水质综合评价方法的统一和改进[J].中国环境监测,18(2):63-66.

[2]彭文启,张祥伟,等.现代水环境质量评价理论和方法[M].北京:化学工业出版社,2005.

[3]徐祖信.我国河流综合水质标识指数评价方法研究[J].同济大学学报,33(4):482-488.

[4]蒋火华,梁德华,吴贞丽.河流水环境质量综合评价方法比较研究[J].干旱环境监测,14(3):139-141.

[5]GB3838-2002,地表水环境质量标准[S].国家环境保护总局.国家质量监督检验检疫总局,2002:1-4.

版权、出处:《环境科学与管理》

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