基于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化處理的海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法*

高磊，鞠蓮

(國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033)

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基于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化處理的海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法*

高磊，鞠蓮

(國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033)

在海水水質(zhì)多因子綜合評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上，對(duì)海水水質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，得到海水污染指數(shù)綜合評(píng)價(jià)方法，克服了標(biāo)準(zhǔn)邊界過于明確等問題，可用于評(píng)價(jià)結(jié)果的圖形化制作。實(shí)例表明，該方法評(píng)價(jià)結(jié)論比較適中。

水質(zhì)評(píng)價(jià)；標(biāo)準(zhǔn)化；海水污染指數(shù)

目前海水水質(zhì)評(píng)價(jià)有多種方法，總體可分為單因子評(píng)價(jià)法和多因子綜合評(píng)價(jià)法兩種類型。海水水質(zhì)評(píng)價(jià)常采用單因子指數(shù)法，該方法簡(jiǎn)便易行，可以迅速直觀地得到水質(zhì)各參數(shù)的污染狀況，但該方法缺少綜合結(jié)論，可以作為綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)步驟；多因子綜合評(píng)價(jià)法考慮多種水質(zhì)因子，并采用加權(quán)平均來計(jì)算的水質(zhì)評(píng)價(jià)法，總體上是可以基本反映水體污染性質(zhì)與程度。

1 常用評(píng)價(jià)方法介紹

1.1 單因子評(píng)價(jià)法

該方法是根據(jù)幾種評(píng)價(jià)因子中污染最為嚴(yán)重的因子所屬的水質(zhì)類別來確定水體的總體水質(zhì)類別。該方法操作簡(jiǎn)單，只要一次判別出所選擇的每個(gè)因子的水質(zhì)類別，然后以最差的類別作為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的類別即可。目前海水水質(zhì)評(píng)價(jià)常采用該方法。

該方法操作簡(jiǎn)便，有借鑒意義，但具有較大的片面性，評(píng)價(jià)結(jié)果最為悲觀。

1.2 多因子綜合評(píng)價(jià)法

多因子綜合評(píng)價(jià)則有多種方法，如灰色評(píng)價(jià)法，基于矩陣運(yùn)算的評(píng)價(jià)方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合評(píng)判法等[1-2]，比較常用的是內(nèi)梅羅指數(shù)法。

內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前最常用的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法[3]，是一種兼顧極值或稱突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。其基本公式為:

式中：Ci為水中i項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)濃度；Li為i項(xiàng)目海水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值濃度。

由此可以看出，內(nèi)梅羅指數(shù)法用來判斷綜合水質(zhì)相對(duì)于水環(huán)境功能區(qū)的達(dá)標(biāo)程度，PI≤1，表明綜合水質(zhì)達(dá)標(biāo)；否則綜合水質(zhì)超標(biāo)。

該方法通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算得到綜合指數(shù)，方法簡(jiǎn)便，既考慮了污染最嚴(yán)重的因子，同時(shí)也采用了單因子指數(shù)的平均值，因此評(píng)價(jià)結(jié)果過于樂觀。

2 基于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化處理——綜合污染指數(shù)法

2.1 海水水質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化研究

首先將海水環(huán)境要素水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理，根據(jù)海水環(huán)境要素水質(zhì)數(shù)據(jù)和海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097-1997)[4]，將各監(jiān)測(cè)要素的值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并劃分為不同的等級(jí)。

海水質(zhì)量指數(shù)

式中：Ii是某監(jiān)測(cè)站位各監(jiān)測(cè)要素的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)；Ci是各監(jiān)測(cè)要素監(jiān)測(cè)值；CUi和CLi分別表示表1 中各監(jiān)測(cè)要素海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的大值和小值(例：如CDIN的數(shù)值為0.35，在標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)2、3之間，則CUDIN取0.40、CLDIN取0.30)；IUi和ILi分別表示該監(jiān)測(cè)要素所在表1中數(shù)值區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)的大值和小值(例如：CDIN的數(shù)值為0.35，在標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)2、3之間，則IUDIN取3、ILDIN取2)。

在計(jì)算IDO時(shí)，CUi和CLi分別取倒數(shù)；

在計(jì)算IpH時(shí)，(CUi-CLi)取0.2或者0.5，見表1，同時(shí)pH值的Ci值取為該監(jiān)測(cè)站位的初始值與全部監(jiān)測(cè)站位的平均值差值的2倍。

表1 海水質(zhì)量指數(shù)計(jì)算表格

注：除pH外，各要素單位為(mg/L).

