劉 琦,田雨露,劉 洋,許丁雪,李潔敏,江 源,*
1 中藥資源保護(hù)與利用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875 2 北京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)部, 北京 100875
河流是淡水資源的重要來(lái)源,對(duì)人類(lèi)和生物健康起著至關(guān)重要的作用[1- 2]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),大量的工、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水隨排放及降雨徑流進(jìn)入河流水體中,致使河流水質(zhì)急劇惡化[3- 4]。為保護(hù)河流水資源,保障河流水質(zhì)安全,選擇快速有效的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法能夠協(xié)助管理部門(mén)了解河流水環(huán)境質(zhì)量,確定河流污染的關(guān)鍵區(qū),從而有針對(duì)性地進(jìn)行治理。
水質(zhì)評(píng)價(jià)是通過(guò)對(duì)河流理化、營(yíng)養(yǎng)鹽和生物等指標(biāo)按一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,進(jìn)而對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行定性或定量的評(píng)估[5]。目前,水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法被廣泛應(yīng)用[6- 9],相比于國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局頒布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838- 2002)中的單因子評(píng)價(jià)方法,這類(lèi)方法能夠反映河流水質(zhì)的整體狀況,避免由于單因子評(píng)估造成水質(zhì)評(píng)估結(jié)果的片面性;同時(shí),評(píng)估結(jié)果簡(jiǎn)單易懂,有利于管理者在水環(huán)境管理中應(yīng)用[10]。大量研究已經(jīng)使用綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[7,11- 13]。Cheng等[12]使用基于期望值和閾值的水質(zhì)健康綜合評(píng)估法(ETI)對(duì)海河流域水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),該評(píng)價(jià)方法是根據(jù)河流自身特點(diǎn)選擇參考條件(理想條件/水質(zhì)污染的臨界條件)下的水質(zhì)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[7];Sun等[13]使用水質(zhì)質(zhì)量指數(shù)(WQI)對(duì)東江流域中游河流水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià),該方法是依據(jù)前人研究結(jié)果或指標(biāo)對(duì)水健康的危害程度確定的固定指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[6,13]。由于指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的不同,評(píng)估結(jié)果也不盡相同,這使得綜合評(píng)價(jià)方法在河流水質(zhì)管理中的應(yīng)用受到限制。因此,依據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)的不同,如何合理選擇綜合評(píng)價(jià)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)成為至關(guān)重要的問(wèn)題。
