劉麗萍，于 洋，張 宇，黃麗娟

1.昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南 昆明 650028 2.中國環(huán)境監(jiān)測總站,國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

滇池水環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標優(yōu)選

劉麗萍1，于 洋2，張 宇1，黃麗娟1

1.昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南 昆明 650028 2.中國環(huán)境監(jiān)測總站,國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

在研究2000—2014年滇池流域水污染排放的時空變化、水環(huán)境質(zhì)量時空變化和生態(tài)環(huán)境時空演替基礎上，結合滇池目前水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測工作要求，采用模型計算、指標特性分析、專家調(diào)查等方法，篩選出36個評價指標，分別表征滇池水環(huán)境質(zhì)量的物理、化學、生物、營養(yǎng)、重金屬、有機污染等特性，將滇池湖體4個監(jiān)測點位優(yōu)選出的評價指標監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入水生態(tài)健康評價系統(tǒng)。結果表明，優(yōu)選指標和評價體系能全面、準確、宏觀地反映滇池水環(huán)境質(zhì)量狀況。將滇池評價指標由現(xiàn)有的94個壓縮至36個，極大節(jié)省人力、物力，且更符合滇池水環(huán)境特點。

水環(huán)境質(zhì)量綜合評價；指標優(yōu)選；滇池

滇池流域水環(huán)境及污染源監(jiān)測自20世紀80年代初期至今，均為濃度監(jiān)測，監(jiān)測指標主要為《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)中基本項目，評價指標與監(jiān)測指標基本一致。滇池現(xiàn)有水環(huán)境質(zhì)量評價指標存在重點不突出、關鍵指標選擇不合理、重要指標缺漏、評價標準不科學等問題。要準確反應滇池水環(huán)境質(zhì)量狀況和發(fā)展趨勢，必須進行指標優(yōu)選。本研究在現(xiàn)有監(jiān)測項目的基礎上，根據(jù)滇池特點和污染現(xiàn)狀，從生態(tài)健康評價角度進行評價指標篩選，為滇池污染防治、環(huán)境監(jiān)測工作提供有力的技術支持。

滇池屬高原缺水性湖泊，20多年來受生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)面源排水影響，水質(zhì)不斷惡化、生態(tài)功能嚴重退化，富營養(yǎng)化問題十分突出，同時存在重金屬、有機污染潛在風險。滇池經(jīng)多年治理，城鎮(zhèn)生活污水中污染物的輸入基本得到控制，工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)面源污染輸入基本穩(wěn)定，滇池將來的污染治理方向是水體及底質(zhì)中營養(yǎng)元素和有毒物質(zhì)的去除。因而生態(tài)健康評價目標包含水環(huán)境、沉積物環(huán)境，其中水環(huán)境評價指標為營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬、生物、有機物、理化指標，沉積物評價指標為重金屬、生物及有機指標。

1 指標優(yōu)選

評價指標優(yōu)選以現(xiàn)有監(jiān)測指標為基礎，結合2000—2014年，滇池流域污染源排放、水環(huán)境質(zhì)量變化、水生態(tài)環(huán)境、水文資源等變化情況及滇池水污染特點、生態(tài)環(huán)境演替規(guī)律等，篩選能反映滇池流域水生態(tài)環(huán)境健康狀況的關鍵指標，補充缺漏指標。篩選遵循指標指示性、獨立性、顯著性和數(shù)據(jù)可得性原則。其中，指標的獨立性有助于避免或消弱統(tǒng)計相關性較高的指標在綜合評估時的放大作用[1]，獨立性則能顯著表征時間分異性，針對性地反映水環(huán)境健康狀況的演變趨勢[2]。

指標優(yōu)選基于多元統(tǒng)計理論，通過14年來24個常規(guī)評價指標之間的相關性，初步篩選出具有代表性、獨立性的指標。本研究采用Pearson相關系數(shù)法識別各輸入指標的相關性，深入研究指標間的物理、化學、生物特性，結合專家咨詢意見，完成指標優(yōu)選工作。

1.1 水環(huán)境理化評價指標

反映水體物理性質(zhì)的理化指標有水溫、pH、電導率、透明度(SD)、色度，其中水溫與水體的理化性質(zhì)密切相關，直接影響水體中溶解性氣體(如O2、CO2等)的溶解度和水中生物、微生物的活動；色度表征改變投射可見光光譜組成性質(zhì)，受水體中的腐殖質(zhì)、泥土、浮游生物、鐵(Fe)、錳(Mn)等金屬離子著色影響大，導致監(jiān)測結果偏離；透明度是水體的澄清程度，影響水體透光能力，與下層水體中生物生存直接相關；pH是水體中氫離子活度的負對數(shù)，天然水體中pH多在6～9，也是大多數(shù)生物生長繁殖比較適宜的范圍；電導率表征水體傳導電流的能力，值取決于水體中離子的性質(zhì)、濃度、溫度、黏度[3]。

