李佳民 于婷 鞠永富 柴方營 于洪賢

摘要 以穆棱河流域為例，采用水生生物指示法、單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法4種水環(huán)境質(zhì)量評價方法，對穆棱河水質(zhì)進(jìn)行分析評價，并對評價結(jié)果進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞 水環(huán)境質(zhì)量；評價方法；穆棱河流域

中圖分類號 S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）27-185-04

Assessment Methods of Water Environment Quality—A Case Study of Muling River

LI Jia-min1， YU Ting2， JU Yong-fu2，3， YU Hong-xian3* et al

（1.Nen River Diversion Administrative Office， Daqing， Heilongjiang 163316； 2.Water Resources Bureau of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150040； 3.Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract By using aquatic organisms method， single factor method， comprehensive pollution index method， and fuzzy comprehensive evaluation method， water quality of Muling River was analyzed， and the evaluation results were compared.

Key words Water environment quality； Evaluation methods； Muling River basin

我國水資源短缺情況較為嚴(yán)重，擁有全世界21%的人口，但僅占水資源總量的6%，人均水資源擁有量僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。經(jīng)過幾年努力，水污染治理取得一定成效，但形勢依然非常嚴(yán)峻。2013年，全國廢水排放量695.4億t，化學(xué)需氧量排放量2 352.7萬t，氨氮排放量245.7萬t，石油類排放量1.7萬t，此外還有大量各類重金屬排放到水體中[1]。水環(huán)境質(zhì)量評價已經(jīng)成為環(huán)境質(zhì)量評價的重要內(nèi)容。采用科學(xué)合理的評價方法對流域或區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定性和定量描述，闡明水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化趨勢，可以為保護(hù)和合理開發(fā)利用水資源提供科學(xué)依據(jù)。

目前，比較常用的評價方法有水生生物指示法、單因子評價法、綜合污染指數(shù)法和模糊綜合評價法。筆者采用這4種水環(huán)境質(zhì)量評價方法，對穆棱河流域水質(zhì)進(jìn)行評價，并對結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 水環(huán)境質(zhì)量評價依據(jù)和方法

1.1 評價依據(jù) 為客觀反映全國地表水環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢， 2002年國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布《關(guān)于發(fā)布<地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)>的公告》（環(huán)發(fā)[2002]72號），制定了關(guān)于地表水環(huán)境質(zhì)量的國家強制性標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 3838-2002》規(guī)定，地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為5類[2]：Ⅰ類主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；Ⅱ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場等；Ⅲ類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；Ⅳ類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；Ⅴ類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。

1.2 評價方法

1.2.1 水生生物指示法。

在20世紀(jì)德國有兩位科學(xué)家（Kolkwitz和Marsson）提出污染指示生物學(xué)說，將一些水生生物劃分為貧營養(yǎng)型、中營養(yǎng)型、中富營養(yǎng)型和富營養(yǎng)型[3]。后來，又經(jīng)過Liebmann和津田松苗等人的不斷完善，指示生物評價法逐漸被作為評價水質(zhì)污染的標(biāo)準(zhǔn)方法。在《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》中記載：貧營養(yǎng)型湖泊以金藻和黃藻類的浮游植物為主，中營養(yǎng)型湖泊常以甲藻、隱藻和硅藻類為主，富營養(yǎng)型湖泊則以綠藻和藍(lán)藻為主[4]。根據(jù)Shanno-Weaver多樣性指數(shù)（H′），將水污染劃分為重污染（0～1）、中污染（1～3）、輕污染或無污染（>3）。

1.2.2 單因子評價法。為規(guī)范全國地表水環(huán)境質(zhì)量評價工作，2011年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》，對水質(zhì)狀況定性分級做出了詳細(xì)規(guī)定。

1.2.2.1 斷面水質(zhì)評價。河流斷面水質(zhì)評價采用單因子評價法，即根據(jù)評價時段內(nèi)該斷面參評的指標(biāo)中類別最高的一項來確定。描述斷面水質(zhì)類別時，使用“符合”或“劣于”等詞語。斷面水質(zhì)定性評價分為I類、II類、III類、IV類、V類和劣V類。

1.2.2.2 河流水質(zhì)評價。當(dāng)河流、流域（水系）的斷面總數(shù)少于5 個時，計算河流、流域（水系）所有斷面各評價指標(biāo)濃度算術(shù)平均值，然后按照“斷面水質(zhì)評價”方法評價，并指出每個斷面的水質(zhì)類別和水質(zhì)狀況。河流的斷面總數(shù)在5 個（含5 個）以上時，采用斷面水質(zhì)類別比例法，即根據(jù)評價河流、流域（水系）中各水質(zhì)類別的斷面數(shù)占河流、流域（水系）所有評價斷面總數(shù)的百分比來評價其水質(zhì)狀況。