以往在一個(gè)流域?qū)Χ喾N綜合評(píng)價(jià)方法的對(duì)比研究,多側(cè)重于選擇出更適用于該條河流的評(píng)價(jià)方法[5, 8, 11]。本研究旨在對(duì)當(dāng)前兩類(lèi)河流水質(zhì)評(píng)估方法及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析對(duì)比,以期明確不同評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)綜合評(píng)估方法在河流管理中的作用。研究以“引灤入津”工程的重要水源伊遜河為例[14- 15],通過(guò)使用ETI和WQI兩種不同評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)該河流24個(gè)樣點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),分析伊遜河水質(zhì)評(píng)估結(jié)果的特征和空間差異,剖析兩類(lèi)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)結(jié)果的適用性,探索不同水質(zhì)評(píng)價(jià)方法在河流水環(huán)境管理中的作用,為我國(guó)水環(huán)境管理時(shí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。
圖1 伊遜河流域采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in the Yixun River basin
伊遜河,是灤河中流域面積最大的支流,發(fā)源于河北省圍場(chǎng)縣哈里哈鄉(xiāng),流經(jīng)隆化縣和承德市雙灤區(qū),于灤河鎮(zhèn)匯入灤河干流(圖1)。伊遜河流域?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候,多年平均溫度5.6℃, 年內(nèi)7月氣溫最高,平均為21.2℃。年平均降水量452.8 mm,66%的降水和徑流出現(xiàn)在夏季(http://data.cma.cn/)。流域內(nèi)林地面積百分比為76.39%,為主要土地利用類(lèi)型,遍布全流域;草地面積占比僅1.43%,主要位于流域上游;農(nóng)業(yè)用地面積占比為19.21%,主要沿河流兩岸分布,特別是流域中下游地區(qū);城鎮(zhèn)用地面積占比為2.64%,但分布較為集中,主要位于上游圍場(chǎng)縣和下游隆化縣和承德市雙灤區(qū)[16]。流域土地利用的分布形成了一定的變化梯度:由上游的林地草地,向中下游地區(qū)的農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地逐步過(guò)渡。由于受不同程度人類(lèi)活動(dòng)的影響,流域內(nèi)河流水質(zhì)存在一定的空間差異,這有利于體現(xiàn)兩類(lèi)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)結(jié)果的特點(diǎn)及其差異性。同時(shí),流域土地利用由自然本底狀態(tài)向人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)烈的狀態(tài)變化,也有利于ETI評(píng)價(jià)中確定河流水質(zhì)最優(yōu)(期望值)和最差(閾值)標(biāo)準(zhǔn)。
依據(jù)分層采樣原則,樣點(diǎn)覆蓋伊遜河流域各類(lèi)土地利用類(lèi)型以及主要支流;同時(shí),樣點(diǎn)設(shè)置還盡可能考慮空間分布的均勻性、交通可達(dá)性等因素。綜上,在伊遜河流域共布設(shè)采樣點(diǎn)24個(gè),于2017年7—8月對(duì)伊遜河進(jìn)行水樣采集。水樣采集參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》[17]進(jìn)行,使用1 L有機(jī)玻璃采水器,在采樣點(diǎn)所在位置河心或距離河岸5 m處采集河流表層水體(水深約0.5 m)。每個(gè)采樣點(diǎn)采集3次水樣并充分混合,將混合后的水樣分為2份,一份為不做任何處理的原始水樣;另一份水樣經(jīng)孔徑為0.45 μm的Whatman GF/C玻璃纖維素膜過(guò)濾。兩份水樣均加入少量濃硫酸(H2SO4),進(jìn)行酸化保存。濾膜避光低溫保存,用于測(cè)定葉綠素a(Chla)和懸浮性固體(SS)。水樣瓶事先用1∶10鹽酸溶液浸泡24 h,用蒸餾水洗凈并烘干;玻璃纖維素膜預(yù)先經(jīng)450℃高溫灼燒處理6 h。全部樣品均低溫冷凍儲(chǔ)存,并在盡可能短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)分析。
