潮白河流域河道水環(huán)境改善效果評價方法分析

趙金香，趙 旭，趙夢舟

(1.北京市潮白河管理處，北京 101300;2.北京市密云水庫管理處，北京 101512;3.北京市京密引水管理處，北京 101400)

我國地域遼闊，土地廣袤，自然環(huán)境優(yōu)越，水資源十分充足，境內(nèi)河流數(shù)量也較多。但是由于自然環(huán)境、地勢、河流方向、土壤關(guān)聯(lián)度等因素的影響，不同區(qū)域河流的水質(zhì)存在極大的差異[1]。地勢平緩低洼，防護(hù)結(jié)構(gòu)深度較低的河流，通常上下游的河道會呈現(xiàn)出縱橫交織，河湖相連的狀態(tài)，河道內(nèi)部由于外力作用以及風(fēng)力侵蝕等影響，會產(chǎn)生大量的沉積砂石，阻礙水流的暢通[2]。而地勢高、河道深的河流，雖然沉積泥沙量較小，但是在高速發(fā)展的現(xiàn)代化背景之下，各種工廠所排放的生活污水會造成水資源的污染，促使水環(huán)境日益惡化，逐漸成為可持續(xù)發(fā)展社會目標(biāo)實現(xiàn)的重要阻礙因素之一[3]。水質(zhì)評估是水環(huán)境改善過程中極為關(guān)鍵的一項工作，對于后續(xù)的河流維護(hù)以及防護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)均存在直接的影響。本文以潮白河作為分析的主要目標(biāo)對象，對潮白河流域河道水環(huán)境改善效果評價方法作出分析和研究[4]。

考慮到最終分析結(jié)果的可靠性與精準(zhǔn)性，本文會以較為真實的潮白河流域環(huán)境作為測定基礎(chǔ)，在獲取數(shù)據(jù)信息的同時，結(jié)合實際的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建更為靈活、多變的評估方式[5]。從多個方向，提取河流在水環(huán)境改善過程中存在的相關(guān)問題，通過實際的改善效果，制定更具針對性的評估方案，在綜合處理的背景下，獲取一個連通性的評價結(jié)果，結(jié)合特殊的方式完成分析與研討。在確保潮白河水環(huán)境改善效果的同時，也可以通過評估的結(jié)構(gòu)對改善方案作出調(diào)整，進(jìn)一步細(xì)化、延伸河流的評估范圍，為后續(xù)的處理建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 潮白河流域河道水環(huán)境改善效果評價方法

1.1 基礎(chǔ)評價指標(biāo)體系構(gòu)建

河流水質(zhì)的評價是一項極為繁瑣且嚴(yán)密的工作，評價過程中會涉及不同的關(guān)聯(lián)指標(biāo)以及外部因素，均會對最終的評價結(jié)構(gòu)造成影響[6]。因此，構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系是確保評價結(jié)果精準(zhǔn)性、可靠性的重要方式之一。本文對潮白河的評價指標(biāo)體系劃分為以下4個部分，分別是內(nèi)部結(jié)構(gòu)評價、水動力評價、水質(zhì)評價以及外部河道評價。

評價的層級是多方向、多目標(biāo)的，在評價體系之中，每一個指標(biāo)和評價目標(biāo)均會起到指引的作用[7]，潮白河首先是對河網(wǎng)以及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)作出改善，可以獲取出河流的連通系數(shù)，并計算河網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的實際數(shù)值。隨后，在基礎(chǔ)是水動力的標(biāo)準(zhǔn)之上，核定對應(yīng)的水環(huán)境指標(biāo)；舉例來說：污染濃度、單項水質(zhì)等。結(jié)合基礎(chǔ)的評價結(jié)構(gòu)，劃定對應(yīng)的評價范圍，獲取頻率，分析河道的評價范圍以及覆蓋層級，進(jìn)一步完善整體評價體系的應(yīng)用效果，為后續(xù)的評價工作奠定更為堅實的基礎(chǔ)條件。

1.2 連通評價結(jié)構(gòu)設(shè)計

所謂連通評價結(jié)構(gòu)，主要指的是區(qū)域性的評價方式，一般被應(yīng)用在大型河流或者河流分支的水環(huán)境評估工作之中?？梢韵扔嬎愠瞿繕?biāo)流域的單元評估權(quán)重值，具體如下。

