孫志琢

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北承德 067000）

環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，水質(zhì)不斷惡化，水資源危機(jī)給人類帶來了極大的危害，水污染已成為21世紀(jì)全球性的重大問題。對(duì)流域水環(huán)境質(zhì)量作出科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)是進(jìn)行水污染治理及流域綜合管理的基礎(chǔ)。我國(guó)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的研究已有三十幾年，并逐漸發(fā)展和完善起來。普遍使用的有單因子評(píng)價(jià)法、多因子評(píng)價(jià)法（如模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法）、層次分析法、污染指數(shù)法和物元分析法等，每種評(píng)價(jià)方法有其不同的側(cè)重點(diǎn)，如何選擇評(píng)價(jià)方法并采納哪種評(píng)價(jià)結(jié)果顯得尤為重要。

筆者選擇了水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中較為常用的單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、分級(jí)評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法及水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法共6 種方法，以灤河流域（承德地區(qū)）作為研究對(duì)象，分析和比較了這6 種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為選擇合適的評(píng)價(jià)方法提供參考。

1 河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法概述

1.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法是將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分類，并選取結(jié)果最差的類別作為評(píng)價(jià)結(jié)果。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)果明了，超標(biāo)參數(shù)及超標(biāo)倍數(shù)一目了然，是我國(guó)實(shí)施多年且普遍認(rèn)可的一種評(píng)價(jià)方法。

1.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)是將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與同一類別標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比得到單項(xiàng)污染指數(shù)，并將各對(duì)比結(jié)果計(jì)算算術(shù)平均值而得到。綜合污染指數(shù)法可以判定水體受污染程度，但該方法應(yīng)用的前提是認(rèn)為各參評(píng)因子對(duì)水質(zhì)的貢獻(xiàn)基本相同，且方法的比較必須在同一類別標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行。

單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Ci為污染物實(shí)測(cè)濃度（mg/L）；Si為相應(yīng)類別標(biāo)準(zhǔn)值（mg/L）。

綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Pi為第i單項(xiàng)污染指數(shù)；n為參評(píng)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)，水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3 分級(jí)評(píng)價(jià)法

分級(jí)評(píng)價(jià)法計(jì)算原理為：首先將《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的各項(xiàng)目按類別分別賦予一定的分值，然后將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)中各類別限值進(jìn)行單因子比較，確定其所屬分值，最后將各分值結(jié)果計(jì)算算術(shù)平均。其計(jì)算公式為：

表1 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

式中：Ai為參數(shù)評(píng)分值；n為參評(píng)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

1.4 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是美國(guó)敘拉古大學(xué)內(nèi)梅羅(N.L.Nemerow)教授在其所著的《河流污染科學(xué)分析》一書中提出的一種水污染指數(shù)。它是一種兼顧極值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用的方法之一。其計(jì)算公式為：式中：為所有單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值；Pimax為水環(huán)境各單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。

1.5 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法屬于多因子評(píng)價(jià)法，該方法選取水質(zhì)參評(píng)指標(biāo)，用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)。其基本步驟為：首先，用各參評(píng)項(xiàng)目根據(jù)其對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度集得出隸屬度矩陣；其次，再把各參數(shù)的權(quán)重集與隸屬度矩陣相乘；最后，根據(jù)綜合評(píng)判結(jié)果選擇隸屬程度最大參數(shù)對(duì)應(yīng)的類別為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。該方法能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

1.6 水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是由徐祖信等人研究并發(fā)展起來的，由整數(shù)位、小數(shù)點(diǎn)后三或四位有效數(shù)字組成。該方法為綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，既能定性評(píng)價(jià)又能定量評(píng)價(jià)，既能橫向比較又能縱向比較，還能對(duì)河流治理前后效果進(jìn)行比較，能綜合全面地給出多種分析比較結(jié)果等信息。此方法計(jì)算方便、結(jié)果直觀。評(píng)價(jià)合理綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)(Iwq)表達(dá)結(jié)構(gòu)為：

式中：X1.X2為綜合水質(zhì)指數(shù)，由計(jì)算得到；X3和X4為標(biāo)識(shí)碼，通過判斷比較而得到。

2 實(shí)例比較與分析

2.1 研究區(qū)簡(jiǎn)介

選取灤河流域（承德段）29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面（詳見表2），對(duì)2011年河流溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、揮發(fā)酚、氟化物、氰化物、銅、砷、鎘、六價(jià)鉻、鉛、汞共14項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表2 監(jiān)測(cè)斷面的基本情況

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)2011年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，按單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法等6種方法對(duì)研究區(qū)各斷面水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。

從表3的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出：

（1）應(yīng)用單因子評(píng)價(jià)法分析的29 個(gè)斷面中有5個(gè)為Ⅴ類、11 個(gè)為劣Ⅴ類，嚴(yán)重污染斷面（16 個(gè)）占到總評(píng)價(jià)斷面的一半以上，而該流域中水質(zhì)類別最好的為Ⅱ類，共3 個(gè)。單因子評(píng)價(jià)法是由污染最嚴(yán)重的水質(zhì)參數(shù)決定的，采取某項(xiàng)污染項(xiàng)目超標(biāo)就斷定整個(gè)水體超標(biāo)的一票否決制。因此，單因子評(píng)價(jià)法的結(jié)果有一定的片面性。但該方法適用于個(gè)別參數(shù)超標(biāo)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響水環(huán)境質(zhì)量的情況。以研究區(qū)李營(yíng)（二）斷面為例，只有在單因子評(píng)價(jià)法時(shí)才屬于劣V類水質(zhì)，說明該斷面受流域特性影響，上游主要為銅礦等選礦廢水，因此單因子超標(biāo)嚴(yán)重。