物理指標分別表征水體的不同性質(zhì)，其中懸浮物(SS)、色度、電導率等指標與營養(yǎng)類指標、鹽類指標等均顯著相關，用其他指標表征。水溫與溶解氧(DO)顯著相關，用DO表征。研究選擇pH、SD為物理評價指標，與美國物理評價指標[4](水溫、pH、濁度、鹽度)有一定差異。

根據(jù)指標性質(zhì)、相關性等因素進行指標優(yōu)選，理化指標優(yōu)選結果見表1。

表1 理化指標優(yōu)選情況

1.2 水環(huán)境營養(yǎng)指標

滇池屬嚴重富營養(yǎng)化湖泊，近10余年來，水質(zhì)狀況與社會、經(jīng)濟發(fā)展密切相關[4]，磷(N)、氮(P)污染格外顯著，目前草海持續(xù)為重度富營養(yǎng)化，外海穩(wěn)定為中度富營養(yǎng)化，CODMn、CODcr、TP、TN、氨氮(NH3-N)、BOD5等指標遠超Ⅴ類水標準。營養(yǎng)鹽及有機污染綜合指標主要有DO、CODcr、CODMn、BOD5、TOC、P、N等，其中CODcr、CODMn反映水體受還原性物質(zhì)污染的程度。

反應水體氮濃度水平的評價指標TN、NH3-N、NH3-N-)、亞硝酸鹽氮(NH2-N-，彼此均顯著相關。指標特性分析結果表明，4個指標中只有TN能全面反映水體中N濃度水平，因此選擇TN作為評價指標。

CODMn、CODcr均為反映水體受還原性物質(zhì)污染程度指標，其中CODcr側(cè)重評價生產(chǎn)廢水排放影響，CODMn側(cè)重生活、農(nóng)業(yè)污水影響。滇池水環(huán)境主要污染源為生活污水和農(nóng)業(yè)面源，選擇CODMn作為評價指標。DO反映水體中O2濃度水平指標，同時DO也是表征水體中生物生長繁殖環(huán)境的重要指標，與水溫、有機和無機還原性物質(zhì)濃度顯著相關，選為表征指標之一。TOC表征水體中有機物質(zhì)總量水平，其與N類指標、CODMn、CODcr、chla等指標顯著相關，用TN、BOD5、CODMn等指標表征。BOD5表征水體中微生物能分解的水體中可氧化物質(zhì)的濃度水平，其與除TP外的營養(yǎng)指標顯著相關，但側(cè)重表征水體中可生物氧化物質(zhì)的濃度，入選為評價指標。

美國湖泊水庫營養(yǎng)物質(zhì)的指標為TP、TN、葉綠素a、藻生物量、SD[8],其中chla、藻生物量也是生物指標，將在生物類指標中優(yōu)選；SD作為物理指標已入選。最終選定的營養(yǎng)指標為DO、CODMn、TP、TN、BOD5，入選指標比美國湖泊水庫營養(yǎng)指標多了DO、CODMn、BOD5。營養(yǎng)指標優(yōu)選結果，詳見表2。

表2 營養(yǎng)指標優(yōu)選情況

注：“—”表示沒有顯著相關因子或相關因子。下同。

1.3 水環(huán)境生物指標

美國生物類評價指標有著生硅藻、浮游植物(藻類)、浮游動物、底棲大型無脊椎動物、chla、入侵物種等，滇池歷年來的生物監(jiān)測指標有藻生物量、chla、浮游植物、浮游動物、底棲，與美國評價指標相比，少了入侵物種和著生硅藻兩個指標。滇池自20世紀80年代以來不斷有入侵物種引入，因為人為干預較多，入侵物種的種類和數(shù)量變化較大，難以界定其影響，專家意見不作為評價指標進入評價體系。自20世紀80年代以來，滇池污染嚴重，藻類主要以微囊藻為主[8]，且缺乏生硅藻監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此該指標暫不入選評價指標。

