綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在長江水質(zhì)評價中的研究

袁婷婷

（河南水利投資集團有限公司，河南 鄭州 450000）

水質(zhì)評價是解決水體污染和保護水環(huán)境的基礎(chǔ)，美國最先開展水質(zhì)評價工作研究，直到20 世紀(jì)60 年代，隨著世界各國對水環(huán)境問題的重視，各種不同的水質(zhì)評價方法相繼涌現(xiàn)[1，2]。目前，常見的水質(zhì)評價方法有聚類分析法[3]、主成分分析法[4]、污染指數(shù)評價法[5]、模糊評價法[6]、基于灰色系統(tǒng)理論的水質(zhì)評價[7]以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法等[8]。對比分析這些典型評價方法，這些典型評價方法對I～V 類水體的評價結(jié)果具有一定的科學(xué)合理性，但當(dāng)水體綜合水質(zhì)類別達到劣V 類水時，這些方法的評價結(jié)果就會出現(xiàn)偏保守的效果。水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法能夠解決這些方法對于劣V 類水體水質(zhì)的連續(xù)性描述問題，對劣V 類水的評價更加科學(xué)合理，并對I～V 類水、劣V 類水不黑臭和劣V 類水黑臭定性與定量評價更加全面科學(xué)合理[9]。指數(shù)評價法，特別是綜合指數(shù)法因其原理簡單、易于操作，使其在水質(zhì)調(diào)查和評價中得到了廣泛應(yīng)用，其中綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在水質(zhì)評價中也逐漸顯示出一定的優(yōu)勢[10]，因此，本文應(yīng)用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法基于長江沿線17 個觀測站（2003 年6 月至2005 年9 月）每月主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)對長江干流及其支流水體水質(zhì)進行評價研究。

1 數(shù)據(jù)樣本

本文研究長江水質(zhì)的資料主要參考《長江年鑒》中公布的相關(guān)資料整理，長江流域主要城市水質(zhì)檢測報告時間為2003年6 月-2005 年5 月共28 個月。通過初步數(shù)據(jù)分析，可知影響長江水質(zhì)污染的主要污染指標(biāo)為水體氨氮濃度（NH3-N），溶解氧（DO）和高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）。因此本次采用這3 項指標(biāo)進行分析研究，初步處理數(shù)據(jù)見表1。

表1 長江各觀測站主要水質(zhì)污染指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)年均值(mg/L)

研究中利用的資料有：2003 年6 月至2005 年9 月長江沿線干流和支流的17 個觀測站(地區(qū))每月主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2 水質(zhì)評價

2.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)[11，12]，該指數(shù)Pi由小數(shù)表示主要由1位整數(shù)及小數(shù)點后有效數(shù)字組成，單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi由結(jié)構(gòu)式如下：

式中：Pi表示評價指標(biāo)中第i 項指標(biāo)的水質(zhì)單因子標(biāo)識指數(shù)；Xi表示第i 項評價指標(biāo)所屬水質(zhì)類別；X2表示監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類別水質(zhì)變化區(qū)間上所占的位置；X2越大，表示在同一類別的水質(zhì)中污染越嚴(yán)重。

2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[13，14]，如今已被國內(nèi)學(xué)者和工程師們廣泛的應(yīng)用于地表水水環(huán)境評價研究，其基本原理是在單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的基礎(chǔ)上進化延伸，即對單個采樣點所測試的各項指標(biāo)進行綜合評價，可以避免單因子對評價造成影響，并且能對劣V 類水體進行比較和詳細評價。該指標(biāo)為小數(shù)形式，主要由1 位整數(shù)及小數(shù)點后3 位或4 位有效數(shù)字構(gòu)成（小數(shù)點不可忽視）。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq結(jié)構(gòu)式如下：

式中，X1代表河流的綜合水質(zhì)級別；X2表示綜合水質(zhì)在X1類別水體水質(zhì)區(qū)間上所占的位置，按四舍五入原則運用公式計算；X3表示參與評價的指標(biāo)中劣勢于水功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)的指標(biāo)個數(shù)；X4表示綜合水質(zhì)類別是否劣于水環(huán)境功能區(qū)類別；n 表示參與評價的因子數(shù)量。

根據(jù)國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》分類，其中單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)指標(biāo)水質(zhì)類別分為Ⅰ類、Ⅱ類、III 類、Ⅳ類、V 類、劣V 類共六個級別；綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)指標(biāo)水質(zhì)類別分為Ⅰ類、Ⅱ類、III 類、Ⅳ類、V 類、劣V 類且不黑臭、劣V 類黑臭共七個級別。

3 評價結(jié)果

運用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對長江流域17 個主要城市監(jiān)測點的年均水質(zhì)進行評價, 評價標(biāo)準(zhǔn)參照《上海市內(nèi)陸河流及水系水質(zhì)常規(guī)評價技術(shù)規(guī)范（試行）》，評價結(jié)果見表2。

表2 綜合水質(zhì)標(biāo)識法水質(zhì)評價結(jié)果

計算結(jié)果表明，本文研究的長江段水體水質(zhì)基本達到III 類水體的功能要求，從時間上來看，長江水質(zhì)從2003 年到2005 年有所提升；從空間上來看長江干流水質(zhì)好于支流水質(zhì)，部分支流存在污染情況，其中監(jiān)測站15（江西南昌滁槎贛江（鄱陽湖入口））的水體水質(zhì)被污染最為嚴(yán)重，次之為監(jiān)測站8（四川樂山岷江大橋岷江（與大渡河匯合前））的水體水質(zhì)被污染較為嚴(yán)重；所選取的監(jiān)測站中水體水質(zhì)最好的為監(jiān)測站11（湖北丹江口胡家?guī)X丹江口水庫（庫體））。本研究的計算結(jié)果與劉學(xué)飛、劉榮珍、陳潤羊、周俊等學(xué)者研究結(jié)論相符，說明綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法能夠較好的評價河流水體水質(zhì)。

4 結(jié)論

應(yīng)用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價了長江干流及支流主要監(jiān)測站過去時段的水質(zhì)情況，長江水質(zhì)基本滿足III 類水體的功能要求。在時間上，長江水質(zhì)從2003 年到2005 年有所好轉(zhuǎn)；空間上，長江干流水質(zhì)好于其支流水質(zhì)，部分支流存在污染情況，分析結(jié)果與實際相符，說明綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在長江流域水質(zhì)評價工作中具有較好的應(yīng)用，可作為長江水質(zhì)評價的方法之一。