表3 不同方法的評(píng)價(jià)結(jié)果比較

（2）應(yīng)用綜合污染指數(shù)法得出的結(jié)果表明，只有窯溝門、下板城和平泉3 個(gè)斷面的水質(zhì)為清潔，6 個(gè)為尚清潔，其余20 個(gè)水質(zhì)則受到不同程度的污染。綜合污染指數(shù)法是基于水功能標(biāo)準(zhǔn)劃分的，因此嚴(yán)格意義上說此方法只能對(duì)水質(zhì)的污染狀況作出評(píng)價(jià)，但不能確定綜合水質(zhì)類別。此方法的另外一個(gè)缺點(diǎn)是計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。

（3）應(yīng)用分級(jí)評(píng)價(jià)法得出的結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)大部分為II或III類水，而嚴(yán)重污染的斷面如小東區(qū)、四合永等也被評(píng)價(jià)為III類水。造成這種結(jié)果的原因是分級(jí)評(píng)價(jià)法將各污染因子平均對(duì)待考慮，無法正確反映出污染極值對(duì)水質(zhì)類別的影響。在評(píng)價(jià)過程中，如果有幾項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分較高就會(huì)拉高總評(píng)分，出現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際水質(zhì)狀況不符的情況。

（4）應(yīng)用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法得出的結(jié)果是，清潔或者尚清潔的斷面有6 個(gè)、重污染或者嚴(yán)重污染的有12 個(gè)，其他的為輕污染或者中等污染。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兼顧了最高污染項(xiàng)和平均污染項(xiàng)的影響，評(píng)價(jià)方法具有合理性，但也確實(shí)存在過分突出最大值這一問題，與分級(jí)評(píng)價(jià)法一樣也會(huì)造成綜合評(píng)分偏高。也就是說，在評(píng)價(jià)過程中僅考慮了最高污染項(xiàng)，未考慮或消弱了次大污染項(xiàng)的作用。目前往往通過給各因子賦權(quán)重的辦法對(duì)該方法進(jìn)行修正。

（5）應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法的結(jié)果表明，評(píng)價(jià)斷面中有11 個(gè)為Ⅴ類，且從隸屬度來看，歸為Ⅴ類的斷面中大部分超過0.95，表明水污染非常嚴(yán)重，它可能會(huì)劣于Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但該評(píng)價(jià)方法采取的分類原則使它不能反映這些劣Ⅴ類水體的污染程度。模糊綜合評(píng)價(jià)法比較適合評(píng)價(jià)Ⅰ～Ⅴ類之間的水質(zhì)。但當(dāng)水質(zhì)劣于Ⅴ類時(shí)，其結(jié)果仍然是Ⅴ類，這樣得出的結(jié)論相對(duì)較保守。

（6）應(yīng)用水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法的結(jié)果表明，小東區(qū)的水質(zhì)為劣Ⅴ類（10.235），承德斷面的指數(shù)也達(dá)到6.205，屬于嚴(yán)重污染。而上板城、烏龍磯、圍場(chǎng)和四合永等斷面的水質(zhì)為Ⅴ類，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況基本一致，評(píng)估結(jié)論具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。結(jié)果表明，水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法可以對(duì)河流進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，特別是對(duì)劣Ⅴ類水體，解決了關(guān)于劣Ⅴ類水體水質(zhì)連續(xù)性描述的問題。

3 結(jié)論

筆者以灤河流域的29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面為例，共選擇了單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、分級(jí)評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法及水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)灤河流域（承德地區(qū)）各河流進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，根據(jù)流域?qū)嶋H污染狀況和6 種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果，得到如下結(jié)論：

（1）除水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法外其他5個(gè)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果都有一定的片面性，如單因子評(píng)價(jià)法過于武斷，為一票否決制；綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法相似，僅對(duì)污染狀況進(jìn)行描述評(píng)價(jià)而無法確定水質(zhì)類別且計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)內(nèi)梅羅指數(shù)法過分突出最大值的影響；分級(jí)評(píng)價(jià)法則與內(nèi)梅羅指數(shù)法思路相反，無法反映污染因子極值的影響，而僅僅以平均方式反映其影響；模糊綜合評(píng)價(jià)法不適用于劣Ⅴ類水質(zhì)的評(píng)價(jià)?？傊?，這5種方法要么比較保守，要么過于強(qiáng)調(diào)某一因子的影響，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果均不理想。

（2）水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法可以從定量和定性兩個(gè)方面來表達(dá)水質(zhì)信息，它不僅客觀反映河流的綜合水質(zhì)類別、重點(diǎn)污染因子判別、受污染程度、與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果等信息，還可通過對(duì)同一河流不同時(shí)期、不同斷面的綜合指數(shù)分析對(duì)比，來了解判斷污染物貢獻(xiàn)程度及治污效果，為河流污染防治提供管理和決策依據(jù)?？傊|(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是一種綜合全面的評(píng)價(jià)方法，推薦使用此方法進(jìn)行河流水質(zhì)評(píng)價(jià)。

綜上所述，根據(jù)水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果，2011年灤河流域（承德段）各河流超Ⅲ類水?dāng)嗝婀灿?2 處（Ⅳ類6 個(gè)、Ⅴ類或劣Ⅴ類6 個(gè)），占總數(shù)的41.4%，污染較為嚴(yán)重，重點(diǎn)污染物有總磷、總氮、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)等，此類污染物是今后防污治污的重點(diǎn)。具體各河流中，興州河、老牛河，小灤河和瀑河污染較輕，水質(zhì)較好；污染最嚴(yán)重的為柳河（小東區(qū)斷面及以下），已出現(xiàn)水體變色異味等現(xiàn)象；伊遜河受上游縣城發(fā)展等影響水質(zhì)也較差；其他河流水質(zhì)一般，只有個(gè)別斷面水質(zhì)較差。

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