10個(gè)指標(biāo)分為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)分析兩部分。1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定:溶解氧(DO),電導(dǎo)率(EC)在采樣現(xiàn)場(chǎng)分別使用便攜式溶解氧儀(YSI DO200,YSI股份有限公司,美國(guó))和電導(dǎo)率儀(METTLER-SG DUO,梅特勒-托利多集團(tuán),美國(guó))對(duì)樣品進(jìn)行瞬時(shí)測(cè)定。2)實(shí)驗(yàn)分析:高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(TN)和總磷(TP)使用原始水樣測(cè)定。CODMn采用高錳酸鹽滴定法;TN采用紫外分光消解法;TP采用鉬銻抗分光光度法。氨氮(NH3-N)和硝酸鹽氮 (NO3-N)使用過(guò)濾水樣測(cè)定。NH3-N采用納氏試劑比色法;NO3-N采用紫外分光光度法。懸浮性固體(SS)和葉綠素a(Chla)通過(guò)過(guò)濾膜上的殘余物進(jìn)行測(cè)定。SS采用稱(chēng)重法測(cè)定;Chla采用丙酮分光光度法進(jìn)行測(cè)定[17]。BOD5采用改進(jìn)后的接種法測(cè)定[18]。
1.4.1ETI評(píng)估法
基于期望值和閾值的水質(zhì)健康綜合評(píng)估法(ETI)是一種基于被評(píng)價(jià)河流本身水質(zhì)特征設(shè)置評(píng)估的期望值和閾值的評(píng)價(jià)方法[7],是一種基于河流水質(zhì)相對(duì)情況的評(píng)估,其中期望值是指在參考條件(理想條件或自然條件)下的水質(zhì)狀況。閾值是指被評(píng)價(jià)河流水質(zhì)處于嚴(yán)重危害生態(tài)系統(tǒng)健康的臨界值。ETI評(píng)估值通過(guò)河流理化指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)和生物指標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)化值計(jì)算所得,公式如下[7,13]:
式中,ETI為水質(zhì)健康綜合評(píng)估值,Ci為理化指標(biāo)組、營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)組和各類(lèi)生物指標(biāo)組的標(biāo)準(zhǔn)化值,n為指標(biāo)組的數(shù)量。ETI評(píng)估值范圍為0—1,評(píng)估值越高說(shuō)明水質(zhì)健康程度越高。評(píng)估結(jié)果被分為5個(gè)等級(jí):優(yōu)秀 (0.80—1],良好 (0.60—0.80],一般 (0.40—0.60],差 (0.20—0.40],極差 (0—0.20]。各指標(biāo)組指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值計(jì)算如表1所示。
表1 ETI方法各水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算
a表示該指標(biāo)期望值和閾值的確定分別依據(jù)地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)Ⅰ類(lèi)水和Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);b表示該指標(biāo)期望值和閾值的確定分別為評(píng)價(jià)河流全部采樣點(diǎn)實(shí)際測(cè)定含量的5%和95%分位數(shù)
1.4.2WQI評(píng)估法
水質(zhì)質(zhì)量指數(shù)(WQI)綜合評(píng)估法是一種評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)較為固定的評(píng)價(jià)方法,其各指標(biāo)的分值以及指標(biāo)權(quán)重依據(jù)大量前人研究或各參與評(píng)估指標(biāo)對(duì)水健康的危害程度來(lái)確定[19- 20],是一種基于河流水質(zhì)真實(shí)情況的評(píng)估。其計(jì)算公式如下:
式中: WQI為水質(zhì)綜合指數(shù)(表2),Ci是水質(zhì)因子i的標(biāo)準(zhǔn)化得分;Pi是水質(zhì)因子i的權(quán)重,Pi的最小值是1,最大值為4(表2);WQI評(píng)估值范圍為0—100,其值越高,代表水質(zhì)健康程度越高。根據(jù)得分河流水質(zhì)被分為5個(gè)等級(jí):優(yōu)秀 [90—100]、良好 [70—90)、一般 [50—70)、差 [25—50)、極差 [0—25)。
