張 璘，嵇曉燕，王 華，徐 亮，劉 雷，金浩波，劉倩倩

1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036 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

為貫徹國務(wù)院《水污染防治行動計劃》《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》監(jiān)測體制垂管要求，省一級環(huán)保部門需要自上而下建立評價地級市水質(zhì)情況的監(jiān)測與考核體系，確?！罢l考核、誰監(jiān)測”，從而避免一些地區(qū)主觀選取水質(zhì)較好的斷面監(jiān)測、弱化水質(zhì)類型均衡性(地表水、地下水等)的傾向，更好地監(jiān)督地方治水履責(zé)，更好地統(tǒng)一評價區(qū)域和城市水質(zhì)，需建立一套評價各類要素、較好代表各地區(qū)水質(zhì)情況的監(jiān)測技術(shù)方法。通常情況下，水質(zhì)監(jiān)測斷面按照“控制、對照、削減”要求設(shè)置，此外，學(xué)術(shù)界還采用模糊聚類分析法和經(jīng)驗公式法[1]、主成分分析法[2-3]、多目標(biāo)決策分析法[4]、遺傳算法[5]、最優(yōu)分割法[6]、物元分析法[7]、動態(tài)貼近度法[8]等，通過求解最優(yōu)解，減少監(jiān)測成本(求最少監(jiān)測點位)，從而達到優(yōu)化調(diào)整目的。例如，連曉峰等[9]利用綜合分層聚類(CHC)技術(shù)將北京市北海等5個不同水域15個斷面優(yōu)化為12個斷面，蔣艷君等[10]利用改進TOPSIS技術(shù)將浦陽江9個斷面優(yōu)化為7個，崔海波等[11]應(yīng)用動態(tài)貼近度法將山東省徒駭河13個斷面優(yōu)化為8個，均把若干個水質(zhì)變化規(guī)律一致的斷面合并為一個斷面，但上述方法不足之處是斷面數(shù)量的增減會由于斷面水質(zhì)的優(yōu)劣差異而影響城市水質(zhì)考核排名。不同城市之間，由于水資源存在豐水期和枯水期的差異，也容易造成不同城市之間水質(zhì)評價結(jié)果缺少可比性，如王中平等[12]介紹河南省要求在流域面積大于1 000 km2河流上設(shè)置省控斷面，白亮[13]根據(jù)水系柘撲圖由流域面積、河道長度等指標(biāo)確定福建省閩江流域監(jiān)測控制級別等。本文介紹了江蘇省環(huán)境監(jiān)測部門自上而下設(shè)置多種水環(huán)境要素的水環(huán)境監(jiān)測斷面(點位)的技術(shù)方法，希望為建立垂直管理、采測分離、責(zé)權(quán)利互相監(jiān)督、互相制約的新型環(huán)境監(jiān)測體制提供良好參考。

1 江蘇省水質(zhì)監(jiān)測斷面調(diào)整情況介紹

1.1 斷面調(diào)整基本技術(shù)原則

適應(yīng)當(dāng)前“國家監(jiān)測事權(quán)上收”、“省以下環(huán)境監(jiān)測垂直管理”形勢要求[14-15]，江蘇省提出8個調(diào)整技術(shù)原則：①自上而下原則，即事先不征求地方意見，直接由省級部門提出設(shè)置方案，再進行論證，通過后即正式執(zhí)行，即“誰考核，誰監(jiān)測，誰設(shè)斷面”；②要素全覆蓋原則，斷面覆蓋環(huán)境地表水、飲用水、城市內(nèi)河、地下水和近岸海域等5類要素；③分類控制原則，將地表水河道分流域性、區(qū)域性、重要縣域和跨縣河道3類，地下水、飲用水、近岸海域也分別劃分為不同類型；④行政負責(zé)原則，行政區(qū)域統(tǒng)一在交界處設(shè)置出、入境斷面；⑤以人為本原則，在與居民生活密切相關(guān)城市內(nèi)河、飲用水源地上設(shè)監(jiān)測點；⑥重點突出原則，城市主要排污通道、易造成污染糾紛區(qū)域的下游設(shè)置重點監(jiān)控點位；⑦數(shù)量均衡原則，市(縣)最少設(shè)置6個以上的水質(zhì)監(jiān)測點位，不同城市的水質(zhì)斷面數(shù)量大致相等；⑧注重效率原則，力求以較少的點位獲取最能夠代表所在水系或區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量的樣品。

