基于水質(zhì)標識指數(shù)法的李家峽水庫水質(zhì)現(xiàn)狀評價

祁 玥，周雙喜，吳蓉蓉，賈學蓉，盧素錦 (青海大學生態(tài)環(huán)境工程學院，青海西寧810016)

目前，國內(nèi)外學者已經(jīng)提出了十幾種水質(zhì)評價的數(shù)學模型，主要有灰色關(guān)聯(lián)法、模糊概率綜合評價法、特征分析法等方法［1－5］。但因影響河流的因素較多，評價因子與標準級別之間的關(guān)系是極復(fù)雜和非線性的，而且評價標準和各級別之間的關(guān)系也是模糊的，因而目前還沒有一種統(tǒng)一的、確定的、規(guī)范的水質(zhì)綜合評價的模型。張東升等［6］、黃勝偉［7］采用BP 算法進行水質(zhì)評價;王瑞［8］、蔣福興等［9］采用改進的 BP算法進行水質(zhì)評價;陳永燦等［10］采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對水質(zhì)進行評價。同濟大學的徐祖信教授于2005年提出水質(zhì)標識指數(shù)法［11］，該方法是一種全新的水質(zhì)評價方法，能夠?qū)υu價水質(zhì)做出綜合性評價。

李家峽水庫位于青海省尖扎縣西北，主要用于發(fā)電，是具有灌溉、防洪等功能的大型水庫。利用湖區(qū)特有的景色及水量、水質(zhì)開發(fā)了湖區(qū)旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，作為水庫的另一經(jīng)濟來源。筆者利用水質(zhì)標識指數(shù)法，對李家峽水庫的水質(zhì)現(xiàn)狀進行評價。

1 材料與方法

1．1 水質(zhì)監(jiān)測斷面選取及樣本采集 李家峽水庫共設(shè)置了3個監(jiān)測斷面，分別于水庫的平水期(2014年5月)、豐水期(2014年7月)和枯水期(2014年11月)3個時期采集水樣，每次采集3個平行樣，帶回實驗室進行測定。

1．2 監(jiān)測項目及測定方法 監(jiān)測項目包括溫度、pH、DO、BOD5、TN、TP等6個項目指標。TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)測定;TP采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)測定;DO采用碘量法(GB 7489-87)測定;采樣時分別測定水溫(水銀精確溫度計)、pH(便攜式pH計)。測定所用藥品均為分析純。

1．3 李家峽水庫水質(zhì)評價方法 采用單因子污染指數(shù)法和水質(zhì)標識指數(shù)法，對李家峽水庫的水質(zhì)進行評價。評價項目分別為DO、TN、TP，3期數(shù)據(jù)取均值，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)為評價標準。

1．3．1 單因子水質(zhì)標識指數(shù)。單因子水質(zhì)標識指數(shù)［12］Pi是由1位整數(shù)、小數(shù)點后2位或3位有效數(shù)字組成，表示為:

Pi=X1．X2X3

式中，X1代表第i項水質(zhì)指標的水質(zhì)類別;X2代表監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，根據(jù)公式按四舍五入的原則計算確定;X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果，表示評價指標的污染程度，為1位或2位有效數(shù)字。

1．3．1．1 X1．X2的確定。當水質(zhì)介于Ⅰ類水與Ⅴ類水之間時:

一般指標(除溶解氧、pH、水溫等外):X1．X2=a+

式中，Ci第i項指標的實測濃度;C標上第i項指標在a類水質(zhì)標準區(qū)間的上限值;C標下第i項指標在a類水質(zhì)標準區(qū)間的下限值。a=1，2，3，4，5，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家標準比較確定;當水質(zhì)劣于或等于V類水時，a=6。

當水質(zhì)劣于或等于V類水時:

一般指標(除溶解氧、pH、水溫等外):X1．X2=a+

式中，CV標上為第i項指標V類水標準上限值;m為修正系數(shù)，m=4。

1．3．1．2 X3的確定。X3表達式為:

X3=X1－f

式中，f為水環(huán)境功能區(qū)類別說明，當X3＞9時，取最大值9。

1．3．2 綜合水質(zhì)標識指數(shù)。綜合水質(zhì)標識指數(shù)Iwq是由單因子水質(zhì)標識指數(shù)總和的平均值(∑Pi/n)與代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果(X3)、參加整體水質(zhì)評價的指標中劣于功能區(qū)標準的水質(zhì)指標個數(shù)(X4)組成，其公式為:

Iwq=(∑Pi/n)X3X4

式中，(∑Pi/n)為單因子水質(zhì)標識指數(shù)總和的平均值;n為參加水質(zhì)評價因子的個數(shù);X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果;X4為參加整體水質(zhì)評價的指標中，劣于功能區(qū)標準的水質(zhì)指標個數(shù)，通過參評的單因子標識指數(shù)中X3不為0的個數(shù)來確定。

