不同水質(zhì)評價方法在城市河道水質(zhì)評價中的應(yīng)用比較

陳 輝，顧建輝，李治源

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

不同水質(zhì)評價方法在城市河道水質(zhì)評價中的應(yīng)用比較

陳 輝1，顧建輝2，李治源2

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

為研究城市建設(shè)項目施工對城市河道水質(zhì)的影響，選出科學合理的河流水質(zhì)評價方法，文章選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標識指數(shù)法對受城市建設(shè)項目施工影響的河道斷面進行水質(zhì)評價。對比評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施工前河流水質(zhì)多為Ⅳ和Ⅴ類，施工后水質(zhì)略有變差。其中，綜合水質(zhì)標識指數(shù)法能對水質(zhì)進行定性和定量的評價，客觀準確地區(qū)分同一類別水體，細化比較不同水體，對同一河流斷面施工前后的評價結(jié)果進行縱向比較,對不同河流斷面的評價結(jié)果進行橫向比較，且評價結(jié)果直觀明了，操作簡便。因此，5種河流水質(zhì)評價方法中，綜合水質(zhì)標識指數(shù)法是本研究的最佳選擇。

河流水質(zhì)評價；評價方法；綜合水質(zhì)標識指數(shù)法；城市建設(shè)項目施工

隨著城市化進程的加劇，城市建設(shè)項目日益增多，城市建設(shè)項目施工不可避免的會對周圍的水環(huán)境造成一定的影響[1-3]，為研究具體的影響情況，必須對施工前后的河流水質(zhì)進行長期監(jiān)測，而如何評價河流水質(zhì)是第一步工作，是水環(huán)境管理的重要基礎(chǔ)，選用科學合理的方法進行評價，才能制定出有針對性的整治規(guī)劃和措施。

目前，國內(nèi)采用的水質(zhì)評價方法主要有單因子評價法[4]、指數(shù)評價法[5]、模糊評價法[6]、灰色評價法[7]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8]、綜合污染標識指數(shù)法[9]等。文中選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標識指數(shù)法對城市建設(shè)項目施工前后的7個河流斷面水質(zhì)水質(zhì)進行評價，綜合分析評價結(jié)果，為施工前后河流水質(zhì)評價方法的選取提供參考，并為施工后的水環(huán)境補償措施提供依據(jù)。

1 選用的評價方法簡介

1.1 單因子評價法

單因子評價法是《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）中規(guī)定的評價方法，其基本思想是：將各評價指標的監(jiān)測值與評價標準相比，根據(jù)對比結(jié)果判定各評價指標的水質(zhì)類別，以最差的水質(zhì)類別作為該水體的評價結(jié)果[10-11]。其計算公式如下：G=max（Gi），Gi為第i項評價指標的水質(zhì)類別。

1.2 綜合污染指數(shù)法

1.3 模糊綜合評價法

1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。在進行河流水質(zhì)評價時，選擇水體實測值作為參考數(shù)列，地表水的分級標準為比較數(shù)列，這樣對于參考數(shù)列，所求出的五個關(guān)聯(lián)度中最大關(guān)聯(lián)度所對應(yīng)比較數(shù)列的級別，就是待評價水體所對應(yīng)的水質(zhì)分類標準?；疑P(guān)聯(lián)分析法的計算步驟如下[18-19]：（1）確定比較數(shù)列xi（k）={xi（1），xi（2），…，xi（n）}和參考數(shù)列yi（k）={yi（1），yi（2），…，yi（n）}，xi（k）表示 i級水質(zhì)標準中第 k項評價指標的取值，yi（k）表示第 j個水體樣本中第k項評價指標的實測值；（2）數(shù)列歸一化，為保證各因素具有同序性和等效性，需對原始數(shù)據(jù)進行歸一化和無量綱化，得數(shù)列求差數(shù)列；（4）求關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中，ρ取 0.5；（5）求關(guān)聯(lián)度（6）關(guān)聯(lián)度排序。在計算出的關(guān)聯(lián)度矩陣中找出每行的最大者，即可確定該監(jiān)測斷面水體所屬的水質(zhì)等級。

1.5 綜合水質(zhì)標識指數(shù)法

綜合水質(zhì)標識指數(shù)由整數(shù)位和小數(shù)點后3～4位有效數(shù)字組成，其表達式為Iwq=X1·X2·X3·X4，X1為河流的綜合水質(zhì)等級；X2為水質(zhì)在該類水質(zhì)變化區(qū)間中的位置；X3為參與水質(zhì)評價的水質(zhì)指標中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標的水質(zhì)指標個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)等級與水體功能區(qū)等級的比較結(jié)果[20]。

