灤河流域河流水質評價方法比較與分析

孫志琢

（河北省承德水文水資源勘測局，河北承德 067000）

環境污染日趨嚴重，水質不斷惡化，水資源危機給人類帶來了極大的危害，水污染已成為21世紀全球性的重大問題。對流域水環境質量作出科學、客觀的評價是進行水污染治理及流域綜合管理的基礎。我國對水質評價方法的研究已有三十幾年，并逐漸發展和完善起來。普遍使用的有單因子評價法、多因子評價法（如模糊數學評價法、灰色系統評價法及人工神經網絡評價法）、層次分析法、污染指數法和物元分析法等，每種評價方法有其不同的側重點，如何選擇評價方法并采納哪種評價結果顯得尤為重要。

筆者選擇了水質評價工作中較為常用的單因子評價法、綜合污染指數法、分級評價法、內梅羅污染指數法、模糊綜合評價法及水質標識指數法共6 種方法，以灤河流域（承德地區）作為研究對象，分析和比較了這6 種水質評價方法的優缺點，為選擇合適的評價方法提供參考。

1 河流水質評價方法概述

1.1 單因子評價法

單因子評價法是將監測數據與目標標準值進行對比分類，并選取結果最差的類別作為評價結果。該方法計算簡單、結果明了，超標參數及超標倍數一目了然，是我國實施多年且普遍認可的一種評價方法。

1.2 綜合污染指數法

綜合污染指數是將監測數據與同一類別標準值對比得到單項污染指數，并將各對比結果計算算術平均值而得到。綜合污染指數法可以判定水體受污染程度，但該方法應用的前提是認為各參評因子對水質的貢獻基本相同，且方法的比較必須在同一類別標準上進行。

單項污染指數計算公式為：

式中：Ci為污染物實測濃度（mg/L）；Si為相應類別標準值（mg/L）。

綜合污染指數計算公式為：

式中：Pi為第i單項污染指數；n為參評項目個數。

根據評價結果對水質進行分級，水質分級標準見表1。

1.3 分級評價法

分級評價法計算原理為：首先將《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中的各項目按類別分別賦予一定的分值，然后將監測數據與標準中各類別限值進行單因子比較，確定其所屬分值，最后將各分值結果計算算術平均。其計算公式為：

表1 綜合污染指數評價

式中：Ai為參數評分值；n為參評項目個數。

1.4 內梅羅污染指數法

內梅羅污染指數法是美國敘拉古大學內梅羅(N.L.Nemerow)教授在其所著的《河流污染科學分析》一書中提出的一種水污染指數。它是一種兼顧極值的計權型多因子環境質量指數，是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用的方法之一。其計算公式為：式中：為所有單項污染指數的平均值；Pimax為水環境各單項污染指數中的最大值。

1.5 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法屬于多因子評價法，該方法選取水質參評指標，用模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價。其基本步驟為：首先，用各參評項目根據其對各級標準的隸屬度集得出隸屬度矩陣；其次，再把各參數的權重集與隸屬度矩陣相乘；最后，根據綜合評判結果選擇隸屬程度最大參數對應的類別為水質綜合評價結果。該方法能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

1.6 水質標識指數法

水質標識指數法是由徐祖信等人研究并發展起來的，由整數位、小數點后三或四位有效數字組成。該方法為綜合水質評價方法，既能定性評價又能定量評價，既能橫向比較又能縱向比較，還能對河流治理前后效果進行比較，能綜合全面地給出多種分析比較結果等信息。此方法計算方便、結果直觀。評價合理綜合水質標識指數(Iwq)表達結構為：

式中：X1.X2為綜合水質指數，由計算得到；X3和X4為標識碼，通過判斷比較而得到。

2 實例比較與分析

2.1 研究區簡介

選取灤河流域（承德段）29個監測斷面（詳見表2），對2011年河流溶解氧、高錳酸鉀指數、氨氮、總磷、總氮、揮發酚、氟化物、氰化物、銅、砷、鎘、六價鉻、鉛、汞共14項指標參數進行監測。

表2 監測斷面的基本情況

2.2 評價結果

對2011年水質監測數據的平均值，按單因子評價法、綜合污染指數法、水質標識指數法等6種方法對研究區各斷面水質進行評價，結果見表3。

從表3的評價結果可以看出：

（1）應用單因子評價法分析的29 個斷面中有5個為Ⅴ類、11 個為劣Ⅴ類，嚴重污染斷面（16 個）占到總評價斷面的一半以上，而該流域中水質類別最好的為Ⅱ類，共3 個。單因子評價法是由污染最嚴重的水質參數決定的，采取某項污染項目超標就斷定整個水體超標的一票否決制。因此，單因子評價法的結果有一定的片面性。但該方法適用于個別參數超標嚴重，嚴重影響水環境質量的情況。以研究區李營（二）斷面為例，只有在單因子評價法時才屬于劣V類水質，說明該斷面受流域特性影響，上游主要為銅礦等選礦廢水，因此單因子超標嚴重。

表3 不同方法的評價結果比較

（2）應用綜合污染指數法得出的結果表明，只有窯溝門、下板城和平泉3 個斷面的水質為清潔，6 個為尚清潔，其余20 個水質則受到不同程度的污染。綜合污染指數法是基于水功能標準劃分的，因此嚴格意義上說此方法只能對水質的污染狀況作出評價，但不能確定綜合水質類別。此方法的另外一個缺點是計算相對復雜。

（3）應用分級評價法得出的結果表明，研究區內水質大部分為II或III類水，而嚴重污染的斷面如小東區、四合永等也被評價為III類水。造成這種結果的原因是分級評價法將各污染因子平均對待考慮，無法正確反映出污染極值對水質類別的影響。在評價過程中，如果有幾項指標評分較高就會拉高總評分，出現評價結果與實際水質狀況不符的情況。

