改進(jìn)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法在海安市河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究

韋雨婷　黃娟　鮑琨　顧曉昀

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評(píng)價(jià)；綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)；超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)；海安市河流

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

海安市位于江蘇省東部，是全國生豬產(chǎn)業(yè)大縣，因養(yǎng)殖面源污染問題，海安市水環(huán)境質(zhì)量一直面臨巨大壓力。對(duì)海安市河流水質(zhì)情況進(jìn)行跟蹤分析，有利于為海安市水污染防治工作提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

水質(zhì)評(píng)價(jià)是水環(huán)境污染防治中重要的基礎(chǔ)性工作。常見的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、水污染指數(shù)法、灰色系統(tǒng)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法等。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是以單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)法為基礎(chǔ)得出的一個(gè)綜合水質(zhì)系數(shù)，既可以定性判定水質(zhì)是否超標(biāo)，又可以定量判斷超出目標(biāo)幾個(gè)類別及污染程度，是一種易于掌握且適合推廣的方法。近年來，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法被廣泛運(yùn)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中，如李華棟等、周默等分別利用綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)黃河山東段、鞍山市太子河水系進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià)，林濤等分別采用熵權(quán)系數(shù)法、超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法等對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)。

文章采用易于實(shí)際操作的基于超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法，對(duì)2021年海安市境內(nèi)7條主要河流水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，并評(píng)估其污染風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)基于2017-2021年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，探究海安市河流水質(zhì)隨時(shí)間演變特征，以期為綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用提供實(shí)例參考。

1研究區(qū)域概況

海安市地處淮河流域和長江流域下游，境內(nèi)水網(wǎng)密布，水資源豐富，以通揚(yáng)運(yùn)河為界，通揚(yáng)運(yùn)河以南為長江水系，以北為淮河水系。長江水系主要河流中，通揚(yáng)運(yùn)河、焦港河、如海運(yùn)河為引水骨干河道，南引長江水，拼茶運(yùn)河、北凌河為排水骨干河道，向東流人黃海?；春铀抵饕恿髦?，新通揚(yáng)運(yùn)河為江水北調(diào)引水骨干河道，通榆河、串場河為輸水骨干河道。研究選取海安市境內(nèi)拼茶運(yùn)河、新通揚(yáng)運(yùn)河、通榆河、串場河、如海運(yùn)河、通揚(yáng)運(yùn)河和北凌河7條主要河流的7個(gè)例行監(jiān)測斷面進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，各河流及水質(zhì)監(jiān)測斷面分布情況見圖1。

2研究數(shù)據(jù)及方法

2.1數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域2017年-2021年7條河流7個(gè)例行監(jiān)測斷面逐月水質(zhì)數(shù)據(jù)由當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境主管部門提供。研究選取化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH₃-N）、總磷（TP）3項(xiàng)反應(yīng)流域水質(zhì)狀況的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，各河流水質(zhì)目標(biāo)均為Ⅲ類。

2.2評(píng)價(jià)方法

2.2.1綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)包含了參評(píng)斷面的綜合水質(zhì)類別、定量污染程度以及斷面達(dá)標(biāo)情況等多方面的信息，由整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后3位或者4位小數(shù)位組成，其標(biāo)準(zhǔn)公式為式（1）：

I_wq=X₁·X₂X₃X₄式（1）

式（1）中：X₁代表綜合水質(zhì)級(jí)別；X₂代表綜合水質(zhì)在X₁類水質(zhì)變化區(qū)間所處的位置，根據(jù)公式按照四舍五人的原則計(jì)算確定；X₃代表所有參評(píng)指標(biāo)中劣于水質(zhì)目標(biāo)的指標(biāo)個(gè)數(shù)；X₄代表綜合水質(zhì)類別與水質(zhì)目標(biāo)類別的比較結(jié)果。X₁—X₄具體計(jì)算方法參考文獻(xiàn)。

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)計(jì)算的關(guān)鍵為X₁·X₂的計(jì)算，基于單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)，計(jì)算公式為式（2）：

式（2）中：ω_m代表各參評(píng)指標(biāo)的權(quán)重值；P_m代表各參評(píng)指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)。P_m的具體計(jì)算方法參考文獻(xiàn)。

2.2.2超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)

通過表達(dá)式可知，權(quán)重系數(shù)的不同會(huì)給水質(zhì)評(píng)價(jià)工作帶來不同的結(jié)果。研究選取一種在實(shí)際工作中易于操作的超標(biāo)倍數(shù)法進(jìn)行賦權(quán)。超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法是一種主要因素突出型賦權(quán)方法，它突出了主要污染物的影響，強(qiáng)調(diào)了污染較為嚴(yán)重的水質(zhì)指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要性，計(jì)算公式為式（3）：