表 1 基于綜合水質(zhì)標識指數(shù)的綜合水質(zhì)判定

2 應(yīng)用實例

為研究蘇州軌道交通3號線施工斷河對周圍河流水環(huán)境的影響，不僅需要對同一河流斷面施工前后的水質(zhì)進行比較，還需要對施工周圍不同河流斷面的水質(zhì)進行比較，文章通過5種常見河流水質(zhì)評價方法的研究比較，選出一種適合本研究的水質(zhì)評價方法。研究選取4個施工站點（衡山路站、滄浪新城站、寶帶西路站、群星二路站）所影響的7條河流（環(huán)山河、一號河、吳宮港、九曲港、中心河、四號河、通園河）作為監(jiān)測對象，每條河流各設(shè)置1個監(jiān)測斷面，監(jiān)測區(qū)域范圍涉及蘇州的高新區(qū)、姑蘇區(qū)、吳中區(qū)、工業(yè)園區(qū)，使樣本更具代表性，見圖1。本研究所采用的水質(zhì)數(shù)據(jù)為這7個斷面2015年1～3月 （未施工前），2015年4～6月（施工后）的平均監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取溶解氧、化學需氧量、5日生化需氧量、氨氮、總磷5項評價指標。

圖 1 施工站點和監(jiān)測斷面的位置

3 評價結(jié)果與分析

3.1 五種評價方法的綜合比較

3.1.1 單因子評價法 單因子評價法根據(jù)各評價指標的水質(zhì)類別，選取最差的水質(zhì)類別作為該水體的評價結(jié)果，評價結(jié)果顯示除了一號河施工前為Ⅳ類水，其他河流施工前后水質(zhì)級別都為Ⅴ類，相對于其他4種評價方法過于悲觀，而且未考慮各評價指標之間的聯(lián)系，不能客觀反映水體的綜合水質(zhì)情況。

3.1.2 綜合污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果顯示水質(zhì)最差斷面為環(huán)山河，一號河水質(zhì)相對較好，與其他幾種評價方法的評價結(jié)果和趨勢基本一致。由評價結(jié)果可知，綜合污染指數(shù)法在進行水質(zhì)綜合評價時，其值越大水質(zhì)越差，但數(shù)值大小只能反映水體的相對污染程度，無法對斷面水質(zhì)類別進行定性判斷。水質(zhì)綜合評價定量值變化較大，這是因為當某個評價指標過量超標時，對評價結(jié)果的影響比較大。如環(huán)山河施工前后的評價結(jié)果分別為30.98和31.98，主要是因為NH3-N過量超標導(dǎo)致的。

3.1.3 模糊綜合評價法 模糊綜合評價法考慮了水環(huán)境系統(tǒng)中的不確定性和模糊性，并對參與綜合評價的水質(zhì)指標賦予相應(yīng)的權(quán)重。模糊綜合評價法的評價結(jié)果相對于單因子評價法較好，相對于灰色關(guān)聯(lián)分析法和綜合水質(zhì)標識指數(shù)法略差，這是因為對評價指標賦予權(quán)重后，超標的評價指標對水質(zhì)等級的決定程度較大。結(jié)合綜合評價結(jié)果看，該法存在水質(zhì)級別判斷不準的情況。如施工前中心河斷面的評價結(jié)果B={0.003 2，0.138 1，0.169 3，0.340 4，0.349 0}，水質(zhì)綜合評價結(jié)果對Ⅳ類和Ⅴ類的隸屬度幾乎一樣，這樣會丟失較多有用信息。該法計算過程繁瑣，不便于大量數(shù)據(jù)的處理。

3.1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法 灰色關(guān)聯(lián)分析法的水質(zhì)類別評價結(jié)果除個別點外（施工后的吳宮港斷面）和綜合水質(zhì)標識指數(shù)法完全一致，由圖2可知，兩種方法的評價結(jié)果趨勢基本一致?；疑P(guān)聯(lián)分析法和模糊綜合評價法一樣也存在水質(zhì)類別判斷不準的情況，如施工前四號河的評價結(jié)果Rj6={0.52，0.66，0.65，0.68，0.60}。在區(qū)分同一類別的水體時，模糊綜合評價法根據(jù)隸屬度的大?。ㄈ缇徘蹟嗝嫠|(zhì)施工前對Ⅴ類的隸屬度為0.77，施工后為0.91）來比較同類別的水體，灰色關(guān)聯(lián)分析法根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大?。ㄈ鐓菍m港斷面水質(zhì)施工前和Ⅳ類的關(guān)聯(lián)度為0.74，施工后為0.78）來比較同類別的水體。但這種區(qū)分同一類別水體的方法不直觀明了，且只能對同一河流斷面施工前后的水質(zhì)進行比較分析，不同河流斷面之間沒有可比性。

