陳 輝，顧建輝，李治源

（1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

不同水質(zhì)評(píng)價(jià)方法在城市河道水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用比較

陳 輝1，顧建輝2，李治源2

（1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

為研究城市建設(shè)項(xiàng)目施工對(duì)城市河道水質(zhì)的影響，選出科學(xué)合理的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，文章選用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)受城市建設(shè)項(xiàng)目施工影響的河道斷面進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施工前河流水質(zhì)多為Ⅳ和Ⅴ類，施工后水質(zhì)略有變差。其中，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法能對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，客觀準(zhǔn)確地區(qū)分同一類別水體，細(xì)化比較不同水體，對(duì)同一河流斷面施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行縱向比較,對(duì)不同河流斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行橫向比較，且評(píng)價(jià)結(jié)果直觀明了，操作簡(jiǎn)便。因此，5種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法中，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是本研究的最佳選擇。

河流水質(zhì)評(píng)價(jià)；評(píng)價(jià)方法；綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法；城市建設(shè)項(xiàng)目施工

隨著城市化進(jìn)程的加劇，城市建設(shè)項(xiàng)目日益增多，城市建設(shè)項(xiàng)目施工不可避免的會(huì)對(duì)周圍的水環(huán)境造成一定的影響[1-3]，為研究具體的影響情況，必須對(duì)施工前后的河流水質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，而如何評(píng)價(jià)河流水質(zhì)是第一步工作，是水環(huán)境管理的重要基礎(chǔ)，選用科學(xué)合理的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，才能制定出有針對(duì)性的整治規(guī)劃和措施。

目前，國(guó)內(nèi)采用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有單因子評(píng)價(jià)法[4]、指數(shù)評(píng)價(jià)法[5]、模糊評(píng)價(jià)法[6]、灰色評(píng)價(jià)法[7]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8]、綜合污染標(biāo)識(shí)指數(shù)法[9]等。文中選用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)城市建設(shè)項(xiàng)目施工前后的7個(gè)河流斷面水質(zhì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合分析評(píng)價(jià)結(jié)果，為施工前后河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的選取提供參考，并為施工后的水環(huán)境補(bǔ)償措施提供依據(jù)。

1 選用的評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

1.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中規(guī)定的評(píng)價(jià)方法，其基本思想是：將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類別，以最差的水質(zhì)類別作為該水體的評(píng)價(jià)結(jié)果[10-11]。其計(jì)算公式如下：G=max（Gi），Gi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類別。

1.2 綜合污染指數(shù)法

1.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，亦即“灰色關(guān)聯(lián)度”，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。在進(jìn)行河流水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，選擇水體實(shí)測(cè)值作為參考數(shù)列，地表水的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為比較數(shù)列，這樣對(duì)于參考數(shù)列，所求出的五個(gè)關(guān)聯(lián)度中最大關(guān)聯(lián)度所對(duì)應(yīng)比較數(shù)列的級(jí)別，就是待評(píng)價(jià)水體所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)。灰色關(guān)聯(lián)分析法的計(jì)算步驟如下[18-19]：（1）確定比較數(shù)列xi（k）={xi（1），xi（2），…，xi（n）}和參考數(shù)列yi（k）={yi（1），yi（2），…，yi（n）}，xi（k）表示 i級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中第 k項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值，yi（k）表示第 j個(gè)水體樣本中第k項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值；（2）數(shù)列歸一化，為保證各因素具有同序性和等效性，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化和無量綱化，得數(shù)列求差數(shù)列；（4）求關(guān)聯(lián)系數(shù)，其中，ρ取 0.5；（5）求關(guān)聯(lián)度（6）關(guān)聯(lián)度排序。在計(jì)算出的關(guān)聯(lián)度矩陣中找出每行的最大者，即可確定該監(jiān)測(cè)斷面水體所屬的水質(zhì)等級(jí)。

1.5 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)由整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后3～4位有效數(shù)字組成，其表達(dá)式為Iwq=X1·X2·X3·X4，X1為河流的綜合水質(zhì)等級(jí)；X2為水質(zhì)在該類水質(zhì)變化區(qū)間中的位置；X3為參與水質(zhì)評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù)；X4為綜合水質(zhì)等級(jí)與水體功能區(qū)等級(jí)的比較結(jié)果[20]。

