蒲河單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法水質(zhì)評(píng)價(jià)研究

鄭　健，王　宏，李　艷，王冬梅

(沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽 110159)

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蒲河單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法水質(zhì)評(píng)價(jià)研究

鄭健，王宏，李艷，王冬梅

(沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，沈陽 110159)

摘要：選取CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP五項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，采用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)蒲河進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，為環(huán)境規(guī)劃與管理提供科學(xué)依據(jù)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：在平水期CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP超標(biāo)率分別為10%、60%、90%、100%、100%，枯水期超標(biāo)率分別為80%、60%、90%、90%、90%。其中，九龍河入蒲河干流后斷面超標(biāo)最嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：蒲河；水質(zhì)評(píng)價(jià)；單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法

蒲河發(fā)源于鐵嶺市橫道河子鄉(xiāng)想兒山，于遼中縣老觀坨鄉(xiāng)入渾河，全長205km。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，造成水資源短缺和河流污染等問題日趨嚴(yán)重，水生態(tài)功能遭到嚴(yán)重的影響和破壞[1]。

在預(yù)防和治理水環(huán)境污染過程中，首先要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確分析評(píng)價(jià)，常用的水環(huán)境評(píng)價(jià)方法有，單因子指數(shù)法、單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法等[2-11]。單因子評(píng)價(jià)指數(shù)是最簡單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，無量綱，是將每個(gè)污染因子單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出各自的達(dá)標(biāo)率或超標(biāo)率、超標(biāo)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)代表值等結(jié)果。模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)定方法，它可以對(duì)受到多種因素制約的對(duì)象做出一個(gè)總體評(píng)價(jià)，能夠比較好地解決難以量化的非確定性問題。綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是對(duì)所有參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，將各指標(biāo)的單項(xiàng)污染指數(shù)通過算術(shù)平均、加權(quán)平均、連乘及指數(shù)等各種數(shù)學(xué)方法得到一個(gè)綜合指數(shù)，來評(píng)價(jià)綜合水質(zhì)。

這些典型的評(píng)價(jià)方法大多缺乏對(duì)水質(zhì)污染程度的直觀判斷，并且對(duì)于劣Ⅴ類水體的污染程度缺乏進(jìn)一步的判別。本文應(yīng)用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法[11]對(duì)蒲河水環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法不僅能反映水質(zhì)是否超標(biāo)，而且能夠反映水質(zhì)超標(biāo)倍數(shù)，并能得出超過水功能區(qū)劃幾個(gè)類別，為水環(huán)境管理和水污染控制提供科學(xué)依據(jù)。

1數(shù)據(jù)信息

數(shù)據(jù)來自2013年蒲河10個(gè)代表性監(jiān)測斷面的平水期、枯水期監(jiān)測數(shù)據(jù)。選取化學(xué)需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)總氮(TN)、總磷(TP)五個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。由于蒲河從棋盤山水庫至蒲河入渾河口(老觀坨黑魚溝)都為景觀娛樂用水，選取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅳ類水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]。

2水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

2.1單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)P的組成

單因子水質(zhì)指數(shù)P由一位整數(shù)、小數(shù)點(diǎn)后二位或三位有效數(shù)字組成，表示為

Pi=X1X2X3

(1)

式中：X1代表第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)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)間所處的位置，如圖1所示，根據(jù)公式按四舍五入的原則計(jì)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，是評(píng)價(jià)指標(biāo)的污染程度，X3為一位或兩位有效數(shù)字[11]。

圖1　X2符號(hào)意義示意圖

2.2X1和X2確定

2.2.1當(dāng)水質(zhì)優(yōu)于V類水上限值時(shí)

(1)X1值的確定

當(dāng)水質(zhì)介于Ⅰ類和Ⅴ類之間時(shí)，可根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比較確定X1。

(2)X2值的確定

X2根據(jù)公式(2)計(jì)算，并按四舍五入原則取一位整數(shù)作為有效數(shù)字。

(2)

式中：ρi為第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測值；ρi上為第i項(xiàng)指標(biāo)在第X1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上限值；ρi下為第i項(xiàng)指標(biāo)在第X1水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的下限值。