3.1.5 綜合水質(zhì)標識指數(shù)法 根據(jù)綜合評價結(jié)果表2可知，當參與綜合評價的指標水質(zhì)為劣Ⅴ類時，灰色關(guān)聯(lián)分析法和模糊綜合分析法的評價結(jié)果一律為Ⅴ類，不能對劣Ⅴ類水的細化比較。綜合水質(zhì)標識指數(shù)法以單因子指數(shù)法為基礎(chǔ)，解決了水質(zhì)連續(xù)性描述問題，可以對劣Ⅴ類水進行合理的評價，評價結(jié)果更為接近水質(zhì)的真實情況。綜合水質(zhì)標識指數(shù)法能對河流水質(zhì)進行定性和定量的評價，也能客觀準確的區(qū)分同一類別水體，而且同一河流斷面施工前后的評價結(jié)果能進行縱向比較（如吳宮港施工前后的評價結(jié)果分別為4.4和5.2，施工后水質(zhì)變差），不同河流斷面的評價結(jié)果也能進行橫向比較（如施工前環(huán)山河和通園河的評價結(jié)果分別為8.1和5.7，相比較而言環(huán)山河水質(zhì)較差）。評價結(jié)果直觀明了，操作簡便。

圖 2 5種河流水質(zhì)評價方法的評價結(jié)果

表 2 5種河流水質(zhì)評價方法的評價結(jié)果匯總

根據(jù)上述比較分析，將5種河流水質(zhì)評價方法的特征進行歸納，結(jié)果見表3。

表 3 5種河流水質(zhì)評價方法的特征

3.2 施工前后綜合比較

從表2和圖2中各種方法的評價結(jié)果來看，各河流斷面的水質(zhì)都有所變差。單因子評價法施工前后的評價結(jié)果除一號河外沒有變化，都是Ⅳ類水，因此這種評價方法的評價結(jié)果很難反映出施工前后的水質(zhì)變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評價結(jié)果直觀的看出施工前后水質(zhì)的變化情況，但不能給出施工前后水質(zhì)等級的變化；模糊綜合評價法和灰色關(guān)聯(lián)分析法能通過水質(zhì)級別看出水質(zhì)的變化情況，但當施工前后水質(zhì)都為同一類水時，對比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；綜合水質(zhì)標識指數(shù)法能通過定性和定量兩個方面對同一河流斷面施工前后的水質(zhì)作出全面的評價，不同的河流斷面之間也能進行對比分析，評價結(jié)果直觀明了，易于分析，見圖3。施工前后，環(huán)山河和通園河的水質(zhì)變化不大，主要因為環(huán)山河周圍河流眾多，施工并未阻止環(huán)山河與外界水系的溝通，通園河斷面施工處增加了涵管，左右水系仍有溝通，因此軌道交通施工對這兩條河流水質(zhì)的影響不顯著。

圖 3 施工前后水質(zhì)評價結(jié)果對比

4 結(jié)語

河流水質(zhì)評價方法眾多，每種評價方法各有特色，適用條件也有所差異，評價時應(yīng)根據(jù)水體的實際情況來選擇最佳的評價方法。基于此，文中選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標識指數(shù)法對城市建設(shè)項目施工斷河前后的7個河流斷面進行水質(zhì)評價。單因子評價法評價方式簡單，但評價結(jié)果很難反映施工前后的水質(zhì)變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評價結(jié)果直觀的看出施工前后水質(zhì)的變化情況，但不能給出施工前后水質(zhì)等級的變化；模糊綜合評價法和灰色關(guān)聯(lián)分析法能通過水質(zhì)級別看出水質(zhì)的變化情況，但當施工前后水質(zhì)都為同一類水時，對比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；相比之下，綜合水質(zhì)標識指數(shù)法能對水質(zhì)進行定性和定量的評價，客觀準確地區(qū)分同一類別水體，能對劣Ⅴ類水進行細化比較，同一河流斷面施工前后的評價結(jié)果能進行縱向比較，不同河流斷面的評價結(jié)果也能進行橫向比較，且評價結(jié)果直觀明了，操作簡便。

[1]潘爭偉，劉曉薇，吳開亞.城市化影響因子識別及其對水環(huán)境質(zhì)量的影響分析[J].安全與環(huán)境學報.2014（2）：158-162.

[2]臧銳.吉林省城市化演變發(fā)展及其水環(huán)境效應(yīng)研究[D].長春：東北師范大學,2013.