1.2 河道斷面設(shè)置原則和結(jié)果

將江蘇省三大流域分為8個流域分區(qū)(圖1)，并在流域分區(qū)的流域性骨干河道、區(qū)域性骨干河道上設(shè)置出入境、跨市交界，城市河段超過50 km以上則設(shè)置中段控制斷面。按照水利部和江蘇省政府文件規(guī)定，流域性骨干河道是指跨流域的干流、行洪通道、重要的一級支流，南水北調(diào)、引江濟太等重要匯水通道，長度通常大于100 km，流域(匯水)面積大于1 000 km2；區(qū)域性骨干河道是指跨省、跨市的區(qū)域性主要河道，長度通常大于50 km，流域(匯水)面積大于500 km2。經(jīng)過研究，共設(shè)置343個斷面(點位)，不同分區(qū)所轄區(qū)域及其覆蓋的城市參見表1。

圖1 江蘇省地表水水系及分區(qū)示意圖Fig.1 Surface water system and water basin’s division in Jiangsu province

分區(qū)號所轄區(qū)域流域性河道數(shù)量區(qū)域性河道數(shù)量流經(jīng)城市1南四湖湖西區(qū)、駱馬湖以上中運河兩岸區(qū)及沂北區(qū)927徐州、連云港、宿遷2沂南區(qū)、廢黃河區(qū)及渠北區(qū)611宿遷、鹽城3洪澤湖周邊及以上區(qū),白馬湖、高寶湖區(qū)713徐州、宿遷、淮安、揚州4里下河區(qū)439淮安、鹽城、揚州、泰州、南通5蘇北沿江區(qū)、滁河區(qū)、秦淮河區(qū)及石臼湖固城湖區(qū)511南京、揚州、鎮(zhèn)江6長江蘇北沿江區(qū)112揚州、泰州、南通、鹽城7太湖西岸區(qū)242無錫、常州、蘇州、鎮(zhèn)江8陽澄淀泖區(qū)及浦南區(qū)218無錫、蘇州

1.3 湖泊測點設(shè)置原則和結(jié)果

根據(jù)《中國湖泊志》，江蘇省共有103個面積大于1 km2的湖庫，其中大型湖泊9個，中型湖泊12個，小型湖泊82個。水庫容量在0.1億m3以上的中型水庫共46個。大型湖泊每100 km2設(shè)1個點，中型湖泊以及水庫設(shè)置1～2個測點，跨行政區(qū)域的大型湖泊每個行政區(qū)域水面至少設(shè)置1個點，經(jīng)過研究，共設(shè)置66個點。小型湖泊斷面測點由地方設(shè)置。

1.4 地下水測點設(shè)置原則和結(jié)果

地下水按埋藏條件，可分為包氣帶水、潛水及承壓水；按含水介質(zhì)類型，可分為孔隙水、裂隙水及巖溶水。本次點位調(diào)整根據(jù)江蘇省的水文地質(zhì)特點，將地表以下60 m內(nèi)地下水定義為淺層地下水，埋深大于60 m的地下水定義為深層地下水。本次調(diào)整工作要求在各個水文地質(zhì)分區(qū)都至少設(shè)置1個深層地下水，測點落在哪個城市，則該測點參與該市評價；每個市行政區(qū)域至少設(shè)置1個淺層地下水點，確保不同城市之間具有相同的地下水可比性；共劃分為4個水文地質(zhì)大區(qū)、19個水文地質(zhì)亞區(qū)，設(shè)19個深層地下水點，而13個市、44個縣、18個區(qū)至少設(shè)1個淺層地下水點，共計82個點。詳見圖2。

