基于四種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的蒼山十八溪入湖口水質(zhì)研究

黃明雨

(大理州洱海湖泊研究院，云南 大理 671000)

1 引言

洱海流域境內(nèi)有彌苴河、永安江、羅時(shí)江、波羅江及蒼山十八溪等大小河溪117條，蒼山十八溪沿蒼山橫切奔瀉，流入洱海。十八溪上游山高坡陡，基巖裸露，呈羽狀支溝，具有山高谷深、溝谷狹窄、落差集中、支溝短小的地形特點(diǎn)，對(duì)崩塌、滑坡、重力侵蝕及山洪匯集極為有利。十八溪全長(zhǎng)90多km，平均年徑流量為2.331億m3/年，占洱海陸地入湖水資源量的24.6%，是洱海的主要補(bǔ)水渠道之一[1]。

洱海入湖河流攜帶的徑流污染負(fù)荷是洱海外源性污染重要來源，入湖河流污染也是突出的洱海流域水環(huán)境問題。由于河流水質(zhì)評(píng)價(jià)具有特殊性，時(shí)至今日河流水質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)依然沒有一個(gè)科學(xué)且全面的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型，因此河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法存在不足是對(duì)洱海流域河流水環(huán)境進(jìn)行科學(xué)管理的限制性因素之一[2]。于2015年1月份至2017年12月份期間，逐月對(duì)洱海西岸主要入湖河流蒼山十八溪進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用4種較為常用的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，選取了6個(gè)關(guān)鍵理化指標(biāo)分別進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)，并對(duì)結(jié)果比較分析。

2 四種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法概述

在地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)中評(píng)價(jià)河流水質(zhì)的方法眾多，較為常用的評(píng)價(jià)方法有如下4種，分別是單因子評(píng)價(jià)方法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)方法以及水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)方法。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定:“地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)應(yīng)根據(jù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的水域功能類別，選取相應(yīng)類別標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)說明水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，超標(biāo)的應(yīng)說明超標(biāo)項(xiàng)目和超標(biāo)倍數(shù)”。運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)河流水質(zhì)分3步進(jìn)行：首先，要確定目標(biāo)水體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及參評(píng)水質(zhì)指標(biāo)；其次，逐一將參評(píng)指標(biāo)濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比較，根據(jù)指標(biāo)濃度所在類別范圍來判定單項(xiàng)水質(zhì)類別；最后，以參評(píng)指標(biāo)中最差的水質(zhì)類別作為目標(biāo)水體的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，并評(píng)價(jià)目標(biāo)水體是否達(dá)到功能區(qū)目標(biāo)類別。

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是對(duì)各參評(píng)理化指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出代表目標(biāo)水體污染程度的數(shù)值，該方法用于確定目標(biāo)水體的主要污染物以及相應(yīng)的污染程度，并對(duì)水污染狀況進(jìn)行綜合判斷。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用的前提，是基于各參評(píng)指標(biāo)對(duì)水質(zhì)污染的貢獻(xiàn)基本相同的假設(shè)，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)的算術(shù)平均值作為評(píng)價(jià)結(jié)果[3]。但其結(jié)果與單因子評(píng)價(jià)方法一樣，計(jì)算所得為相對(duì)值，因水體目標(biāo)功能區(qū)類別不同，導(dǎo)致評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，計(jì)算的水質(zhì)指數(shù)值也不相同。

2005年，同濟(jì)大學(xué)徐祖信[4]提出綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法，作為河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法之一。該評(píng)價(jià)方法是以單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法[5]為基礎(chǔ)，以一組單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)綜合評(píng)價(jià)河流水質(zhì)。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)由4位數(shù)字組成：WQI=X1.X2X3X4，式中X1為河流綜合水質(zhì)級(jí)別；X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)區(qū)間內(nèi)的位置；X3為參評(píng)水質(zhì)指標(biāo)中劣于功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)類別的作差比較，若差值n≤0，即綜合水質(zhì)類別好于或達(dá)到功能區(qū)目標(biāo)類別，則X4=0；若差值n≥1，說明綜合水質(zhì)劣于功能區(qū)目標(biāo)n個(gè)類別。

水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)方法是在單因子評(píng)價(jià)、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)三種評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)河流污染的特點(diǎn)，進(jìn)行了優(yōu)化處理。優(yōu)化后的水質(zhì)指數(shù)組成為:WQI=X1.X2(X3)，式中：X1為水質(zhì)類別；X2為水質(zhì)在該類別區(qū)間中的位置；X3為首要污染因子。