[3]許有鵬.長江三角洲地區(qū)城市化對流域水系與水文過程的影響[M].北京：科學出版社，2012.

[4]張小君，徐中民，宋曉諭，等.幾種水環(huán)境質(zhì)量評價方法在青海湖入湖河流中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程，2013（1）：117-121.

[5]薛巧英，劉建明.水污染綜合指數(shù)評價方法與應(yīng)用分析[J].環(huán)境工程，2004（1）：64-66.

[6]潘峰，付強，梁川.模糊綜合評價在水環(huán)境質(zhì)量綜合評價中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境工程，2002（2）：58-61.

[7]秦昌波，鄭丙輝，秦延文，等.渤海灣天津段海岸帶水環(huán)境質(zhì)量灰色關(guān)聯(lián)度評價[J].環(huán)境科學研究，2006，19（6）：94-99.

[8]郭勁松 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ 的水質(zhì)評價與水質(zhì)模擬研究 重慶：重慶大學，

[9]尹海龍，徐祖信.河流綜合水質(zhì)評價方法比較研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2008（5）：729-733.

[10]陸衛(wèi)軍，張濤.幾種河流水質(zhì)評價方法的比較分析[J].環(huán)境科學與管理，2009（6）：174-176.

[11]羅芳，伍國榮，王沖，等.內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子評價法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016（5）：87-89.

[12]張亞麗，周揚，程真，等.不同水質(zhì)評價方法在丹江口流域水質(zhì)評價中應(yīng)用比較[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2015（3）：58-61.

[13]孫濤，張妙仙，李苗苗，等.基于對應(yīng)分析法和綜合污染指數(shù)法的水質(zhì)評價[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2014（4）：185-190.

[14]劉琰，鄭丙輝，付青，等.水污染指數(shù)法在河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29（3）：49-55.

[15]徐健，吳瑋，黃天寅，等.改進的模糊綜合評價法在同里古鎮(zhèn)水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].河海大學學報（自然科學版），2014（2）：143-149.

[16]楊浩，張國珍，楊曉妮，等.基于模糊綜合評判法的洮河水環(huán)境質(zhì)量評價[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2016（S1）：380-386.

[17]萬金保，侯得印.水質(zhì)模糊綜合評價模型的建立與應(yīng)用[J].中國給水排水，2006（20）：101-104.

[18]尹兒琴，郝啟勇，魯孟勝，等.應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法評價南四湖豐水期水質(zhì)[J].環(huán)境科學動態(tài)，2005（1）：8-9.

[19]申劍，史淑娟，周揚，等.基于改進灰色關(guān)聯(lián)分析法的丹江口流域地表水環(huán)境質(zhì)量評價[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014（5）：41-46.

[20]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（4）：482-488.

[21]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（3）：321-325.

[22]楊柳，宋健飛，宋波，等.主要污染物水質(zhì)標識指數(shù)法在河流水質(zhì)評價的應(yīng)用[J].環(huán)境科學與技術(shù).，2015（11）：239-245.

Comparison of application of different water quality evaluation methods in urban river water quality assessment

CHEN Hui1,GU Jianhui2,LI Zhiyuan2

（1.Suzhou Rail Transportation Group Co.,Ltd,Suzhou 215004,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China)

In order to study the influence of the construction of urban construction projects on the water quality of urban river and select the scientific and reasonable method for the river water quality assessment,different methods such as the single factor evaluation,the comprehensive pollution index,the fuzzy comprehensive evaluation,the grey correlation analysis and the comprehensive water quality identification index were used to assess the water quality of typical section of the river influenced by the construction of urban construction projects. Comparative evaluation results show that river water quality mostly belongs to IV and V before construction and deteriorates slightly after construction.Among the methods,the comprehensive water quality identification index can be used for qualitative and quantitative evaluation of water quality,distinguishes the same type of water body objectively and accurately,and compares in detail different kinds of water,making longitudinal comparison of evaluation results before and after construction of the same river section and horizontal comparison of the evaluation results of different river sections.The evaluation results are intuitive and clear,and the evaluation is easy to operate.Therefore,the comprehensive water quality identification index method is the best choice in the five kinds of evaluations on river water quality in this study.

river water quality evaluation;evaluation method;comprehensive water quality identification index method;construction of urban construction projects

X824

A

2096-3270（2017）01-0042-05

（責任編輯：經(jīng)朝明）

2016-10-31

江蘇省水利科技項目（2014060）；蘇州市水利科技項目（SZZG06YJ1030010）

陳 輝（1984-），男，陜西蒲城人，中級工程師，碩士。