研究選擇浮游植物、浮游動物、chla作為水環(huán)境評價指標，底棲作為沉積物生物評價指標。篩選結果見表3。

表3 生物指標優(yōu)選情況

1.4 水環(huán)境重金屬指標

美國湖泊評價指標系統(tǒng)沒有納入重金屬，國外影響較大的國家也未將重金屬納入評價體系，國內(nèi)已有的河湖健康評價中也未將重金屬納入體系。

重金屬主要來自自然界天然背景值和人類生產(chǎn)、生活，重金屬易在生物體內(nèi)富集，且不易降解，具有強致癌、致畸、致突變作用，是具有潛在危害的重要污染物[1]。滇池水體重金屬檢測指標有銅(Cu)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、砷(As)等，濃度基本在方法檢出限以內(nèi)，但滇池底質(zhì)中重金屬含量較高，特別是As、Pb、Cu等，存在底質(zhì)釋放污染風險[2]，專家建議上述重金屬均入選評價指標。

1.5 水環(huán)境無機陰離子指標

表4 無機陰離子指標優(yōu)選情況

注：表中“—”表示沒有顯著相關因子或相關因子。

1.6 水環(huán)境有機物

滇池受人類活動影響巨大，每天有大量處理過的污水排入滇池，部分入滇河道流經(jīng)農(nóng)業(yè)種植區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染影響較大[9]。隨著新物質(zhì)、新材料產(chǎn)品不斷進入日常生活和農(nóng)藥、化肥中，這些物質(zhì)也將不斷隨著生活污水、入滇河道進入滇池和飲用水源中，因此對滇池和飲用水源地中有機物濃度的關注是必要的。另外，滇池藍藻常年爆發(fā)，藻毒素指標需納入監(jiān)測。結合專家意見，選擇多氯聯(lián)苯(PCB)[10]、酚類內(nèi)分泌物(BPA)、多環(huán)芳烴(PAH)、有機氯農(nóng)藥、有機磷化合物、藻毒素等作補選評價指標。

1.7 沉積物

沉積物主要來自水體和流域來水中顆粒物質(zhì)的沉積、底棲生物等。滇池底質(zhì)監(jiān)測結果表明，底質(zhì)中Hg、Cd等重金屬含量較高，存在較大生態(tài)風險[11]；底質(zhì)碳(C)、N、P含量較高，且存在較大的C、N、P釋放風險[12]；底質(zhì)中持久性有機物(PCB、PAH)含量較水體高，更能表征滇池受有機污染的程度，結合專家意見，沉積物環(huán)境評價指標為重金屬(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As)、營養(yǎng)物質(zhì)(TN、TP、有機質(zhì))、有機物(PCB、PAH)和底棲。

2 結果與討論

2.1 優(yōu)選結果

運用相關性分析、指標特性分析，結合專家意見，共優(yōu)選出36項評價指標，如表5所示。其中，水環(huán)境評價指標23項，沉積物環(huán)境指標13項，較現(xiàn)有監(jiān)測指標(湖泊)減少了58項。凸顯了滇池水環(huán)境、沉積物環(huán)境生物指標、有機污染指標和重金屬指標重要性，簡化了理化指標、營養(yǎng)指標，更符合滇池實際。

表5 基于AHP法水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標

2.2 結果驗證

指標優(yōu)選的最終目的是建立滇池水環(huán)境健康度(EHCI)評價體系。為驗證優(yōu)選指標的合理性，將滇池EHCI指數(shù)與現(xiàn)行評價法水污染指數(shù)(WPI)法和富營養(yǎng)指數(shù)法進行比較。WPI法和富營養(yǎng)指數(shù)法屬越小越好型指標，EHCI指數(shù)屬越大越好型指標。

結果驗證選擇斷橋、草海中心、白魚口、觀音山中4個點位，其中斷橋和草海中心測點處于污染較重的草海。自2011年以來，各種工程措施相繼上馬，對草海水環(huán)境質(zhì)量影響較大，作為驗證點位更有說服力；白魚口測點位于滇池外海西部，受生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)污染源影響小，屬水文情勢變化相對較小區(qū)域；觀音山中測點位于滇池外海中部，水溫情勢相對穩(wěn)定，屬于2013年后牛欄江調(diào)水工程影響范圍內(nèi)，選擇白魚口和觀音山中作為驗證點位，較有代表性。將2011—2014年4個驗證點位數(shù)據(jù)輸入健康度評價體系，計算結果EHCI指數(shù)與現(xiàn)有評價結論進行比較驗證。

斷橋測點EHCI指數(shù)與WPI指數(shù)變化趨勢一致，但與富營養(yǎng)指數(shù)變化趨勢有一定差異。斷橋測點受滇池治理措施影響較大，特別是撈藻、控藻措施有力，致使個別富營養(yǎng)指示指標與實際情況有差異。EHCI指數(shù)法變化趨勢相較現(xiàn)行兩種評價方法平穩(wěn)，也能表征水環(huán)境質(zhì)量變化。見圖1。