2 結(jié)果與分析

2．1 單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果 由表1可知，利用單因子污染指數(shù)法對李家峽水庫水質(zhì)進行評價，3期水質(zhì)類別分別為Ⅲ類、Ⅲ類、Ⅳ類。因單因子評價法將最差的指標作為該區(qū)域水質(zhì)的質(zhì)量級別，盡管該方法能夠比較直觀地反映各水質(zhì)指標的現(xiàn)狀及其超標狀況，但存在著評價過保護的缺點，同時該方法也無法判斷水質(zhì)今后的變化趨勢。

表1 2014年李家峽水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及單因子污染指數(shù)評價結(jié)果

2．2 標識指數(shù)法評價結(jié)果 由表2可知，對于該水庫影響較大的水質(zhì)指標是TN和TP，特別是豐水期的TP和枯水期的TN、TP對該水庫的水質(zhì)類別有極大貢獻，且兩種方法對單一指標的評價結(jié)果相同，但標識指數(shù)法可以給出該指標的近期變化趨勢，即豐水期水質(zhì)指標向Ⅳ類過渡較枯水期水質(zhì)向Ⅳ類的概率大。由表1和2可知，標識指數(shù)法與單因子污染指數(shù)法的評價結(jié)果大致相同，即李家峽水庫水質(zhì)在平水期、豐水期水質(zhì)均為Ⅲ類水;而枯水期水質(zhì)評價結(jié)果存在差異，單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果為Ⅳ類，而標識指數(shù)法評價結(jié)果為Ⅲ類。

表2 基于水質(zhì)標識指數(shù)法的2014年李家峽水庫水質(zhì)評價結(jié)果

3 結(jié)論

李家峽水庫水質(zhì)的監(jiān)測與評價結(jié)果表明，2014年該水庫水質(zhì)達到了該功能區(qū)的目標水質(zhì)要求。單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果表明，該水庫枯水期的水質(zhì)指標超過了該功能區(qū)的目標水質(zhì)要求;而水質(zhì)標識指數(shù)法評價結(jié)果表明，該水庫水質(zhì)符合水質(zhì)類別要求。

水質(zhì)標識指數(shù)法是一種全新的水質(zhì)評價方法，它能夠綜合地反映所評價水質(zhì)的真實情況。單因子標識指數(shù)能夠全面地對水體中某項指標的類別做出評價，以及該項指標超出某類水的范圍;綜合水質(zhì)標識指數(shù)法可以綜合各種單因子標識指數(shù)，得出一個較接近真實情況的水質(zhì)狀況。水指標識指數(shù)法計算過程簡便，相較于其他的水質(zhì)評價方法更加易懂，且評價方法科學合理，能夠為一般環(huán)境科學人員所接受，可操作性強。

［1］鄒曉雯．水質(zhì)評價的灰色關(guān)聯(lián)的方法［J］．水資源保護，1994，18(3):78－80．

［2］馬建華，季凡．水質(zhì)評價模糊概率綜合評價法［J］．水文，1994，23(3):116－120．

［3］朱雷，陳威．模糊綜合指數(shù)法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］．武漢理工大學學報，2001，23(3):61 －65．

［4］曾勇，攀引琴，王麗偉．水質(zhì)模糊綜合評價法與單因子指數(shù)評價法比較［J］．人民黃河，2007，29(2):64 －65．

［5］鄭成德．水環(huán)境質(zhì)量評價的灰色聚類法［J］．水文，1998，23(4):23 －27．

［6］張東升，徐征．基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的臥虎山水庫水質(zhì)評價［J］．濟南大學學報:自然科學版，2013，4(2):188 －190．

［7］黃勝偉．自適應(yīng)變步長BP網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］．水利學報，2002，26(10):122 －125．

［8］王瑞．基于遺傳優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理水質(zhì)預(yù)測研究［D］．廣州:華南理工大學，2012．

［9］蔣福興，田麗慧．改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在渾河水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］．遼寧工程技術(shù)大學學報，2004，23(5):616 －617．

［10］陳永燦，陳燕．概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)評價模型及其對三峽近壩水域的水質(zhì)評價分析［J］．水力發(fā)電學報，2004，23(3):7 －12．

［11］徐祖信．我國河流綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價方法研究［J］．同濟大學學報:自然科學版，2005，33(4):482 －488．

［12］徐祖信．我國河流單因子水質(zhì)標識指數(shù)評價方法研究［J］．同濟大學學報:自然科學版，2005，33(3):321－325．