（4）應用內梅羅污染指數法得出的結果是，清潔或者尚清潔的斷面有6 個、重污染或者嚴重污染的有12 個，其他的為輕污染或者中等污染。內梅羅污染指數法兼顧了最高污染項和平均污染項的影響，評價方法具有合理性，但也確實存在過分突出最大值這一問題，與分級評價法一樣也會造成綜合評分偏高。也就是說，在評價過程中僅考慮了最高污染項，未考慮或消弱了次大污染項的作用。目前往往通過給各因子賦權重的辦法對該方法進行修正。

（5）應用模糊綜合評價法的結果表明，評價斷面中有11 個為Ⅴ類，且從隸屬度來看，歸為Ⅴ類的斷面中大部分超過0.95，表明水污染非常嚴重，它可能會劣于Ⅴ類水質標準。但該評價方法采取的分類原則使它不能反映這些劣Ⅴ類水體的污染程度。模糊綜合評價法比較適合評價Ⅰ～Ⅴ類之間的水質。但當水質劣于Ⅴ類時，其結果仍然是Ⅴ類，這樣得出的結論相對較保守。

（6）應用水質標識指數法的結果表明，小東區的水質為劣Ⅴ類（10.235），承德斷面的指數也達到6.205，屬于嚴重污染。而上板城、烏龍磯、圍場和四合永等斷面的水質為Ⅴ類，評估結果與實際情況基本一致，評估結論具有較高的準確性和可靠性。結果表明，水質標識指數法可以對河流進行合理的評價，特別是對劣Ⅴ類水體，解決了關于劣Ⅴ類水體水質連續性描述的問題。

3 結論

筆者以灤河流域的29個監測斷面為例，共選擇了單因子評價法、綜合污染指數法、分級評價法、內梅羅污染指數法、模糊綜合評價法及水質標識指數法對灤河流域（承德地區）各河流進行水質評價，根據流域實際污染狀況和6 種方法的評價結果，得到如下結論：

（1）除水質標識指數法外其他5個方法的評價結果都有一定的片面性，如單因子評價法過于武斷，為一票否決制；綜合污染指數法和內梅羅污染指數法相似，僅對污染狀況進行描述評價而無法確定水質類別且計算相對復雜，同時內梅羅指數法過分突出最大值的影響；分級評價法則與內梅羅指數法思路相反，無法反映污染因子極值的影響，而僅僅以平均方式反映其影響；模糊綜合評價法不適用于劣Ⅴ類水質的評價。總之，這5種方法要么比較保守，要么過于強調某一因子的影響，綜合評價結果均不理想。

（2）水質標識指數法可以從定量和定性兩個方面來表達水質信息，它不僅客觀反映河流的綜合水質類別、重點污染因子判別、受污染程度、與水體功能區類別的比較結果等信息，還可通過對同一河流不同時期、不同斷面的綜合指數分析對比，來了解判斷污染物貢獻程度及治污效果，為河流污染防治提供管理和決策依據。總之，水質標識指數法是一種綜合全面的評價方法，推薦使用此方法進行河流水質評價。

綜上所述，根據水質標識指數法的評價結果，2011年灤河流域（承德段）各河流超Ⅲ類水斷面共有12 處（Ⅳ類6 個、Ⅴ類或劣Ⅴ類6 個），占總數的41.4%，污染較為嚴重，重點污染物有總磷、總氮、氨氮和高錳酸鹽指數等，此類污染物是今后防污治污的重點。具體各河流中，興州河、老牛河，小灤河和瀑河污染較輕，水質較好；污染最嚴重的為柳河（小東區斷面及以下），已出現水體變色異味等現象；伊遜河受上游縣城發展等影響水質也較差；其他河流水質一般，只有個別斷面水質較差。

[1]王娟,付永勝,易志剛,等.成都市溫江區水質現狀評價與水環境容量分析[J].工業安全與環保.2006,6(32):30-31.

[2]朱靜平.幾種水環境質量綜合評價方法的探討[J].西南科技大學學報.2002,17(4):62-67.

[3]蘭文輝,安海燕.環境水質評價方法的分析與探討[J].干旱環境監測.2002,16(3):167-169.

[4]許東方,于艷霞,李潤廣.淺談溶解氧污染指數評價[J].黑龍江環境通報.2004,28(1):52-53.

[5]尹海龍,徐祖信.我國單因子水質評價方法改進探討[J].凈水技術.2008,27(2):1-3.

[6]陸衛軍,張濤.幾種河流水質評價方法的比較分析[J].環境科學與管理.2009,34(6):174-176.

[7]孟祥宇,徐得潛.流域水質評價模糊綜合評判模型及其應用[J].環境保護科學.2009,35(2):92-100.

[8]彭文啟,張祥偉.現代水環境質量評價理論與方法[M].北京:化學工業出版社,2005.

[9]王書轉,趙先貴,肖玲.秦嶺北麓區域主要河流水質分析與評價[J].干旱區資源與環境.2007,21(8):42-47.

[10]王學忠,王鵬.不同水質評價方法在懷柔水庫水質評價中的應用與分析[J].北京水務.2011,(1):31-33.

[11]張彩香,張兆年.模糊綜合評判法在水質評價中的應用[J].三峽大學學報（自然科學版）.2002,24(5):426-428.

[12]萬金保,侯得印,萬興,等.模糊綜合評價法在樂安河水質評價中的應用[J].環境工程,2006,24(6):77-79.

[13]徐祖信.我國河流綜合水質標識指數評價方法研究[J].同濟大學學報（自然科學版）.2005,33(4):482-488.