2.2.2當(dāng)水質(zhì)等于或劣Ⅴ類水時(shí)X1、X2值確定

根據(jù)公式(3)計(jì)算，并按四舍五入原則取一位整數(shù)作為有效數(shù)字。

(3)

式中：ρi為第i項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測值；ρi5上為第i項(xiàng)指標(biāo)Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上限值。

2.2.3X3的確定

如果水質(zhì)類別優(yōu)于或達(dá)到功能區(qū)水質(zhì)類別，則有

X3=0

(4)

如果水質(zhì)類別差于功能區(qū)水質(zhì)類別且X2不為零，則有

X3=X1-fi

(5)

如果水質(zhì)類別差于功能區(qū)水質(zhì)類別且X2為零，則有

X3=X1-fi-1

(6)

3蒲河水質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

本研究在浦河共布設(shè)10個(gè)代表性監(jiān)測斷面，監(jiān)測點(diǎn)位主要布設(shè)在沈北新區(qū)(S1～S4)和于洪區(qū)(S5～S8)，其中，S1、S2、S3、S4、S5、S8、S10為蒲河干流斷面，S6、S7、S9分別為南小河、九龍河、小渾河三條蒲河支流匯入干流前斷面，具體位置如圖2所示。

圖2　蒲河監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)

3.2評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.1單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)蒲河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

3.2.2結(jié)果分析

CODcr：平水期參評(píng)的10個(gè)斷面CODcr水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)X3值除S8以外其它斷面均為0，說明各斷面除S8以外均達(dá)標(biāo)，S8超過功能區(qū)一個(gè)類別，是功能區(qū)水質(zhì)的1.9倍。平水期水質(zhì)超標(biāo)率為10%，枯水期除了S1、S5斷面達(dá)標(biāo)其它8個(gè)斷面均超標(biāo)，均超過功能區(qū)一個(gè)類別。超標(biāo)率為80%。

表1　蒲河水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

注：“—”代表該斷面數(shù)據(jù)缺失。

NH3-N：氨氮平水期、枯水期S1～S4均達(dá)標(biāo)外，其余斷面均超標(biāo)，超標(biāo)率均為為60%。

BOD5：BOD5除了S1斷面達(dá)標(biāo)其余斷面均超標(biāo)，超標(biāo)率為90%。

TN、TP：平水期超標(biāo)率均為100%，枯水期除了S1斷面以外均超標(biāo)，超標(biāo)率為90%。

由表1可知，利用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)蒲河水質(zhì)，不僅能夠直觀地看出水質(zhì)類別，還可以看出監(jiān)測點(diǎn)位的監(jiān)測指標(biāo)是否超過了相應(yīng)的水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。如果超標(biāo)，超標(biāo)的程度，如果不超標(biāo)，水質(zhì)監(jiān)測值處于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中何等位置，通過單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)均可以直觀看出。單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)的結(jié)果可以使研究人員一目了然地清楚監(jiān)測點(diǎn)位的水質(zhì)情況。

3.2.3各監(jiān)測指標(biāo)沿程變化趨勢

通過對(duì)蒲河干流各CODcr監(jiān)測，結(jié)果表明S1～S4平水期CODcr達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，S5～S8水質(zhì)從Ⅲ類惡化為Ⅴ類，團(tuán)結(jié)水庫下游，水質(zhì)逐漸改善，入渾河前S10斷面水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，滿足功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？菟赟1、S5、S10水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，其余斷面均為Ⅴ類。如圖3所示。

圖3　蒲河干流CODcr沿程變化趨勢

圖4　蒲河干流NH3-N沿程變化

NH3-N監(jiān)測結(jié)果表明S1～S4平水期水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，S5～S8為劣Ⅴ類水質(zhì)，團(tuán)結(jié)水庫下游段水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，但仍為劣Ⅴ類水質(zhì)，如圖4所示。

BOD5監(jiān)測結(jié)果表明，S1監(jiān)測斷面平水期、枯水期符合功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，平水期S2、S10為Ⅴ類水質(zhì)，S4～S8(其中枯水期S4、S10數(shù)據(jù)缺失)均為劣五類水質(zhì)，如圖5所示。