圖2 地下水分區(qū)示意圖Fig.2 Schematic diagram of groundwater monitoring zone

1.5 城市內(nèi)河斷面(點位)設(shè)置原則和結(jié)果

根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知》，城市分為5個等級，同時江蘇省環(huán)保廳流域管理部門要求，在不同規(guī)模城市中設(shè)置不同數(shù)量的內(nèi)河斷面，斷面位置需要設(shè)在城市中心區(qū)、人口密集區(qū)城市內(nèi)河上(表2)，經(jīng)過研究，全省共計設(shè)置城市內(nèi)河斷面106個。

表2 城市規(guī)模和設(shè)置內(nèi)河斷面數(shù)量對應(yīng)關(guān)系Table 2 The correspondence of urban size and amount of urban river monitoring sites

1.6 飲用水源地測點設(shè)置原則和結(jié)果

基本原則：①以省政府批復(fù)認定的115個集中式水源地為基礎(chǔ)，對近年來各地實際調(diào)整的水源地進行增減；②實現(xiàn)江蘇省各縣市區(qū)水源地監(jiān)測的全覆蓋，除部分采用“區(qū)域供水”縣市區(qū)以外，其余各地集中式飲用水源地均要開展監(jiān)測；③備用水源地(同一水系)可不設(shè)點，但是區(qū)別于現(xiàn)有集中式水源地所在水系的備用水源地應(yīng)當(dāng)增設(shè)；④分散供水的縣市區(qū)優(yōu)選最大的水源地設(shè)置飲用水質(zhì)測點。按照以上原則，在江蘇省設(shè)水源地測點115個(含15個備用水源地)，取水量總計超1 500萬t/d，水源地集中供水人口達5 200萬人。

1.7 近岸海域測點設(shè)置原則和結(jié)果

基本原則：①監(jiān)測點位要能夠科學(xué)表示江蘇海岸和近海的水域功能和水質(zhì)情況，合理評價近岸海域基本海洋功能區(qū)水質(zhì)，為發(fā)展海洋經(jīng)濟、實施沿海地區(qū)發(fā)展提供科學(xué)支撐；②在分析評價用海必要性和自然條件適宜性的基礎(chǔ)上，合理設(shè)置海洋監(jiān)測點位，統(tǒng)籌不同用途海水水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)方法，優(yōu)化點位布局，配合海洋開發(fā)利用；③通過設(shè)置環(huán)境監(jiān)測點位，加強近岸海域水質(zhì)監(jiān)管，改善海洋生態(tài)環(huán)境，加強水生生物資源保護；④基巖海岸、砂質(zhì)海岸等近海監(jiān)測點一般不做太大的調(diào)整，淤泥質(zhì)海岸要及時根據(jù)陸基線適當(dāng)外移；⑤港口航運區(qū)、工業(yè)與城鎮(zhèn)用海功能區(qū)海水水質(zhì)監(jiān)測點要適當(dāng)遠離陸基工業(yè)、生活、移動污染源；⑥海洋浴場監(jiān)測點位要盡量靠近浴場中心區(qū)域；⑦近岸海域水質(zhì)監(jiān)測點位要能夠保證當(dāng)海水退潮后，測點所在位置的海平面距離海底仍然有超過5 m以上的深度；⑧各縣市海岸線長度超過30 km的縣市，在5 km海域內(nèi)設(shè)置1個陸域污染海水監(jiān)測點。經(jīng)研究，在江蘇省近岸海域共設(shè)置31個海洋監(jiān)測點。

2 代表性分析

2.1 地表水?dāng)嗝嬲{(diào)整前后水質(zhì)綜合指數(shù)離散程度分析

2.1.1 斷面水質(zhì)總體情況

為比較調(diào)整前后不同區(qū)域、城市之間的水環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果，對調(diào)整前478個省級地表水評價考核斷面以及調(diào)整后的380個環(huán)境地表水評價考核斷面、106個城市內(nèi)河斷面的水污染綜合指數(shù)(WQI)進行綜合比較，重點分析調(diào)整前后WQI的極差、標(biāo)準(zhǔn)差以及中位數(shù)、平均值、最小值等，其中，極差表示W(wǎng)QI最大斷面和最小斷面之間的區(qū)間跨度，標(biāo)準(zhǔn)差是調(diào)整前后各個斷面WQI與平均值差的平方和后開方所得結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)差越大，其斷面體系的離散程度越大，以上指標(biāo)是最常用的反映隨機變量分布離散程度的指標(biāo)，其計算公式：

