河流水質(zhì)評價方法研究—以太湖流域為例

張 濤,張寧紅,司 蔚

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇南京210036)

河流水質(zhì)評價方法研究—以太湖流域為例

張 濤,張寧紅,司 蔚

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇南京210036)

說清河流水質(zhì)狀況是水環(huán)境管理和決策的需要,河流水質(zhì)評價方法研究綜合考慮了實際應(yīng)用、便于比較、定性和定量相結(jié)合,并符合國家規(guī)定的地表水分類標(biāo)準(zhǔn)等方面問題,提出了科學(xué)、實用的水質(zhì)指數(shù)法作為河流水質(zhì)的評價方法,詳細(xì)表述了評價的過程和公式,并進(jìn)行實例計算分析,為同行提供參考。

太湖;河流水質(zhì);評價方法

Abstract:River water quality conditions is needed for water environment management and decision-making.Current riverwater quality app raisalmethod,considering p ractical app lication,is convenient for comparison and combination of qualitative and quantitative analysis,w hich confo rm s to the state standard of surface water classification.This paper recommends p ractical water quality index method fo r app raisal consideration and also the detailed app raisal p rocess and fo rmulae and case analysis are described.

Key words:Tai Lake;river water quality;app raisalmethod

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,太湖流域環(huán)境污染事件頻發(fā),其水質(zhì)狀況受到政府和社會的廣泛關(guān)注。合理評價河流水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),說清河流水質(zhì)狀況,是水環(huán)境管理和決策的需要。我國河流水質(zhì)綜合評價方法的研究已有近三十年,提出評價河流水質(zhì)的方法有許多種,但至今沒有一個被大家公認(rèn)通用的、具有可比性的水質(zhì)評價數(shù)學(xué)模型[1],2007年江蘇省環(huán)境保護(hù)廳立項研究典型流域河流水質(zhì)評價技術(shù)規(guī)范,以太湖流域為例,探索科學(xué)評價河流水質(zhì)的方法。

1 合理選擇河流水質(zhì)評價指標(biāo)

選擇科學(xué)、全面、實用性強(qiáng)的評價指標(biāo),對河流水質(zhì)進(jìn)行評價,分析水污染的主要方面,為環(huán)境監(jiān)測和管理服務(wù)十分必要[1]。環(huán)境監(jiān)測的例行監(jiān)測任務(wù)一般以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)規(guī)定水溫、p H值、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群共24項的基本項目作為監(jiān)測因子。在眾多的環(huán)境影響因子中找出能反映水質(zhì)特征的主要因子進(jìn)行分析,便可以判斷水環(huán)境質(zhì)量,為環(huán)境管理和治理提供科學(xué)依據(jù)。

以太湖流域15條主要入湖河流監(jiān)測數(shù)據(jù)作為選擇指標(biāo)的基礎(chǔ)進(jìn)行具體分析,通過計算各項污染指標(biāo)的污染分指數(shù)和河流的綜合污染指數(shù),統(tǒng)計污染指標(biāo)的污染分擔(dān)率,比較污染分擔(dān)率的大小,合理選擇河流評價指標(biāo)[2]。

通過對15條河流水質(zhì)狀況分析,并對24項監(jiān)測因子污染分擔(dān)情況進(jìn)行排序,發(fā)現(xiàn)太湖流域河流監(jiān)測因子污染分擔(dān)率差別較大,鋅、硫化物、銅、鎘等一些低污染因子污染分擔(dān)率不到1%,對水質(zhì)影響十分有限。而氨氮、石油類、總磷、COD、BOD5等5項污染因子污染分擔(dān)率均超過10%,累計分擔(dān)率達(dá)61.9%,是影響河流水質(zhì)的主要污染因子,分擔(dān)率超過1%的共有11項污染因子,其排序結(jié)果如表1。

表1 各污染因子平均值排序情況 %

根據(jù)各因子的污染分擔(dān)率以及太湖流域有機(jī)污染嚴(yán)重的污染特征,選取p H、DO、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、石油類、揮發(fā)酚、汞、鉛等9項為主要評價指標(biāo)[3],在不同地區(qū)進(jìn)行評價時,也可以考慮到各地評價需要和環(huán)境質(zhì)量的特征進(jìn)行增減。

2 水質(zhì)指數(shù)評價方法

對河流水質(zhì)評價方法有很多,在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)廣泛采用單因子評價和綜合指數(shù)評價兩種方法。單因子評價是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定的方法,方法簡單明了,是劃分水質(zhì)類別的評價方法。綜合指數(shù)評價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,其結(jié)果是相對值。

河流水質(zhì)評價方法以太湖主要入湖河流為研究對象,系統(tǒng)分析了單因子評價、綜合指數(shù)評價等各常用評價方法的優(yōu)劣,綜合考慮實際應(yīng)用、定性和定量相結(jié)合、結(jié)果意義明確,同時滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求等方面的因素,研究提出水質(zhì)指數(shù)評價方法。

2.1 水質(zhì)指數(shù)的表示方式

水質(zhì)指數(shù)的表達(dá)式為:X1.X2(X3),式中 X1為水質(zhì)類別,X2為水質(zhì)在該類別中所處的位置,X3為首要污染因子對應(yīng)的指標(biāo)項。如某條河流水質(zhì)指數(shù)為3.5(總磷),表示該條河流水質(zhì)類別為Ⅲ類,在該類別中處在相對中間的位置,首要污染因子是總磷。