研究通過(guò)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布,對(duì)不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)組進(jìn)行l(wèi)n(x+1) 變換[22];使用Spearman相關(guān)分析判斷ETI和WQI評(píng)估結(jié)果的相關(guān)性;使用主成分分析(PCA)識(shí)別引起伊遜河水質(zhì)空間差異的主要指標(biāo);使用逐步多元回歸識(shí)別引起ETI和WQI評(píng)估結(jié)果差異的主導(dǎo)指標(biāo)。研究區(qū)樣點(diǎn)圖和ETI、WQI評(píng)估結(jié)果的空間分布圖在ArcGIS 10.0軟件下完成;Spearman相關(guān)分析、PCA、逐步多元回歸在SPSS 20軟件下完成;其他作圖使用Origin 9.0完成。
伊遜河各水質(zhì)指標(biāo)顯示(表3):河流理化指標(biāo)中,溶解氧(DO)平均為5.99 mg/L,達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì);電導(dǎo)率(EC)平均為435.6 μs/cm;懸浮性固體(SS)平均為10.83 mg/L;高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)平均為6.70 mg/L,達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì);五日生化需氧量(BOD5)平均為4.06 mg/L,達(dá)到Ⅳ類(lèi)水質(zhì)。河流營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)中,總磷(TP)平均為0.13 mg/L,達(dá)到Ⅲ類(lèi)水;TN平均為1.84 mg/L,達(dá)到Ⅴ類(lèi)水質(zhì);氨氮(NH3-N)平均為0.23 mg/L,達(dá)到Ⅱ類(lèi)水質(zhì);硝酸鹽氮(NO3-N)平均為2.67 mg/L。生物指標(biāo)葉綠素a(Chla)平均為7.52 μg/L。
表2 WQI方法各水質(zhì)因子分?jǐn)?shù)及權(quán)重
指標(biāo)得分和權(quán)重依據(jù)前人研究結(jié)果或?qū)λ】档奈:Τ潭却_定[20- 21]
表3 伊遜河各水質(zhì)指標(biāo)特征
1表示該指標(biāo)期望值和閾值的確定分別依據(jù)地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)Ⅰ類(lèi)水和Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);2 表示該指標(biāo)期望值和閾值的確定分別為評(píng)價(jià)河流全部采樣點(diǎn)實(shí)際測(cè)定含量的5%和95%分位數(shù)
水質(zhì)綜合評(píng)估結(jié)果顯示,伊遜河ETI評(píng)估得分平均為0.61,達(dá)到良好水平,河流水質(zhì)在源頭區(qū)為優(yōu)秀等級(jí),在匯入灤河干流時(shí)變化為差等級(jí),水質(zhì)有明顯下降趨勢(shì)(圖2)。在24個(gè)水質(zhì)評(píng)價(jià)樣點(diǎn)中,水質(zhì)等級(jí)為優(yōu)秀的樣點(diǎn)占全部樣點(diǎn)的12.50%;良好等級(jí)的樣點(diǎn)最多,占41.67%;一般和差的樣點(diǎn)分別占29.17%和16.67%;未出現(xiàn)極差等級(jí)的樣點(diǎn)。
伊遜河WQI評(píng)估得分為66.9,達(dá)到一般等級(jí)。河流水質(zhì)從上游至下游也顯示出逐漸降低的趨勢(shì),水質(zhì)差異較ETI評(píng)估結(jié)果較小(圖2b)。在24個(gè)水質(zhì)評(píng)價(jià)樣點(diǎn)中,僅出現(xiàn)兩個(gè)水質(zhì)等級(jí),為良好和一般等級(jí),占比分別為37.5%和62.5%。
圖2 ETI和WQI評(píng)估等級(jí)及其空間分布圖Fig.2 Water quality levels and spatial distribution of ETI and WQI assessment
Spearman相關(guān)分析結(jié)果顯示(圖3),ETI和WQI兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)估結(jié)果相關(guān)性極顯著(R=0.951,P<0.01),但ETI評(píng)估結(jié)果的區(qū)分度較WQI評(píng)估結(jié)果更加顯著。
圖3 ETI和WQI評(píng)估結(jié)果相關(guān)性圖Fig.3 The Spearman correlation between ETI and WQI