對(duì)各斷面TP進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，各斷面TP水質(zhì)除枯水期S1為Ⅳ類水質(zhì)外，其余斷面均超過功能區(qū)Ⅳ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如圖6所示。

對(duì)各斷面TN進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明，除S1枯水期達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)外，其余各斷面均超過本地區(qū)功能區(qū)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如圖7所示。

圖5　蒲河干流BOD5沿程變化

圖6　蒲河干流TP沿程變化

圖7　蒲河干流TN沿程變化

4結(jié)論與建議

(1)利用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)蒲河CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP等五項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果表明，CODcr在平水期除S8水質(zhì)超標(biāo)外，其它斷面均達(dá)標(biāo)；枯水期除S1、S4斷面達(dá)標(biāo)外，其它斷面均超標(biāo)。NH3-N在平水期、枯水期S1～S4水質(zhì)達(dá)標(biāo)，其它斷面均超標(biāo)。BOD5在平水期和枯水期除了S1斷面均達(dá)標(biāo)外，其余斷面均超標(biāo)。TN、TP在平水期所有斷面均超標(biāo)；在枯水期除S1斷面達(dá)標(biāo)外，其它斷面均超標(biāo)。

(2)團(tuán)結(jié)水庫下游段，水質(zhì)得到一定的改善，主要由于團(tuán)結(jié)水庫的生態(tài)自凈能力，對(duì)上游污染物起到了一定的凈化作用。

(3)CODcr、NH3-N在S2斷面水質(zhì)波動(dòng)大，分析原因，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地勘察，在S2斷面附近河道出現(xiàn)流速緩慢甚至死水區(qū)域，造成污染物淤積使污染加重。對(duì)此除控制污染物排放量以外，應(yīng)對(duì)河道進(jìn)行清淤，確保河道暢通。S5～S8水質(zhì)逐漸惡化，支流污染嚴(yán)重導(dǎo)致干流水質(zhì)惡化，控制支流企業(yè)污染物排放量，加強(qiáng)環(huán)境規(guī)劃與管理。

(4)蒲河富營養(yǎng)化比較嚴(yán)重，主要原因是TN、TP超標(biāo)嚴(yán)重，而N、P是水體富營養(yǎng)化的主要影響因素，N、P主要來源于生活源和農(nóng)業(yè)面源污染，控制含磷洗衣粉的使用，減少生活源的污染，應(yīng)鼓勵(lì)農(nóng)民使用易于吸收降解的氮肥和磷肥；加強(qiáng)河道整治力度，清淤清澡以減少水體的耗氧量。

(5)利用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)蒲河水質(zhì)，不僅可以一目了然地看出各點(diǎn)位是否達(dá)到相應(yīng)的水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，并且，如果某點(diǎn)位超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，能夠清晰地看出超出的程度。另外，對(duì)于劣Ⅴ類水質(zhì)，利用單因子標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法可以區(qū)別超標(biāo)水體的污染輕重程度。

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(責(zé)任編輯：馬金發(fā))

Pu River Water Quality Assessment Based on the Single Factor Water Quality Identification Index Method

ZHENG Jian,WANG Hong,LI Yan,WANG Dongmei

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159，China)

Abstract：The five water quality indicators of CODcr,NH3-N,BOD5,TN and TP were targeted and single factor water quality identification index method was used for Pu river evaluation to provide scientific basis for environmental planning and management. The results show that Over Standand rates of CODcr，NH3-N，BOD5，TN，TP are 10%，60%，90%，100%，100% in the flat water,and in the dry season Over Standand rates are 80%，60%，90%，90%，90%. The moat polluted water is found on the cross section of main stream of Pu River after Jiulong River joins in it.

Key words：Pu River; water quality evaluation;single factor index method

中圖分類號(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-1251(2016)01-0093-04

作者簡介：鄭健(1988—)，男，碩士研究生;通訊作者：王宏(1964—)，男，教授，研究方向：環(huán)境規(guī)劃與管理。

基金項(xiàng)目：遼河流域主要污染物排放控制與管理體系建設(shè)示范項(xiàng)目(2012ZX07505-002)

收稿日期：2014-12-03