2.2 評(píng)價(jià)方法研究

各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重可通過公式

式中：ωi為不同監(jiān)測(cè)要素的權(quán)重，基本原則是根據(jù)海水要素的污染情況，污染較重的權(quán)重較大，該權(quán)重方法可進(jìn)一步探討，∑ωi=0。

2.3 方法特點(diǎn)

(1)根據(jù)各環(huán)境要素污染情況，賦予不同的權(quán)重，突出反映污染較重的要素。

(2)克服標(biāo)準(zhǔn)邊界過于明確等問題，通過水質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，海水污染指數(shù)可以是一個(gè)具體的數(shù)值而非明確的幾類水質(zhì)。

(3)評(píng)價(jià)后得到的結(jié)果是數(shù)值形式，可將數(shù)值評(píng)價(jià)結(jié)合空間分析、繪圖軟件形成更直觀的圖形化評(píng)價(jià)產(chǎn)品。利用軟件選擇適合的插值方法，對(duì)海水污染指數(shù)進(jìn)行柵格化，形成包含經(jīng)度、緯度、海水污染指數(shù)的文件，再利用繪圖軟件可制成等值線圖，以便在面對(duì)公眾時(shí)能具有更好的信息傳達(dá)效果。

3 應(yīng)用實(shí)例

以渤海某次調(diào)查的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，利用以上水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法對(duì)海水環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)，該監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)站位5個(gè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目10項(xiàng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 渤海某項(xiàng)目水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果 mg/L

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)各海水要素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，參考海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097-1997)，按照各方法運(yùn)算要求及步驟，其中內(nèi)梅羅指數(shù)法采用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分別得到評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。

表3 各方法評(píng)價(jià)結(jié)果

由評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，各評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果不同，單因子評(píng)價(jià)法結(jié)果最為悲觀，對(duì)該海域總體評(píng)價(jià)結(jié)果為劣Ⅳ類；內(nèi)梅羅指數(shù)法和綜合評(píng)價(jià)法各站位評(píng)價(jià)結(jié)果略有不同，但內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)該海域總體評(píng)價(jià)結(jié)論為未達(dá)標(biāo)，等級(jí)劃分為Ⅲ；綜合污染指數(shù)法對(duì)海域總體評(píng)價(jià)結(jié)論為Ⅳ。不同評(píng)價(jià)方法產(chǎn)生不同結(jié)果的原因是由于對(duì)單因子依賴結(jié)果的不同及各指標(biāo)權(quán)重的確定方法不同所致。

3.2 結(jié)果分析

(1)單因子評(píng)價(jià)法只考慮污染最嚴(yán)重的因子，其他因子作用被弱化，具有一定的片面性，無法反應(yīng)整體污染情況。

(2)內(nèi)梅羅指數(shù)法，特別考慮了污染最嚴(yán)重的因子，同時(shí)也取單因子指數(shù)的平均值，但未考慮整體海水污染要素的復(fù)雜性，因此評(píng)價(jià)結(jié)果較樂觀。

(3)綜合污染指數(shù)法解決了水質(zhì)評(píng)價(jià)的連續(xù)性描述問題，對(duì)不同污染級(jí)別的要素賦予不同的權(quán)重，評(píng)價(jià)結(jié)果較為適中。

4 討論

海水系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多因子系統(tǒng)，海水是一個(gè)動(dòng)態(tài)連通的整體，各評(píng)價(jià)因子之間存在互相的影響關(guān)系，不同的污染物危害程度不同，且濃度與毒性不成簡(jiǎn)單的比例關(guān)系，在實(shí)際的水質(zhì)評(píng)價(jià)中，應(yīng)充分考慮評(píng)價(jià)海域水環(huán)境的特征，因地制宜地選取評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)方法。

[1] 張戈，于大濤，袁仲杰，等.海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法比較分析[J]. 海洋開發(fā)與管理，2009，26(10):102-105.

[2] 尹海龍，徐祖信.河流綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)方法比較研究[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2008，17(5):729-733.

[3] 馮華. 淺談水質(zhì)評(píng)價(jià)方法[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014，20(3):15-16.

[4] GB3097—1997海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

國家海洋局海洋公益性項(xiàng)目(201305003)；山東省防災(zāi)減災(zāi)基金項(xiàng)目(2011008).

P74; X824

A

1005-9857(2015)11-0083-03