3 十八溪入湖口水質(zhì)比較分析

3.1 參評(píng)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

以2015～2017年洱海入湖河流蒼山十八溪入湖口水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)規(guī)定的水溫、酸堿度、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量等24項(xiàng)基本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目作為指標(biāo)篩選對(duì)象，根據(jù)洱海流域土地利用現(xiàn)狀以及十八溪對(duì)應(yīng)的河長(zhǎng)制目標(biāo)考核要求，綜合各理化指標(biāo)的污染分擔(dān)率以及洱海流域的污染特征，選取了總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、酸堿度(pH)、化學(xué)需氧量(CODcr)、溶解氧(DO)共6個(gè)指標(biāo)作為主要水質(zhì)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分析。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果比較分析

單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法均選擇《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類(河流)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，單因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果如表1，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法和水質(zhì)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果如表2。

表2 蒼山十八溪綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)和水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

從表1的評(píng)價(jià)對(duì)比可以看出，單因子評(píng)價(jià)方法是完全按國(guó)家規(guī)定的地表水分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果僅表示出目標(biāo)水體的水質(zhì)類別，靈泉溪和霞移溪2條溪流連續(xù)3年達(dá)到功能區(qū)目標(biāo)Ⅱ類。綜合污染指數(shù)是相對(duì)功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的結(jié)果，全面反映了河流水體的污染狀態(tài)，可以比較各河流的污染程度，但是無法從評(píng)價(jià)結(jié)果看出水質(zhì)類別，莫?dú)埾?、清碧溪、黑龍溪、白鶴溪、中和溪5條溪流連續(xù)3年綜合污染指數(shù)>2.0，即相當(dāng)一部分項(xiàng)目檢出值超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍或幾十倍，水質(zhì)級(jí)別為重污染。

從表2的評(píng)價(jià)對(duì)比可以看出，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)對(duì)河流水體可以同時(shí)進(jìn)行定性和定量表征，對(duì)同類水體及劣V類的河流也可以進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)和比較，其第一位表示的水質(zhì)類別與單因子判定的國(guó)標(biāo)水質(zhì)類別差別較大，例如莫?dú)埾?、清碧溪、黑龍溪、白鶴溪、中和溪、桃溪6條溪流連續(xù)3年單因子水質(zhì)類別為劣Ⅴ類與綜合水質(zhì)指數(shù)計(jì)算值第一位不符。運(yùn)用水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)方法得到的結(jié)果直接明了，數(shù)值表征了河流的水質(zhì)類別以及首要污染因子，其第一位水質(zhì)類別與單因子判定的國(guó)標(biāo)水質(zhì)類別一致，并且能比較同類水質(zhì)的污染程度，例如2016年隱仙溪和白石溪均為Ⅲ類水質(zhì)，隱仙溪的水質(zhì)指數(shù)為3.9接近Ⅳ類水質(zhì)；白石溪水質(zhì)指數(shù)為3.3接近Ⅱ類，水質(zhì)相對(duì)較好。從首要污染因子結(jié)果看出，有14～16條河流首要污染因子均為總氮，反映了總氮是影響十八溪水質(zhì)類別的主要水質(zhì)因子。

整體來看，2015年至2017年洱海西岸主要入湖河流蒼山十八溪入湖口水質(zhì)穩(wěn)中向好，Ⅱ類水體河流在增多，劣Ⅴ類水體河流在減少，洱海入湖河道治理初見成效。

4 結(jié)論

河流水質(zhì)的評(píng)價(jià)方法眾多，作為一種科學(xué)的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，應(yīng)該具備以下兩點(diǎn)：一是水體的水質(zhì)類別判定必須與國(guó)家地表水分類標(biāo)準(zhǔn)一致；二是在準(zhǔn)確判定水質(zhì)類別的基礎(chǔ)上，能夠?qū)λ|(zhì)類別相同的水體給予區(qū)分[6]。單因子評(píng)價(jià)法以最差的水質(zhì)指標(biāo)所屬類別作為最終水質(zhì)類別，其評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)為過保護(hù)；綜合污染指數(shù)法能夠直接判斷綜合水質(zhì)是否達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)，但是無法直觀判斷水質(zhì)類別；水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)α英躅愃|(zhì)進(jìn)行連續(xù)性刻畫，進(jìn)而得到科學(xué)合理的定性與定量評(píng)價(jià)[7]。

水質(zhì)指數(shù)評(píng)價(jià)方法綜合考慮了各種方法的特點(diǎn)和實(shí)用性，評(píng)價(jià)方法兼顧定性判別和定量分析，數(shù)值表征了河流的水質(zhì)類別以及首要污染因子，其判定的水質(zhì)類別與單因子判定的國(guó)標(biāo)水質(zhì)類別一致[8]，并且能比較同類水質(zhì)的污染程度。因此，建議在洱海流域入湖河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中推廣應(yīng)用。