1.2.3 綜合污染指數(shù)法。

水質(zhì)綜合污染指數(shù)是評價水環(huán)境質(zhì)量的一種重要方法，是美國學(xué)者內(nèi)梅羅在《河流污染科學(xué)分析》一書中提出的。綜合污染指數(shù)P表達(dá)式為：

Pi=Ci/Cci

P=1nni=1Pi

式中，Pi為某污染物的單項污染指數(shù)；Ci為某污染物的監(jiān)測值；Cci為某污染物的標(biāo)準(zhǔn)值；n為污染因子個數(shù)。

根據(jù)綜合污染指數(shù)，將水質(zhì)質(zhì)量分為6個等級，即清潔（P<0.2）、尚清潔（0.2≤P<0.4）、

輕度污染（0.4≤P<0.7）、中度污染（0.7≤P<1.0）、重度污染（1.0≤P<2.0）、嚴(yán)重污染（P≥0.2）。

1.2.4 模糊綜合評價法。

水環(huán)境是一種由多介質(zhì)組成的多元體系，涉及到大量的污染因素和變量，具有高度的隨機性、復(fù)雜性和綜合性。此外，水質(zhì)的變化是連續(xù)的，而水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中污染物濃度的表示卻是不連續(xù)的，人為地用特定的分級標(biāo)準(zhǔn)去評價環(huán)境污染程度也是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

自1965年美國控制論專家Zadeh提出模糊集合的概念以來，模糊數(shù)學(xué)得到了前所未有的發(fā)展，同時被廣泛運用于生產(chǎn)實踐中。

通過對水質(zhì)污染因子的分析，分別建立評價因子集、評價集、模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重向量計算，最終確定模糊綜合評價模型為：

B=W·R=

（w1，w2，…，wm）r11r12…r1n

r21r22…r2n

…

rm1rm2…rrn=（b1，b2，…，bn）

建立了模糊綜合評價模型之后，根據(jù)最大隸屬度原則，若bj= max（b1，b2，…，bn），則待評價對象的水質(zhì)級別應(yīng)該為第j類。

2 水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果

2.1 水生生物指示法

2.1.1 浮游植物多樣性指數(shù)。2014年夏季穆棱河干流調(diào)查監(jiān)測共布設(shè)10個斷面，依次為團(tuán)結(jié)水庫壩下、奮斗水庫壩址、青龍山水庫壩址、八面通渠首、城子河渠首、朝陽渠首、湖北閘、入珍寶島保護(hù)區(qū)斷面、入虎口保護(hù)區(qū)斷面、穆棱河口等。調(diào)查期間，穆棱河干流浮游植物經(jīng)鑒定共計6門32種屬。其中，綠藻門的種類最多，為12種屬，占37.5%；硅藻門次之，9種屬，占28.13%；藍(lán)藻門5種屬，占15.63%；金藻門4種屬，共占12.5%；隱藻、裸藻門各1種屬，分別占3.13%。調(diào)查期間，穆棱河干流浮游植物的多樣性指數(shù)在各采樣點間存在差異。Shannon-Weaver指數(shù)為1.11～3.30（表1），7#采樣點最高（3.30），8#采樣點次之（2.85），4#和6#采樣點均較低（1.11和1.56）。依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，除了7#采樣點以外，其他采樣點均處于中污染狀態(tài)。其中，7#采樣點的多樣性指數(shù)最高，說明水質(zhì)好于其他采樣點。

2.1.2 浮游動物多樣性指數(shù)。

2014年夏季調(diào)查期間，穆棱河干流采樣斷面浮游動物經(jīng)鑒定共計4類22種屬。其中，輪蟲種類最多，8種屬，占36.36%；原生動物次之，6種屬，占27.27%；橈足類5種屬，占22.73%；枝角類3種屬，占13.64%。調(diào)查期間，穆棱河干流浮游動物的多樣性指數(shù)在各采樣點間存在差異。Shannon-Weaver指數(shù)為0.81～3.00（表2），7#采樣點最高（3.00），8#采樣點次之（2.56），4#和6#采樣點均較低（0.81和1.26）。依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)，除了7#采樣點以外，其他采樣點均處于中污染狀態(tài)。

2.2 單因子評價法

穆棱河干流水質(zhì)監(jiān)測從奮斗水庫下游4 km的三岔開始，一直到烏蘇里江口。2010～2014年連續(xù)監(jiān)測，水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)按環(huán)境保護(hù)部門標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，上游2個監(jiān)測斷面，中游4個監(jiān)測斷面，下游2個監(jiān)測斷面。采用單因子評價法，對2010～2014年穆棱河流域水質(zhì)進(jìn)行評價（表3）。