表 1 基于綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的綜合水質(zhì)判定

2 應(yīng)用實(shí)例

為研究蘇州軌道交通3號(hào)線施工斷河對(duì)周圍河流水環(huán)境的影響，不僅需要對(duì)同一河流斷面施工前后的水質(zhì)進(jìn)行比較，還需要對(duì)施工周圍不同河流斷面的水質(zhì)進(jìn)行比較，文章通過5種常見河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的研究比較，選出一種適合本研究的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。研究選取4個(gè)施工站點(diǎn)（衡山路站、滄浪新城站、寶帶西路站、群星二路站）所影響的7條河流（環(huán)山河、一號(hào)河、吳宮港、九曲港、中心河、四號(hào)河、通園河）作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，每條河流各設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍涉及蘇州的高新區(qū)、姑蘇區(qū)、吳中區(qū)、工業(yè)園區(qū)，使樣本更具代表性，見圖1。本研究所采用的水質(zhì)數(shù)據(jù)為這7個(gè)斷面2015年1～3月 （未施工前），2015年4～6月（施工后）的平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，選取溶解氧、化學(xué)需氧量、5日生化需氧量、氨氮、總磷5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖 1 施工站點(diǎn)和監(jiān)測(cè)斷面的位置

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 五種評(píng)價(jià)方法的綜合比較

3.1.1 單因子評(píng)價(jià)法 單因子評(píng)價(jià)法根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類別，選取最差的水質(zhì)類別作為該水體的評(píng)價(jià)結(jié)果，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示除了一號(hào)河施工前為Ⅳ類水，其他河流施工前后水質(zhì)級(jí)別都為Ⅴ類，相對(duì)于其他4種評(píng)價(jià)方法過于悲觀，而且未考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的聯(lián)系，不能客觀反映水體的綜合水質(zhì)情況。

3.1.2 綜合污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示水質(zhì)最差斷面為環(huán)山河，一號(hào)河水質(zhì)相對(duì)較好，與其他幾種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果和趨勢(shì)基本一致。由評(píng)價(jià)結(jié)果可知，綜合污染指數(shù)法在進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，其值越大水質(zhì)越差，但數(shù)值大小只能反映水體的相對(duì)污染程度，無法對(duì)斷面水質(zhì)類別進(jìn)行定性判斷。水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)定量值變化較大，這是因?yàn)楫?dāng)某個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)過量超標(biāo)時(shí)，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響比較大。如環(huán)山河施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為30.98和31.98，主要是因?yàn)镹H3-N過量超標(biāo)導(dǎo)致的。

3.1.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法 模糊綜合評(píng)價(jià)法考慮了水環(huán)境系統(tǒng)中的不確定性和模糊性，并對(duì)參與綜合評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重。模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)于單因子評(píng)價(jià)法較好，相對(duì)于灰色關(guān)聯(lián)分析法和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法略差，這是因?yàn)閷?duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重后，超標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水質(zhì)等級(jí)的決定程度較大。結(jié)合綜合評(píng)價(jià)結(jié)果看，該法存在水質(zhì)級(jí)別判斷不準(zhǔn)的情況。如施工前中心河斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果B={0.003 2，0.138 1，0.169 3，0.340 4，0.349 0}，水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)Ⅳ類和Ⅴ類的隸屬度幾乎一樣，這樣會(huì)丟失較多有用信息。該法計(jì)算過程繁瑣，不便于大量數(shù)據(jù)的處理。

3.1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析法 灰色關(guān)聯(lián)分析法的水質(zhì)類別評(píng)價(jià)結(jié)果除個(gè)別點(diǎn)外（施工后的吳宮港斷面）和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法完全一致，由圖2可知，兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢(shì)基本一致?；疑P(guān)聯(lián)分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法一樣也存在水質(zhì)類別判斷不準(zhǔn)的情況，如施工前四號(hào)河的評(píng)價(jià)結(jié)果Rj6={0.52，0.66，0.65，0.68，0.60}。在區(qū)分同一類別的水體時(shí)，模糊綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)隸屬度的大小（如九曲港斷面水質(zhì)施工前對(duì)Ⅴ類的隸屬度為0.77，施工后為0.91）來比較同類別的水體，灰色關(guān)聯(lián)分析法根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大?。ㄈ鐓菍m港斷面水質(zhì)施工前和Ⅳ類的關(guān)聯(lián)度為0.74，施工后為0.78）來比較同類別的水體。但這種區(qū)分同一類別水體的方法不直觀明了，且只能對(duì)同一河流斷面施工前后的水質(zhì)進(jìn)行比較分析，不同河流斷面之間沒有可比性。

3.1.5 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法 根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表2可知，當(dāng)參與綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)水質(zhì)為劣Ⅴ類時(shí)，灰色關(guān)聯(lián)分析法和模糊綜合分析法的評(píng)價(jià)結(jié)果一律為Ⅴ類，不能對(duì)劣Ⅴ類水的細(xì)化比較。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法以單因子指數(shù)法為基礎(chǔ)，解決了水質(zhì)連續(xù)性描述問題，可以對(duì)劣Ⅴ類水進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果更為接近水質(zhì)的真實(shí)情況。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法能對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，也能客觀準(zhǔn)確的區(qū)分同一類別水體，而且同一河流斷面施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果能進(jìn)行縱向比較（如吳宮港施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為4.4和5.2，施工后水質(zhì)變差），不同河流斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果也能進(jìn)行橫向比較（如施工前環(huán)山河和通園河的評(píng)價(jià)結(jié)果分別為8.1和5.7，相比較而言環(huán)山河水質(zhì)較差）。評(píng)價(jià)結(jié)果直觀明了，操作簡(jiǎn)便。