2.2 水質(zhì)指數(shù)確定方法

用水質(zhì)指數(shù)方法評價河流,需先計算參與評價指標(biāo)的單項水質(zhì)指數(shù),然后取參評指標(biāo)水質(zhì)指數(shù)最大值作為最終水體的水質(zhì)指數(shù),其計算公式為:

式中:X1.X2pH,X1.X2DO,X1.X2CODMn,X1.X2NH3-N等指p H、DO、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和其它參加評價指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù);M AX指取所有參加評價指標(biāo)的單因子水質(zhì)指數(shù)的最大值。

2.2.1 水質(zhì)指數(shù) X1值的確定方法

X1值的確定是依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的評價方法,選擇的評價指標(biāo)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》判定水質(zhì)類別,水質(zhì)類別為Ⅰ類時,X1=1,為Ⅱ類時,X1=2,以此類推,水質(zhì)類別為劣Ⅴ類時,X1=6。

2.2.2 水質(zhì)指數(shù) X2值的計算方法

X2值為該單項指標(biāo)濃度值在該類別中所處的位置,污染指標(biāo)的濃度值越接近該類水體下限值時,其值越小,反之,越接近該類水體上限值時,其值越大。一般指標(biāo) X2采用公式(1)計算[4],值取到小數(shù)點后一位(不需四舍五入)。水質(zhì)類別為劣Ⅴ類時,分母直接用Ⅴ類水體限值進(jìn)行計算。

式中:Ci為某指標(biāo)的實測濃度;C下限值為某指標(biāo)該類水體濃度的下限值;C上限值為某指標(biāo)該類水體濃度的上限值。

2.2.3 水質(zhì)指數(shù) X1.X2的確定

水質(zhì)指數(shù)值為 X1和 X2值的加和,計算采用公式(2)。

2.2.4 X3值的確定方法

X3為首要污染因子,指參加評價指標(biāo)的單因子水質(zhì)指數(shù)的最大值所對應(yīng)的指標(biāo),用該指標(biāo)名稱直接表示。

3 實例運(yùn)用

以某月江蘇省太湖流域15條主要入湖河流為例進(jìn)行分析,并用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]單因子評價結(jié)果與水質(zhì)指數(shù)評價方法比較,詳見表2。從評價結(jié)果看出,水質(zhì)指數(shù)評價方法同時表示了各條河流的水質(zhì)類別、在該類別中所處的位置和首要污染因子,水質(zhì)類別和國家規(guī)定的地表水類別評價一致,如河流1水質(zhì)類別為Ⅲ,其水質(zhì)指數(shù)為3.9,水質(zhì)指數(shù)第一位 X1為3。同時,量化的水質(zhì)指數(shù)可比較同類水質(zhì)類別的污染程度,如同為Ⅲ類水質(zhì)的河流1和河流2,河流1的水質(zhì)指數(shù)為3.9接近Ⅳ類水質(zhì),河流2水質(zhì)指數(shù)為3.4,污染程度相對較低。特別是對劣V類水體,如河流13和河流14也可以通過水質(zhì)指數(shù)的高低比較污染程度。

表2 太湖流域入湖河流監(jiān)測評價結(jié)果表

以15條河流中1條河流為例,選擇2007年12個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)分別計算每月水質(zhì)指數(shù) X1.X2值,以 X1.X2值為縱坐標(biāo),月份為橫坐標(biāo)作水質(zhì)指數(shù)變化趨勢圖(圖1)。如圖所示,該條河流上半年水質(zhì)較差,1月、2月和4月水質(zhì)指數(shù) X1.X2均大于6,水質(zhì)為劣Ⅴ類;下半年水環(huán)境污染治理取得了成效,河流水質(zhì)明顯改善,水質(zhì)在Ⅲ到Ⅳ類之間波動。

圖1 某條河流1-12月水質(zhì)指數(shù)變化趨勢圖

4 結(jié)論

水質(zhì)指數(shù)評價法吸取目前水質(zhì)評價方法的長處,包含四個方面特點:一是便于實際應(yīng)用,計算簡便;二采用了定性和定量相結(jié)合的方法,特別是對水質(zhì)類別相同的水體能夠比較水質(zhì)污染程度;三是能夠反映特定區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量;四是評價結(jié)果直觀,意義明確,符合國家規(guī)定的地表水分類標(biāo)準(zhǔn)。評價方法不僅對太湖流域有一定的適用性,也可用于全國各地的河流水質(zhì)評價方法中,是較為實用的河流水質(zhì)評價方法。

[1] 馮 霞,吳以中,宗良綱.水源地水質(zhì)評價指標(biāo)體系及實例應(yīng)用[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報,2008,20(7):98-101.

[2] 肖建軍,毛劍英,石來元,等.湖庫水質(zhì)評價污染因子選擇方案探討[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2005,1(4):53-55.

[3] 澹臺繼康.長江馬鞍山段水質(zhì)變化趨勢評價[J].三峽環(huán)境與生態(tài),2009,2(1):24.

[4] 徐祖信.我國河流綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報,2005,33(4):482-488.

[5] GB 3838-2002,地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

Study on Appraisal Method for Water Quality of Rivers—A Case Study on Tai Lake Basin

ZHANG Tao,ZHANG Ning-hong,SIWei

(Jiangsu Environmental Monito ring Center,Nanjing 210036,China)

X824

A

1674-2842(2010)03-0005-03

2009-11-10

江蘇省環(huán)境保護(hù)科技項目(2007004)

張 濤(1968-),女,江蘇淮安人,學(xué)士,研究員,從事環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail:zt@jshb.gov.cn