(1)

式中，L—單元評估權(quán)重；e—評估限制值。

通過上述計算，可以得出實際的單元評估權(quán)重。然后，將目標(biāo)河流的水環(huán)境改善數(shù)據(jù)添加在評價的結(jié)構(gòu)之中，從而形成實時的評價結(jié)果。構(gòu)建連通評價標(biāo)準(zhǔn)，分層級對評估權(quán)重加權(quán)，逐步形成大面積的評價環(huán)境，在這種區(qū)域進(jìn)行評價[8]。需要注意的是，可以盡量排除存在的誤差值，此時得出的評價結(jié)果也是模糊性的，僅供后續(xù)評價處理參考數(shù)據(jù)。

1.3 雙向階段式水環(huán)境改善效果評價模型構(gòu)建

與傳統(tǒng)的評價模型不同的是，雙向階段式評價相對更加靈活、多變，在面對復(fù)雜的河道環(huán)境時，可以更為精準(zhǔn)的測算，確保最終評價結(jié)果的真實可靠。在基礎(chǔ)計算模型之中，添加上述連通評價結(jié)構(gòu)，形成基礎(chǔ)的評價環(huán)境，此時，根據(jù)評價的區(qū)域性需求，設(shè)定雙階向的評估模型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 雙向階段式評價模型結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖1，可以完成對雙向階段式評價模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計。多層級、多目標(biāo)的階梯式評價模式，可以更好地分解水環(huán)境中存在的細(xì)節(jié)問題。

與此同時，還可以做到均衡測定，形成穩(wěn)定、多角度評價的結(jié)果。雙向評價實際上是階段式評價模型的一種升級，可以進(jìn)一步擴展延伸水質(zhì)的評價范圍，在實際的處理過程中，降低評價誤差的出現(xiàn)概率，消除外部因素對于評價結(jié)構(gòu)的影響，完成模型的構(gòu)建。但是這部分需要注意的是，雙向階梯式的評價模型的引導(dǎo)評價目標(biāo)一般是多個，不同方向、區(qū)域均需要設(shè)定獨立的動態(tài)評價目標(biāo)，隨著潮白河的變化，作出評價模式的改變，進(jìn)而更好地劃分評價層級，完善優(yōu)化評價模型的內(nèi)部功能。

1.4 水動力分層評價矩陣建立

在完成對雙向階段式水環(huán)境改善效果評價模型的構(gòu)建之后，接下來，需要建立水動力分層評價矩陣[9]。這部分主要是先獲取潮白河的基礎(chǔ)水動力范圍，結(jié)合評價模型的劃定情況，建立層級目標(biāo)評價矩陣，計算出水動力負(fù)數(shù)[10]：

D=(2w-1)+3n

(2)

式中，D—水動力負(fù)數(shù)；w—水面率，%；n—預(yù)設(shè)終值。

通過上述計算，可以得出實際的水動力負(fù)數(shù)。此時的水動力負(fù)數(shù)比在0.5以下，表明環(huán)境較好，在合理的安全范圍之內(nèi)，反之，如果此時的水動力負(fù)數(shù)比在0.5以上，表明環(huán)境較差，需要進(jìn)一步改善和處理。

在預(yù)設(shè)的分層矩陣之中，隨著水動力數(shù)值的變化，更改各個層級的評價標(biāo)準(zhǔn)，獲得不同的評價結(jié)果。另外，為了降低矩陣的評價誤差，可以采用評價模型，先計算出單向區(qū)域的評價值，通過水利工程的調(diào)度，將潮白河河道雙向水流逐漸調(diào)整為單向水流，不僅可以增加流域內(nèi)污水的排出量，還有利于增加評價結(jié)果的精準(zhǔn)度。再加上水動力分層評價矩陣的限制，可以更好地確保測定結(jié)果的真實可靠性。

1.5 比照評價實現(xiàn)河道水環(huán)境改善效果評價

完成對水動力分層評價矩陣的建立之后，接下來，需要采用比照評估的方式來最終實現(xiàn)潮白河流域河道水環(huán)境改善效果評價?？梢栽诮ㄔO(shè)初期與末期分別設(shè)定不同的評價標(biāo)準(zhǔn)，最終也可以得出不同的評價結(jié)果。