圖 2 5種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果

表 2 5種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

根據(jù)上述比較分析，將5種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的特征進(jìn)行歸納，結(jié)果見表3。

表 3 5種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的特征

3.2 施工前后綜合比較

從表2和圖2中各種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果來看，各河流斷面的水質(zhì)都有所變差。單因子評(píng)價(jià)法施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果除一號(hào)河外沒有變化，都是Ⅳ類水，因此這種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果很難反映出施工前后的水質(zhì)變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評(píng)價(jià)結(jié)果直觀的看出施工前后水質(zhì)的變化情況，但不能給出施工前后水質(zhì)等級(jí)的變化；模糊綜合評(píng)價(jià)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法能通過水質(zhì)級(jí)別看出水質(zhì)的變化情況，但當(dāng)施工前后水質(zhì)都為同一類水時(shí)，對(duì)比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法能通過定性和定量?jī)蓚€(gè)方面對(duì)同一河流斷面施工前后的水質(zhì)作出全面的評(píng)價(jià)，不同的河流斷面之間也能進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)結(jié)果直觀明了，易于分析，見圖3。施工前后，環(huán)山河和通園河的水質(zhì)變化不大，主要因?yàn)榄h(huán)山河周圍河流眾多，施工并未阻止環(huán)山河與外界水系的溝通，通園河斷面施工處增加了涵管，左右水系仍有溝通，因此軌道交通施工對(duì)這兩條河流水質(zhì)的影響不顯著。

圖 3 施工前后水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)語

河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法眾多，每種評(píng)價(jià)方法各有特色，適用條件也有所差異，評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)根據(jù)水體的實(shí)際情況來選擇最佳的評(píng)價(jià)方法?；诖?，文中選用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)城市建設(shè)項(xiàng)目施工斷河前后的7個(gè)河流斷面進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)方式簡(jiǎn)單，但評(píng)價(jià)結(jié)果很難反映施工前后的水質(zhì)變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評(píng)價(jià)結(jié)果直觀的看出施工前后水質(zhì)的變化情況，但不能給出施工前后水質(zhì)等級(jí)的變化；模糊綜合評(píng)價(jià)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法能通過水質(zhì)級(jí)別看出水質(zhì)的變化情況，但當(dāng)施工前后水質(zhì)都為同一類水時(shí)，對(duì)比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；相比之下，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法能對(duì)水質(zhì)進(jìn)行定性和定量的評(píng)價(jià)，客觀準(zhǔn)確地區(qū)分同一類別水體，能對(duì)劣Ⅴ類水進(jìn)行細(xì)化比較，同一河流斷面施工前后的評(píng)價(jià)結(jié)果能進(jìn)行縱向比較，不同河流斷面的評(píng)價(jià)結(jié)果也能進(jìn)行橫向比較，且評(píng)價(jià)結(jié)果直觀明了，操作簡(jiǎn)便。

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Comparison of application of different water quality evaluation methods in urban river water quality assessment

CHEN Hui1,GU Jianhui2,LI Zhiyuan2

（1.Suzhou Rail Transportation Group Co.,Ltd,Suzhou 215004,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China)

In order to study the influence of the construction of urban construction projects on the water quality of urban river and select the scientific and reasonable method for the river water quality assessment,different methods such as the single factor evaluation,the comprehensive pollution index,the fuzzy comprehensive evaluation,the grey correlation analysis and the comprehensive water quality identification index were used to assess the water quality of typical section of the river influenced by the construction of urban construction projects. Comparative evaluation results show that river water quality mostly belongs to IV and V before construction and deteriorates slightly after construction.Among the methods,the comprehensive water quality identification index can be used for qualitative and quantitative evaluation of water quality,distinguishes the same type of water body objectively and accurately,and compares in detail different kinds of water,making longitudinal comparison of evaluation results before and after construction of the same river section and horizontal comparison of the evaluation results of different river sections.The evaluation results are intuitive and clear,and the evaluation is easy to operate.Therefore,the comprehensive water quality identification index method is the best choice in the five kinds of evaluations on river water quality in this study.

river water quality evaluation;evaluation method;comprehensive water quality identification index method;construction of urban construction projects

X824

A

2096-3270（2017）01-0042-05

（責(zé)任編輯：經(jīng)朝明）

2016-10-31

江蘇省水利科技項(xiàng)目（2014060）；蘇州市水利科技項(xiàng)目（SZZG06YJ1030010）

陳 輝（1984-），男，陜西蒲城人，中級(jí)工程師，碩士。