基于主成分分析方法(PCA),篩選出引起伊遜河水質(zhì)差異的主要指標(biāo)(表4)。依據(jù)特征值大于1的原則,保留對(duì)伊遜河水質(zhì)差異解釋最高的前三軸,共解釋伊遜河水質(zhì)差異的70.89%。各指標(biāo)在主成分軸的位置依據(jù)各因子在三個(gè)主成分軸的最大值判斷。其中第一軸主要為NO3-N(0.935)、TN(0.898)和BOD5(0.803);第二軸主要為NH3-N(0.755)、TP(0.73)、CODMn(0.67)、EC(0.594)、SS(0.528)、Chl-a(0.467);第三軸主要為DO(0.841)。
通過(guò)逐步回歸分析篩選ETI和WQI評(píng)估結(jié)果的主導(dǎo)指標(biāo),結(jié)果顯示(表4):影響ETI評(píng)估結(jié)果的主導(dǎo)指標(biāo)為DO、EC、SS、BOD5和TP等五個(gè)指標(biāo)(P<0.05);影響WQI評(píng)估結(jié)果的主導(dǎo)指標(biāo)為DO、SS、BOD5、TP、TN和NH3-N等六個(gè)指標(biāo)(P<0.05)。
ETI和WQI兩種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法的結(jié)果都顯示伊遜河自上游至下游水質(zhì)有明顯的下降趨勢(shì)(圖2)。
表4 伊遜河水質(zhì)差異及評(píng)估結(jié)果主導(dǎo)因子
●代表在逐步回歸中,該因子的顯著性為P<0.05; ○代表在逐步回歸中,該因子的顯著性為P>0.05
特別是在ETI評(píng)估中,水質(zhì)在河流上游達(dá)到優(yōu)秀等級(jí),河流中游主要是良好和一般等級(jí),河流下游水質(zhì)已退化至差等級(jí)。從該河流的土地利用分布來(lái)看,河流上游主要以林地和草地為主(圖1),僅有少量的農(nóng)業(yè)用地。大量研究表明林地和草地可作為河流污染物的匯,有顯著的截留污染和凈化水質(zhì)的作用[23- 24]。自河流中游開(kāi)始,沿河流兩岸出現(xiàn)大量的農(nóng)業(yè)用地,特別是在雨季,大量的化肥隨地表徑流進(jìn)入伊遜河中。據(jù)2017年承德市統(tǒng)計(jì)年鑒顯示,伊遜河化肥施用量(氮肥、磷肥、復(fù)合肥等)為灤河流域最高,分別為3.07×104t、0.9×104t和0.9×104t。此外,該區(qū)域單位播種面積的化肥施用量也為灤河流域最高,說(shuō)明在流域土壤、氣候等自然條件都類(lèi)似的情況下,伊遜河流域?qū)τ诨实氖褂每赡艽嬖谶^(guò)量的情況。一方面,化肥的不合理使用造成資源的浪費(fèi),單位種植面積成本增高;另一方面,過(guò)量的化肥流入河流中也造成了河流水質(zhì)的顯著下降[25- 26]。河流下游流經(jīng)隆化縣和承德市雙灤區(qū),人類(lèi)活動(dòng)顯著,河流兩岸城鎮(zhèn)用地劇增。據(jù)2017年承德市統(tǒng)計(jì)年鑒顯示,隆化縣與承德雙灤區(qū)共有常住居民55萬(wàn)人,環(huán)境污染企業(yè)50多家,大量的城市居民的生活污水和工業(yè)廢水成為污染伊遜河下游水質(zhì)的重要因素[26-29]。同時(shí),城鎮(zhèn)建設(shè)用地的增加,也使得河流自身的水質(zhì)凈化功能顯著下降[29]。
通過(guò)ETI和WQI兩種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法的結(jié)果發(fā)現(xiàn),伊遜河整體水質(zhì)分別為良好和一般等級(jí),盡管評(píng)估等級(jí)有所差異,但是Spearman相關(guān)分析的結(jié)果顯示兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)估結(jié)果具有極顯著的相關(guān)性(圖3)。通過(guò)參與評(píng)估的10個(gè)水質(zhì)參數(shù)PCA結(jié)果與ETI、WQI評(píng)估結(jié)果的逐步回歸的結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)這兩種方法篩選出的主導(dǎo)因子在PCA各軸的主要因子中均有體現(xiàn)(表4)。此外,河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的變化與土地利用的空間分布關(guān)系密切(圖1)。以上結(jié)果均說(shuō)明這兩種方法都能較好地體現(xiàn)伊遜河水質(zhì)的空間差異。