(1)

(2)

式中：P表示各斷面水污染物的WQI指標(biāo)；Ci表示第i項污染物的年均值；C0表示第i項污染物在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中的Ⅲ類濃度限值；Pi表示第i項污染物的污染指數(shù)，n表示江蘇省地表水點位調(diào)整前后的點位數(shù)量；k表示《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中參與評價項目的個數(shù)，由于pH、水溫不參與評價，這里k的數(shù)量為22，城市內(nèi)河評價項目為11項。將2016年水質(zhì)結(jié)果代入到調(diào)整前、調(diào)整后不同地區(qū)水質(zhì)監(jiān)測名單中，計算調(diào)整前后不同地區(qū)WQI，結(jié)果見表3。

表3 不同地區(qū)水質(zhì)離散程度統(tǒng)計表Table 3 The dispersion degree of water quality in different regions

注：糞大腸菌群指標(biāo)參與計算。

由表3可見，在開展調(diào)整前，江蘇省內(nèi)不同區(qū)域和城市的WQI差異較大，這體現(xiàn)在2個方面：①蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)極差分別為41.03、1.34、32.42；②蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)斷面WQI的標(biāo)準(zhǔn)差分別為3.87、0.26、3.08。蘇南、蘇北地區(qū)指數(shù)極差和標(biāo)準(zhǔn)差高于蘇北地區(qū)，主要原因是蘇南地區(qū)存在南京、蘇州等大型城市，城市內(nèi)河糞大腸菌群超標(biāo)較為嚴重，而蘇北地區(qū)部分斷面天然地表徑流補給水量較少，同樣也存在個別指標(biāo)超標(biāo)嚴重情況，而蘇中地區(qū)處于平原水網(wǎng)，城市內(nèi)河天然補給水量充沛，因此，城市內(nèi)河污染負荷普遍較低，使得調(diào)整前蘇中地區(qū)斷面水質(zhì)總體優(yōu)于蘇南、蘇北地區(qū)。

2.1.2 不同區(qū)域斷面WQI分布情況比較

為了扣除糞大腸菌群指標(biāo)影響，對蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)環(huán)境地表水WQI進行重新計算，結(jié)果見圖3。A1代表調(diào)整前蘇南，A2代表調(diào)整前蘇中，A3代表調(diào)整前蘇北，B1代表調(diào)整后蘇南(地表水)，B2代表調(diào)整后蘇中(地表水)，B3代表調(diào)整后蘇北(地表水)，N1代表調(diào)整后蘇南(城市內(nèi)河)，N2代表調(diào)整后蘇中(城市內(nèi)河)，N3代表調(diào)整后蘇北(城市內(nèi)河)。由圖3可以看出，江蘇省蘇南地區(qū)一級、二級水系的地表徑流水污染水污染負荷要低于其他地區(qū)，但是城市內(nèi)河水污染負荷總體上高于其他2個地區(qū)。通過斷面代表性調(diào)整，調(diào)整后蘇南地區(qū)(B1)要優(yōu)于蘇中(B2)、蘇北(B3)地區(qū)，而城市內(nèi)河水污染負荷(N1)仍然高于蘇中(N2)、蘇北地區(qū)(N3)，這個情況與蘇南地區(qū)地表水一級、二級徑流水質(zhì)較好而城市內(nèi)河水質(zhì)較差的實際狀況一致，表明調(diào)整后的監(jiān)測點位體系能夠反映不同地區(qū)水污染差異特征，能夠為管理部門有針對性地開展水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

注：方框中的橫線表示中位數(shù)，框線上下邊線為上、下四分位數(shù)，“×”為第99百分位數(shù)。圖3 江蘇省不同地區(qū)WQI箱線圖Fig.3 Box plots of WQI of different region in Jiangsu province

