基于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水功能區(qū)水質(zhì)評價

□郭洪起

水質(zhì)評價工作是合理開發(fā)利用和保護水資源的基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)。該項工作依據(jù)評價目標(biāo)，確定參評指標(biāo)及評價的標(biāo)準(zhǔn)和方法，通過評價結(jié)果對水體的質(zhì)量、利用價值及處理方向作出評定。目前水質(zhì)評價常用方法包括：單因子評價法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、模糊綜合評價法、物元可拓模型等數(shù)多種方法，可概括為單因子質(zhì)量指數(shù)評價模型和多因子水質(zhì)綜合指數(shù)評價模型。本文分別采用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對研究河流進行評價，并對評價結(jié)果進行客觀分析、比較。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是基于其單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價法衍化而來，由徐祖信于2003 年提出，能夠更為全面的刻畫出評價對象整體水質(zhì)狀況，對水體綜合水質(zhì)特征的表達(dá)更完整客觀，因此，本文以2015 年—2019 年子牙新河2 個監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)進行綜合水質(zhì)評價，結(jié)果既能反映綜合水質(zhì)級別，同時也反映出同級別水質(zhì)的不同污染程度。

1.研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

依據(jù)河北省水利廳、河北省環(huán)境保護廳發(fā)布關(guān)于調(diào)整公布《河北省水功能區(qū)劃》的通知文件，子牙新河緩沖區(qū)起于周官屯，止于河北省與天津市交界，功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類，周官屯、翟莊子橋兩個監(jiān)測斷面位于水功能區(qū)的起始點和終止點，因此，評價斷面選用子牙新河周官屯、翟莊子橋兩個監(jiān)測斷面。2015 年—2019 年該功能區(qū)水質(zhì)狀況出現(xiàn)了明顯的改觀，對綜合水質(zhì)評價變化趨勢具有很好的代表性，故監(jiān)測數(shù)據(jù)選用2015 年—2019 年的監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91-2002），結(jié)合對評價數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，決定采用定類因子中貢獻(xiàn)程度較高的高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）、化學(xué)需氧量（CODcr）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、氟化物（F）作為評價指標(biāo)。

2.評價方法及標(biāo)準(zhǔn)

2.1 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法

該方法需分2 步進行，第1 步是單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的確定，第2 步為綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的確定。

2.1.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)一般包括1 位整數(shù)和2 位有效數(shù)字的小數(shù)，其結(jié)構(gòu)表示為：

式中：

Pi—i第項評價指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；

X1—第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別

X2—監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，按四舍五入的原則計算確定。

2.1.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)一般包括1 位整數(shù)和4 位有效數(shù)字的小數(shù)，其結(jié)構(gòu)為表示為：

式中：

Iwq—水體綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；

X1—水體的綜合水質(zhì)類別；

X2—綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置；

X3—參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項指標(biāo)個數(shù)；

X4—綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果，表示綜合水質(zhì)的污染程度。

X1×X2的計算是綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的核心工作，即通過監(jiān)測數(shù)據(jù)判定河流綜合水質(zhì)類別，同時確定綜合水質(zhì)在該類別變化區(qū)間中的位置，計算公式如下:

式中:

m—參加綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)單項指標(biāo)的數(shù)目；

p1、p2、pm—分別為第1、2、m個水質(zhì)因子的單因子水質(zhì)指數(shù)。

圖1 2015 年—2019 年子牙新河周官屯斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)變化趨勢

2.2 綜合水質(zhì)級別評價

地表水依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)共分為5 類，分別為I 類、Ⅱ類、Ⅲ類、IV 類和V 類，將劣于V 類標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)稱為劣V 類。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)通過Iwq的整數(shù)位和小數(shù)點后第1 位X1×X2判定水質(zhì)級別，級別判定標(biāo)準(zhǔn)見表1。評價結(jié)果在斷面水質(zhì)級別評價的基礎(chǔ)上，同時對河流整體的綜合水質(zhì)級別進行評價。

表1 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的綜合水質(zhì)級別判定標(biāo)準(zhǔn)