草海中心測點位于草海中部，水環(huán)境相對斷橋穩(wěn)定。2011—2014年EHCI指數(shù)和富營養(yǎng)指數(shù)變化不大，表明草海中心水環(huán)境質(zhì)量相對穩(wěn)定；WPI指數(shù)呈上升趨勢，表明草海中心測點水環(huán)境質(zhì)量呈惡化趨勢。評價期間，草海經(jīng)各種工程措施治理后，藍藻爆發(fā)情況有好轉(zhuǎn)，N、P等濃度穩(wěn)中有降，透明度等物理指標逐漸好轉(zhuǎn)，因此EHCI指數(shù)和富營養(yǎng)指數(shù)評價結果相對客觀。詳見圖2。

圖1 斷橋水質(zhì)變化趨勢

圖2 草海中心水質(zhì)變化趨勢

2011—2014年，白魚口測點EHCI指數(shù)與WPI指數(shù)、富營養(yǎng)指數(shù)變化趨勢基本一致。白魚口位于滇池外海西部，受生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)污染影響小，為外海水環(huán)境質(zhì)量相對較好區(qū)域，EHCI指數(shù)法、WPI指數(shù)法、富營養(yǎng)指數(shù)法評價結果與白魚口實際情況較相符。詳見圖3。

圖3 白魚口水質(zhì)變化趨勢

2011—2014年，觀音山中測點EHCI指數(shù)與WPI指數(shù)變化趨勢一致，其變化較富營養(yǎng)指數(shù)大。2013年后，滇池外海啟動牛欄江調(diào)水工程，經(jīng)大量清潔水補充、置換后，滇池外海水生態(tài)環(huán)境逐步好轉(zhuǎn)，生物多樣性呈增加趨勢。因此，EHCI指數(shù)評價結果能反應滇池外海水環(huán)境變化。詳見圖4。

圖4 觀音山中水質(zhì)變化趨勢

綜上所述，ECHI指數(shù)評價結果與現(xiàn)有評價方法、結果基本相符，能反映斷橋、草海中心、白魚口、觀音山監(jiān)測點水環(huán)境質(zhì)量變化，說明優(yōu)選的評價指標及體系能滿足滇池水環(huán)境綜合評價要求。

3 結論

根據(jù)滇池污染狀況、水文、地質(zhì)、氣候特點，在《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)要求監(jiān)測指標基礎上，結合其特性進行篩選，并補充缺漏指標，共優(yōu)選出36項指標，較現(xiàn)有要求監(jiān)測指標減少了58項，凸顯了滇池水環(huán)境、沉積物環(huán)境生物指標、有機污染指標、重金屬指標重要性，簡化了理化指標、營養(yǎng)指標，既能綜合評價滇池水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，又減少了工作量，更符合滇池實際情況。經(jīng)EHCI指數(shù)計算驗證，EHCI指數(shù)評價結果與滇池污染現(xiàn)狀較相符，與現(xiàn)有綜合評價方法、結論基本相符，優(yōu)選的評價指標及體系能滿足滇池水環(huán)境綜合評價要求。

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Index Optimization for Comprehensive Evaluation of Water Environmental Quality in Dianchi Lake

LIU Liping1，YU Yang2，ZHANG Yu1，HUANG Lijuan1

1.Kunming Environmental Monitoring Centre, Kunming 650028, China 2.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

This study mainly investigated the temporal and spatial variation of water pollution discharge, water environmental quality and ecological environment in Dianchi Lake in 2000—2014, and also considering the current monitoring requirements of the water environmental quality standards, 36 evaluation indexes were screened based on the model calculations, index characteristics analysis and expert consultations, etc. Those indexes demonstrated respectively the physical, chemical, biological, nutritional, heavy metal, and organic pollutant of water environmental quality in Dianchi Lake. To further demonstrate the feasibility of this evaluation system, the data of four samples taken from different locations of Dianchi Lake have been validated. The results showed that optimized standards and the constructed evaluation system could completely and accurately reflect local water environmental quality conditions. This study compressed the number of Dianchi Lake evaluation indexes from 94 to 36, which helps to save significant human resources, materials cost, and more accurately reflect the water environmental quality characteristics of Dianchi Lake.

comprehensive evaluation of water environmental quality；index optimization；Dianchi Lake

2015-09-16;

2015-10-28

國家水體污染控制與治理科技重大水專項“滇池流域水環(huán)境綜合管理支撐技術研究與平臺建設課題”(2010ZX07102-006)

劉麗萍(1973-)，女，云南宣威人，碩士，高級工程師。

X820.3

A

1002-6002(2016)06- 0007- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.02