單因子評價法表明，2010～2014年穆棱河流域三岔以下至烏蘇里江口分別處于重度、輕度、中度、中度、中度污染狀態(tài)。

2.3 綜合污染指數(shù)法

由表4可知，2010～2014年穆棱河的水質(zhì)基本處于中度和重度污染狀態(tài)。河流的不同區(qū)段表現(xiàn)出一定的差異，上游夏季污染較重，中游和下游春季污染較重，到夏季有所好轉(zhuǎn)?？傮w來說，下游的水質(zhì)要好于上游和中游。

2.4 模糊綜合評價法 由圖1可知，2010～2014年穆棱河流域上游和中游為Ⅳ～Ⅴ類水質(zhì)，下游為Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)，流域基本處于輕度和中度污染狀態(tài)。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)穆棱河的水域功能和水體標(biāo)準(zhǔn)，該水域應(yīng)該屬于Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，即主要適用于集中式生活飲水地表水源地一級保護(hù)區(qū)、珍惜水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場、仔稚幼魚的索餌場等。但是，4種水環(huán)境質(zhì)量評價方法結(jié)果趨于一致，均證明穆棱河流域在不同季節(jié)處于污染狀態(tài)，水質(zhì)類別多數(shù)情況下為Ⅳ～Ⅴ類，個別情況下為Ⅲ類和劣Ⅴ類，已經(jīng)完全超出了該流域應(yīng)該具備的水域功能和水體標(biāo)準(zhǔn)。穆棱河上游和下游處于輕度污染狀態(tài)，中游處于中度污染狀態(tài)，個別時段表現(xiàn)為重度污染。4種水環(huán)境質(zhì)量評價方法實用性都很強，根據(jù)監(jiān)測條件和監(jiān)測目的不同，可以選擇不同的評價方法。但是每種評價方法均表現(xiàn)出各自的特點和側(cè)重，在實際應(yīng)用中要注意其差異性。

3.1 水生生物指示法

水生生物指示法采用單一指標(biāo)對水質(zhì)進(jìn)行評價，在實際應(yīng)用中顯示出其片面性與局限性。因為影響水體中指示生物的因子很多，不同浮游植物對營養(yǎng)元素和不同環(huán)境因子的變化有不同的適應(yīng)能力。有時相同的指示物種可以反映水體不同的污染類型，在實際應(yīng)用中不能僅根據(jù)藻類指示種，或者某一個指示種就輕易作出判斷，應(yīng)該全面考慮整個群落結(jié)構(gòu)組成并結(jié)合其他評價指標(biāo)綜合評價。

3.2 單因子評價法

單因子評價法是利用流域水體水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》基本項目標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對比，確定該斷面水質(zhì)類別，在所有水質(zhì)類別中選取質(zhì)量最差的類別作為評價結(jié)果。在實際使用中，單因子評價法可以簡單直觀地確定水質(zhì)狀況，但有時會導(dǎo)致評價級別過低。如2012年冬末春初，對穆棱河中游評價結(jié)果為劣Ⅴ類水質(zhì)。單因子評價法忽略了水生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，也沒有考慮水環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)性，單純以污染最嚴(yán)重的環(huán)境因子定性評價整體水環(huán)境質(zhì)量，弱化了其他環(huán)境因子。所以，在水環(huán)境質(zhì)量實際評價中還要綜合權(quán)衡其他環(huán)境因子的權(quán)重。

3.3 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)評價法利用水質(zhì)各項監(jiān)測指標(biāo)結(jié)果計算各個污染指標(biāo)的分指數(shù)，然后綜合計算各項污染指標(biāo)的分指數(shù)，得出水體污染的綜合指數(shù)。綜合污染指數(shù)評價法考慮了水環(huán)境的綜合因子，并對水環(huán)境整體情況作出定量描述，同時運用不同的指標(biāo)對水質(zhì)進(jìn)行定性評價，而且計算簡便，便于進(jìn)行時間序列分析。但是，綜合污染指數(shù)法單獨設(shè)立了一套評價體系，有待于與水環(huán)境質(zhì)量統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，基于模糊數(shù)學(xué)理論對水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行總體評價。水環(huán)境污染變化過程是連續(xù)不斷的，與人為制定的水質(zhì)類別存在模糊性，模糊綜合評價法客觀地反映了水體污染變化的不確定性和模糊性。模糊綜合評價法綜合考慮了環(huán)境因子的影響，并以各個污染因子的超標(biāo)程度確定權(quán)重，綜合反映水體污染的程度。但是，與其他評價方法比較，不易確定主要污染因子，降低了水環(huán)境質(zhì)量評價對流域污染治理實踐的可操作性。

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