3評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1整體水質(zhì)概況

根據(jù)海安市境內(nèi)主要河流2021年逐月水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用基于超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示。由表3可知，海安市境內(nèi)各主要河流2021年年均綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)在3.000～3.600之間，整體水質(zhì)為Ⅱ類-Ⅲ類，年均水質(zhì)均能夠滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，其中通揚(yáng)運(yùn)河水質(zhì)最好，年均水質(zhì)為Ⅱ類。但從各月水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，各河流逐月水質(zhì)波動(dòng)較大，尤其是7月份和8月份，海安市河流整體水質(zhì)較差，均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，7月份拼茶運(yùn)河和北凌河為Ⅴ類水質(zhì)，通榆河、串場河和如海運(yùn)河均為Ⅳ水質(zhì)，8月份拼茶運(yùn)河、新通揚(yáng)運(yùn)河和串場河均為Ⅳ類水質(zhì)。

3.2主要污染物分析

由表3可知，參評(píng)的7條主要河流在2021年全年檢測中，COD超標(biāo)次數(shù)為5次，百分比為6.0%，超標(biāo)的X3值均為1，表明COD均超過水體水質(zhì)目標(biāo)值1個(gè)類別；氨氮超標(biāo)次數(shù)為5次，百分比為6.0%，其中超過水體水質(zhì)目標(biāo)值1個(gè)類別3次，主要發(fā)生在通榆河，超過水體水質(zhì)目標(biāo)值2個(gè)類別2次，氨氮達(dá)到了Ⅴ類水質(zhì)，主要發(fā)生在拼茶運(yùn)河和北凌河；總磷超標(biāo)次數(shù)為12次，百分比為14.3%，其中超過水體水質(zhì)目標(biāo)值1個(gè)類別6次，主要發(fā)生在新通揚(yáng)運(yùn)河、如海運(yùn)河和串場河，超過水體水質(zhì)目標(biāo)值2個(gè)類別6次，主要發(fā)生在拼茶運(yùn)河、通榆河和北凌河，并且拼茶運(yùn)河和北凌河超標(biāo)的X2值均為0.9，表明總磷接近劣V類水質(zhì)。由此可見，海安市境內(nèi)主要河流逐月水質(zhì)中COD、氨氮和總磷均存在不同程度的超標(biāo)，其中總磷超標(biāo)最嚴(yán)重，存在接近劣Ⅴ類水質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，氨氮次之。水體中氮磷的超標(biāo)主要來源于農(nóng)業(yè)退水、畜禽養(yǎng)殖污染等，尤其是汛期7、8月份氮磷超標(biāo)污染問題突出，海安市作為畜禽養(yǎng)殖和種糧基地，農(nóng)業(yè)面源污染治理需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3綜合水質(zhì)變化趨勢分析

根據(jù)2017年-2021年海安市生態(tài)環(huán)境主管部門的監(jiān)測結(jié)果，采用基于超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)海安市各主要河流綜合水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4、圖2所示。根據(jù)分析結(jié)果，2017年海安市境內(nèi)主要河流水質(zhì)均未達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求，海安市整體水質(zhì)較差，通揚(yáng)運(yùn)河為劣V類水體，拼茶運(yùn)河、如海運(yùn)河、北凌河為V類水體，其余河流為Ⅳ類水體；2018年除如海運(yùn)河達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求外，其余河流水質(zhì)依舊超標(biāo)，其中新通揚(yáng)運(yùn)河、串場河和北凌河水質(zhì)較2017年相比水質(zhì)出現(xiàn)惡化，拼茶運(yùn)河和通榆河水質(zhì)變化率（T值）小于10%，水質(zhì)基本未變，通揚(yáng)運(yùn)河水質(zhì)輕微改善（T值為14.75%），但仍為Ⅴ類水體；2019年海安市境內(nèi)河流水質(zhì)均達(dá)到Ⅲ類，均滿足水質(zhì)目標(biāo)要求，河流水質(zhì)變化率（T值）為21. 74%～36.84%，水質(zhì)較2017年、2018年改善顯著，2020年和2021年整體水質(zhì)繼續(xù)改善，但變化幅度不大，保持穩(wěn)定或輕微改善。整體上，由于近年來海安市政府大力推進(jìn)水環(huán)境整治和水污染防治工作，2017年-2021年海安市境內(nèi)河流水質(zhì)整體趨于逐年改善，且變化顯著，其中通揚(yáng)運(yùn)河水質(zhì)改善最為明顯，T值為50.82%，由2017年劣Ⅴ類水質(zhì)改善為2021年Ⅱ類水質(zhì)。

4結(jié)論

采用基于超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)海安市2017年-2021年各主要河流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明近年來海安市境內(nèi)主要河流水質(zhì)呈現(xiàn)逐年改善趨勢，部分河流水質(zhì)變化顯著，2021年整體水質(zhì)為Ⅱ類一Ⅲ類，其中Ⅱ類水體比例為43%，說明近年來海安市政府在水環(huán)境治理和水污染防治工作方面成效顯著。但各河流逐月水質(zhì)波動(dòng)較大，尤其是汛期7月份和8月份，海安市河流整體水質(zhì)較差，均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，其中總磷超標(biāo)最嚴(yán)重，存在接近劣Ⅴ類水質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，氨氮次之。海安市作為畜禽養(yǎng)殖和種糧基地，后期仍需進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)面源污染整治工作。