李佳民，于 婷，鞠永富，3，柴方營，3，于洪賢

(1.黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江大慶163316;2.黑龍江省水利廳，黑龍江哈爾濱150040;3.東北林業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150040)

我國水資源短缺情況較為嚴重，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，但形勢依然非常嚴峻。2013年，全國廢水排放量695.4億t，化學需氧量排放量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。采用科學合理的評價方法對流域或區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量進行定性和定量描述，闡明水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和變化趨勢，可以為保護和合理開發(fā)利用水資源提供科學依據(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)進行評價，并對結(jié)果進行對比分析。

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)境保護總局發(fā)布《關(guān)于發(fā)布＜地表水環(huán)境質(zhì)量標準＞的公告》(環(huán)發(fā)［2002］72號)，制定了關(guān)于地表水環(huán)境質(zhì)量的國家強制性標準。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB 3838－2002》規(guī)定，地表水水域環(huán)境功能和保護目標，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世紀德國有兩位科學家(Kolkwitz和Marsson)提出污染指示生物學說，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)污染的標準方法。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，是美國學者內(nèi)梅羅在《河流污染科學分析》一書中提出的。綜合污染指數(shù)P表達式為:

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為某污染物的標準值;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)標準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準去評價環(huán)境污染程度也是不妥當?shù)?。?965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:

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、入珍寶島保護區(qū)斷面、入虎口保護區(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)評價標準，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)評價標準，除了7#采樣點以外，其他采樣點均處于中污染狀態(tài)。

表1 浮游植物多樣性指數(shù)

表2 浮游動物多樣性指數(shù)

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)測指標按環(huán)境保護部門標準進行。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準，該水域應(yīng)該屬于Ⅱ類標準，即主要適用于集中式生活飲水地表水源地一級保護區(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準。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。

表3 2010～2014年穆棱河流域單因子評價法水質(zhì)評價結(jié)果

表4 2010～2014年穆棱河流域綜合污染指數(shù)

圖1 2010～2014年穆棱河水質(zhì)模糊綜合評價法評價結(jié)果

3.1 水生生物指示法 水生生物指示法采用單一指標對水質(zhì)進行評價，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)測指標與《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》基本項目標準限值進行對比，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)測指標結(jié)果計算各個污染指標的分指數(shù)，然后綜合計算各項污染指標的分指數(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對水質(zhì)進行定性評價，而且計算簡便，便于進行時間序列分析。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)一評價標準。

3.4 模糊綜合評價法 模糊綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學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)學理論對水環(huán)境質(zhì)量進行總體評價。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。

［1］中華人民共和國環(huán)境保護部.2013年環(huán)境統(tǒng)計年報［R］.2013.

［2］中華人民共和國環(huán)境保護部.地表水環(huán)境質(zhì)量標準:GB3838－2002［S］.北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

［3］LIEBMANN H.Handbuch der Frischwasser und Abwasser biologie［M］.Aufl Munchen:Verlag Oldenbourg，Munchen，1951:1 －140.

［4］金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范［M］.2版.北京:中國環(huán)境科學出版社，1990:301 －302.