然而,評(píng)估結(jié)果也顯示,24個(gè)樣點(diǎn)的ETI的評(píng)估結(jié)果分別位于4個(gè)等級(jí)上,而在WQI評(píng)估中只出現(xiàn)2個(gè)等級(jí)(圖2)。說(shuō)明ETI評(píng)價(jià)方法的結(jié)果波動(dòng)幅度更大,在正確反映水質(zhì)空間差異的情況下,能夠體現(xiàn)出更好的區(qū)分度。盡管WQI在評(píng)價(jià)分值上也體現(xiàn)了伊遜河水質(zhì)的空間差異,但其區(qū)分度、評(píng)估結(jié)果的波動(dòng)幅度較ETI評(píng)估結(jié)果較低。這一結(jié)論與兩種評(píng)價(jià)方法在東江流域河流的評(píng)估結(jié)果相類(lèi)似[7,13],江源等[7]使用ETI方法發(fā)現(xiàn)東江流域的采樣點(diǎn)水質(zhì)分布于5個(gè)等級(jí)上,而Sun等[13]使用WQI方法得到東江流域各采樣點(diǎn)水質(zhì)主要集中在優(yōu)秀和良好等級(jí)。
以往的研究大多旨在通過(guò)同一河流比較不同的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法,選擇出更適用于該條河流的評(píng)價(jià)方法[5, 8, 11]。與以往研究不同,本研究中兩類(lèi)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果的空間差異都與流域土地利用變化相吻合(圖1,圖2),盡管ETI的評(píng)估結(jié)果在水質(zhì)空間差異的區(qū)分度上優(yōu)于WQI,但不代表ETI的方法在河流評(píng)價(jià)中優(yōu)于WQI,在水環(huán)境管理中兩種方法都具有不可忽視的作用。
EQI評(píng)價(jià)方法是一類(lèi)以評(píng)價(jià)河流自身水質(zhì)特征選取期望值和閾值的評(píng)價(jià)方法[7],是一種基于河流水質(zhì)相對(duì)情況的評(píng)估方法。在水質(zhì)管理中,可以選擇被評(píng)價(jià)流域自然條件下的河流水質(zhì)特征作為標(biāo)準(zhǔn)化期望值,以受人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度較高的河流水質(zhì)或監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)水質(zhì)的特定分位數(shù)的水質(zhì)特征作為標(biāo)準(zhǔn)化閾值。這類(lèi)綜合評(píng)估的結(jié)果一方面能夠更加符合流域自身特點(diǎn)及背景特征,使得管理目標(biāo)不至過(guò)高,適用于河流管理的績(jī)效評(píng)估;另一方面該方法能使河流水質(zhì)空間差異顯示出更好的區(qū)分度,能更好地協(xié)助管理者迅速定位流域亟需治理的河流或河段,使得河流管理更有針對(duì)性。在本研究中伊遜河上游為大面積草地,其土壤與植被向河流中輸入大量腐殖質(zhì),使得河流中高錳酸鹽指數(shù)顯著上升,即使在自然條件下,該指標(biāo)也僅達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),這一河流本底特征通過(guò)固定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的WQI評(píng)估后綜合水質(zhì)僅達(dá)到良好水平,而管理部門(mén)對(duì)此也無(wú)法進(jìn)行有效的改善。而對(duì)于河流水環(huán)境的管理以及管理績(jī)效而言,管理部門(mén)更需要一種水質(zhì)空間差異區(qū)分度良好,能夠有效反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水環(huán)境影響的評(píng)估方法,ETI方法通過(guò)考慮流域本底特征,對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行相對(duì)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)能夠幫助管理者弱化河流本底特征的影響,提高流域水質(zhì)空間差異的區(qū)分度,使管理部門(mén)能更有針對(duì)性的對(duì)受人類(lèi)活動(dòng)影響的河流進(jìn)行治理。此外, ETI的評(píng)價(jià)方法也可以納入更多暫時(shí)未明確設(shè)置水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),例如生物指標(biāo)(浮游植物、浮游動(dòng)物、大型底棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等)[7,12],使得河流健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)更豐富、全面。但由于該類(lèi)方法指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中多以流域自身特征為參照標(biāo)準(zhǔn),其評(píng)估結(jié)果不具備與其他河流評(píng)估結(jié)果的可對(duì)比性。