采用評價模型，計算出評價的差異范圍，此時，將前后得出的兩個評價結(jié)果相減，得出的差值在預(yù)設(shè)的范圍之內(nèi)，表明評價的結(jié)果可靠，具有較強的應(yīng)用價值；反之，如果得出的差值并未在預(yù)設(shè)的范圍之內(nèi)，表明評價的結(jié)果存在誤差，不能作為后續(xù)建設(shè)評價的參考數(shù)據(jù)以及信息，需要進(jìn)行重新測定。比照評價法的覆蓋影響范圍較大，所以在應(yīng)用的過程中并不會受到過大的限制，可以確保評估結(jié)果。

2 實例分析

2.1 G河流水質(zhì)改善效果及評價現(xiàn)狀

G河流位是潮白河的一個分支，分支河流數(shù)量較多，水網(wǎng)密布，如圖2所示。

圖2 G河流現(xiàn)狀呈現(xiàn)圖示

河道治理與截污工程的設(shè)定僅僅起到了基礎(chǔ)性的作用，G河流部分流域的水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率仍然較低。工程完工之后，依據(jù)國際化的標(biāo)準(zhǔn)，對改善效果作出評價和核驗。采用單一采樣評估的方式，將G河流分別劃定為不同的測試階段，每一個測試階段均是獨立的，所采集的樣本也分開測驗。但是最終所得出的評估結(jié)果卻并不可靠，不具備研究價值，反而為后續(xù)的評估工作造成了阻礙，營造出較為糟糕的評價環(huán)境。

2.2 G河流評價水質(zhì)改善效果評價實證

經(jīng)過上述對G河流水質(zhì)改善效果及評價現(xiàn)狀的分析之后，接下來，根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)更為具體、完整的評價。首先，需要獲取G河流的單向引水距離，選擇MIKE11的水動力模塊與對流擴散模塊形成評價的基礎(chǔ)層級模塊，隨后，根據(jù)水質(zhì)的變化情況，計算出修正系數(shù)：

(3)

式中，H—修正系數(shù)；S—擴散距離,m;d—極限評估差值。

通過上述計算，可以得出實際的修正系數(shù)。隨后，獲取基礎(chǔ)性的水環(huán)境變化數(shù)據(jù)以及信息，測定在水質(zhì)變化的過程中，階段式評估均值如下式：

(4)

式中，B—階段式評估均值；w—水中污染物濃度，mg/L;m—降解系數(shù);f—源匯濃度,mg/L。

通過上述計算，最終可以得出實際的階段式評估均值。將其作為G河流評估的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)G河流的特征以及水環(huán)境的優(yōu)化實況，提取優(yōu)化過程中存在的問題，同時構(gòu)建對應(yīng)的評價結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 G河流評價結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖3，可以完成對G河流評價結(jié)構(gòu)的設(shè)計與調(diào)整。此后，結(jié)合雙向評估模型，計算出對應(yīng)的評價權(quán)重，如式5：

(5)

式中，K—評價權(quán)重;t—水質(zhì)差值。

通過上述計算，最終可以得出實際的評價權(quán)重值，結(jié)合此時其他的評估數(shù)據(jù)，與國際化的評價的標(biāo)準(zhǔn)相比照，獲取最終的評價誤差，見表1。

表1 實例分析結(jié)果對比表

根據(jù)表1，可以完成對測試結(jié)果的分析：與基礎(chǔ)性的水環(huán)境改善效果評估方法相對比，本文所設(shè)計的雙向階段式水環(huán)境改善效果評估測試組最終得出的評價誤差比率相對較小，表明在實際測定的過程中，差異值較小，評級的精準(zhǔn)性更高一些，具有實際的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

本文提出對潮白河流域河道水環(huán)境改善效果評價方法，采用動態(tài)的處理方式，分層級多目標(biāo)評價，能夠降低水環(huán)境改善效果評價誤差，可以比照特定的評估標(biāo)準(zhǔn)，獲取可靠、精準(zhǔn)的評估結(jié)果。但是由于河流水質(zhì)容易受到多種因素的影響，可能會使水環(huán)境改善效果評價結(jié)果受到影響。因此，在未來的研究中還需要擴大對影響水環(huán)境因素的研究，為河流的細(xì)化改善奠定更為堅實的基礎(chǔ)。