表2 2015 年—2019 年子牙新河各斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

表3 2015 年—2019 年子牙新河各斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

表4 2015 年—2019 年子牙新河各斷面年度綜合水質(zhì)級別

3.評價結(jié)果與分析

3.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

圖2 2015 年—2019 年子牙新河翟莊子橋斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)變化趨勢

根據(jù)公式（1）計算的得出2015 年—2019 年子牙新河各斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，結(jié)果如表2 所示。按照指數(shù)大于5 的程度和次數(shù)判定，子牙新河緩沖區(qū)污染貢獻(xiàn)因子主要為CODmn、CODCr、NH3-N，且屬于長期污染因子，其中CODmn、在兩個監(jiān)測斷面均呈現(xiàn)平緩下降趨勢；CODCr在周官屯斷面呈平滑趨勢，5 年間升降不一，但幅度均較??；NH3-N 在2 個監(jiān)測斷面均呈現(xiàn)下降趨勢，且下降幅度較大。TP、F 對緩沖區(qū)污染貢獻(xiàn)較小，其中F 在2015 年—2016 年劣于功能區(qū)目標(biāo)值，在2018 年后大幅下降，趨勢趨于穩(wěn)定；TP 在2015 年—2019年均滿足功能區(qū)目標(biāo)值，趨勢較為穩(wěn)定。2015 年—2019 年子牙新河各斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)變化趨勢圖見圖1、圖2。

3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

根據(jù)公式（2）、（3）計算得出2015 年—2019 年子牙新河各斷面單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，如表3 所示。2 個監(jiān)測斷面評價結(jié)果在2015 年—2017 年均劣于功能區(qū)目標(biāo)值，但污染因子數(shù)量均呈逐年減少趨勢，2017 年均為單一污染因子超標(biāo)?？傮w趨勢轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在2018 年，2 個斷面評價結(jié)果均已滿足功能區(qū)目標(biāo)，2019 年綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)進一步降低。

3.3 綜合水質(zhì)級別評價結(jié)果

根據(jù)表1、表3 判定2015 年—2019 年子牙新河各斷面綜合水質(zhì)級別，如表4 所示。2015 年—2019 年子牙河緩沖區(qū)經(jīng)歷了4 個水質(zhì)級別的轉(zhuǎn)變，由劣Ⅴ類并黑臭轉(zhuǎn)良至Ⅳ類，水質(zhì)狀況大為好轉(zhuǎn)。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)評價分級表示，結(jié)果如表5 所示。該方法無法綜合的分析評價水質(zhì)變化情況。

4.結(jié)論

本文選用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對2015 年—2019 年子牙新河緩沖區(qū)水質(zhì)進行了綜合評價，并對水環(huán)境變化趨勢進行了分析，結(jié)論如下。

一是依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)評價分級，當(dāng)有1 項指標(biāo)超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值時，就表示該水體已經(jīng)不能完全滿足該功能的要求，評價過程簡便，評價結(jié)果簡單明了，是最常用的評價分級方法，但是其也存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在忽略了各因子對水環(huán)境影響的差異性及信息的完整性。相比較而言，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法通過整體評價獲得的評價結(jié)果更為合理，同時能夠分析出評價指標(biāo)和水體質(zhì)量要求之間的具體信息，通過這些信息能更好地分析水質(zhì)污染狀況并采取相應(yīng)的防治措施。同時，該方法不僅能在水質(zhì)某一級別內(nèi)分析污染程度，也能比較水質(zhì)不同級別的污染程度，尤其對水質(zhì)劣Ⅴ類級別描述更加細(xì)致具體，使污染防治工作更加有的放矢。

二是子牙新河緩沖區(qū)起訖斷面監(jiān)測結(jié)果相關(guān)性較高，2016 年后基本趨于一致，證明該功能區(qū)水體完全承接上游來水和天然降水，功能區(qū)內(nèi)基本無超標(biāo)排污納入，入河排污治理工作效果顯著。

三是在2015 年—2019 年間綜合水質(zhì)級別經(jīng)歷了由劣Ⅴ類并黑臭至Ⅳ類的過程，2018 年起已達(dá)到功能區(qū)目標(biāo)要求，并且由2018 年—2019 年的評價結(jié)果分析，該功能區(qū)水質(zhì)狀況仍在不斷的改善。