相反,WQI評(píng)價(jià)方法的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)較為固定,依據(jù)各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)水健康的潛在危害和影響進(jìn)行評(píng)分、設(shè)置指標(biāo)權(quán)重[20- 21],是一種基于水質(zhì)真實(shí)情況的評(píng)估方法。鑒于此,WQI的評(píng)估結(jié)果可以利用于河流水質(zhì)時(shí)間變化或河流水質(zhì)管理效果的評(píng)價(jià)上。通過(guò)對(duì)水質(zhì)絕對(duì)值的評(píng)估可以了解河流水質(zhì)的真實(shí)情況,能夠使管理部門(mén)在河流水環(huán)境長(zhǎng)期管理后,得到河流水質(zhì)的改善情況,對(duì)監(jiān)測(cè)河流水質(zhì)長(zhǎng)期變化以及考核河流管理成效有重要作用。在WQI評(píng)估中,伊遜河評(píng)估結(jié)果顯示為一般等級(jí),說(shuō)明伊遜河的水質(zhì)仍需要加強(qiáng)治理,在通過(guò)一段長(zhǎng)期的治理后,可以通過(guò)WQI綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與治理前的水質(zhì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較,得到河流水質(zhì)長(zhǎng)期的變化,檢驗(yàn)河流管理的成效。
通過(guò)使用ETI和WQI兩種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)伊遜河水質(zhì)的評(píng)估發(fā)現(xiàn):(1)ETI的評(píng)估結(jié)果顯示伊遜河水質(zhì)整體狀況為良好等級(jí),各樣點(diǎn)水質(zhì)分布于4個(gè)等級(jí)上;WQI的評(píng)估結(jié)果顯示伊遜河水質(zhì)整體狀況為一般等級(jí),各樣點(diǎn)水質(zhì)分布于2個(gè)等級(jí)上。(2)伊遜河自上游至下游水質(zhì)顯著下降,特別是在ETI評(píng)估中,由優(yōu)秀等級(jí)變?yōu)椴畹燃?jí),這與河流中下游大面積的農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地密切相關(guān)。(3)針對(duì)伊遜河水質(zhì)的管理應(yīng)在以下幾個(gè)方面做出改善,確保流域上游林地和草地的覆蓋率和植被質(zhì)量,盡量減少農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地的侵占;應(yīng)不斷提高流域中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用地的化肥使用效率,逐步降低化肥的使用量,至少達(dá)到灤河流域平均水平;對(duì)于下游隆化縣與承德市雙灤區(qū)應(yīng)不斷加強(qiáng)污染企業(yè)的污水處理技術(shù),并逐步將污染企業(yè)向遠(yuǎn)離河岸帶的方向遷移。(4)兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)估結(jié)果具有顯著的相關(guān)性,說(shuō)明兩種方法都能較好地顯示出伊遜河水質(zhì)的空間差異性。在河流水環(huán)境管理中,ETI作為一種水質(zhì)相對(duì)值評(píng)估方法,能更好體現(xiàn)流域內(nèi)水質(zhì)差異的區(qū)分度,便于管理者迅速定位流域內(nèi)亟需治理的河流或河段,同時(shí)能夠根據(jù)河流自身特征制定管理目標(biāo),可作為河流管理績(jī)效評(píng)估的有效手段;而WQI作為一種水質(zhì)絕對(duì)值評(píng)估方法,更適用于河流長(zhǎng)期的水質(zhì)變化評(píng)估,對(duì)河流經(jīng)長(zhǎng)期治理后的管理效果評(píng)價(jià)起到重要作用。