2.2 基于AHP層次分析法的代表性分析

2.2.1 設(shè)計指標(biāo)驗證代表性是否得到優(yōu)化

AHP群策法、層次分析法、專家決策法[16-18]廣泛用于管理行業(yè)中評估科研進步、投資成效、最佳選擇方案。在環(huán)境監(jiān)測能力建設(shè)領(lǐng)域，可用來開展定性、定量相結(jié)合的效益評審[19-20]，并在實踐工作中逐步得到應(yīng)用[21]。例如，選擇常年水質(zhì)較好的河流設(shè)置監(jiān)測點位與選擇常年水質(zhì)較差的尾水通道上設(shè)置點位，會對一個地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量評價產(chǎn)生較大分歧，而評價結(jié)果往往與地方治污成效(地方政府政績)相關(guān)，因此，有必要對分析環(huán)境監(jiān)測點位(點位)代表性的技術(shù)方法進行深入研究。

根據(jù)各指標(biāo)賦值以及權(quán)重，計算代表性評價指數(shù)。計算公式：

(3)

式中：REI表示省、市水質(zhì)斷面代表性評價指數(shù)；Ai表示二級指標(biāo)權(quán)重(m=1,2,…，5)，指不同要素(地表水、地下水)的權(quán)重；Bj表示三級指標(biāo)權(quán)重，指各要素體系下代表性權(quán)重設(shè)置；Dj表示不同階段管理部門設(shè)置的點位體系所對應(yīng)的代表性覆蓋率(j=1,2，…，12)。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重賦值及評分

借鑒層次分析法的研究思路，邀請環(huán)境監(jiān)測行業(yè)高級工程師6人(熟悉數(shù)理統(tǒng)計方法、15年以上監(jiān)測工作經(jīng)驗)，對課題設(shè)計的“代表性評價”進行獨立評估，第一輪評估中，將每名專家評價的權(quán)重值與總體平均值進行相關(guān)性分析(以γ表示)，得出最大相關(guān)性γmax=0.912 5，γmin=0.604 0，并將各專家對指標(biāo)的意見反饋后進行第二輪評估，γmax=0.954 1，γmin=0.822 0，重新計算出權(quán)重指標(biāo)系數(shù)。經(jīng)計算，調(diào)整前全省地表水水質(zhì)監(jiān)測斷面REI為69.1，調(diào)整后REI得分為88.7，詳見表4。

表4 江蘇省水質(zhì)斷面(點位)REITable 4 The REI point table of water environment monitoring sites in Jiangsu province

3 結(jié)論

本文為省級環(huán)境監(jiān)測部門提供了“自上而下”確定各市考核斷面數(shù)量和位置的技術(shù)方法，并應(yīng)用該方法和層次分析法對江蘇省水質(zhì)監(jiān)測斷面“代表性”是否得到優(yōu)化進行了評估測算，相關(guān)研究為省以下環(huán)境監(jiān)測垂直管理改革提供了良好的技術(shù)服務(wù)與技術(shù)支撐。

1)省級環(huán)境管理部門設(shè)置地級市監(jiān)測斷面前，應(yīng)當(dāng)以國家和省流域部門權(quán)威發(fā)布的河道湖泊等級(級別)為參考，在最重要的、最高等級的水域上均勻地設(shè)置斷面。

2)按照地質(zhì)勘探的專業(yè)結(jié)果，將地下水分為淺層、深層地下水，并均衡設(shè)點，對于城市集中式飲用水源地(地表取水口、地下水取水井)應(yīng)全部納入評價范圍。

3)按照居民居住密度選取最優(yōu)的城市內(nèi)河斷面，避免選取不具有代表性的偏遠小河、小支流；根據(jù)海洋功能區(qū)，選擇離海岸有一定距離的均勻水質(zhì)區(qū)域設(shè)置海水測點。

4)按照“誰考核、誰監(jiān)測、誰設(shè)斷面”的思路，斷面設(shè)置由省本級完成，經(jīng)專家論證后與地方環(huán)境主管部門交換意見并取得一致。照此方法選出的斷面名單，在城市水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)考核排名工作中有較高的公信力。

致謝：本文研究得到水利部南京水利科學(xué)研究院和玉璞、洪大林先生以及中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊陳亮、吳干華、高星、王磊先生的大力支持，在此表示感謝！