基于水質指數法的城市地表水環境質量排名研究

唐萍　王歡

摘要?[目的]研究2018年安徽省相關城市地表水環境質量排名。[方法]采用水質指數法計算城市地表水環境質量。[結果]皖南城市地表水環境質量優于皖北城市地表水環境質量，新安江、長江流域城市地表水環境質量優于淮河流域城市地表水環境質量，評價結果吻合實際情況且更加客觀準確。[結論]該研究為水環境的管理提供理論依據。

關鍵詞?水質指數法;城市;地表水;環境質量;排名

中圖分類號?S181.3文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）16-0078-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.023

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study?on?the?Ranking?of?Urban?Surface?Water?Environment?Quality?Based?on?Water?Quality?Index?Method

TANG?Ping，WANG?Huan?（Environmental?Monitoring?Central?Station?of?Anhui?Province，?Hefei，Anhui?230071）

Abstract?[Objective]The?research?aimed?to?study?the?ranking?of?surface?water?environmental?quality?of?related?cities?in?Anhui?Province?in?2018.[Method]The?environmental?quality?of?urban?surface?water?was?calculated?by?water?quality?index?method.[Result]The?surface?water?environment?quality?of?cities?in?Southern?Anhui?was?better?than?that?of?cities?in?Northern?Anhui，?and?the?surface?water?environment?quality?of?Xin'an?River?and?Yangtze?River?Basins?was?better?than?that?of?urban?surface?water?environment?in?Huaihe?River?Basin.The?evaluation?results?were?in?line?with?the?actual?situation?and?were?more?objective?and?accurate.[Conclusion]This?study?provides?a?theoretical?basis?for?the?management?of?water?environment.

Key?words?Water?quality?index?method;City;Surface?water;Environmental?quality;Ranking

當前安徽省部分地區水環境質量惡劣、水生態受損嚴重、水環境隱患較多等問題十分突出，為了加大水污染防治力度，保證國家的水安全，國務院于2015年4月印發了《水污染防治行動計劃》（國發〔2015〕17號），《水污染防治行動計劃》（以下簡稱《水十條》）中要求：綜合考慮水環境質量及達標情況等因素，國家每年公布最差、最好的10個城市名單和各省（區、市）水環境狀況[1]。為了落實此政策，并進一步加強城市水污染防治工作、改善城市地表水環境質量，安徽省立即開展了城市地表水環境質量排名工作。

目前國內外對于地表水環境質量評價和考核方法主要有單因子水質類別評價法、水質指數法和不確定性方法三大類[2]。單因子水質類別評價法簡單易行，主要適用于單個斷面（點位）的評價，不適用于對整個城市的地表水環境質量進行綜合評價和比較排名;不確定性方法目前包括綜合污染指數法、水質指數法、綜合水質標識指數法和模糊評價法等[3-10]，上述方法各有利弊，還停留在理論研究層面，計算和操作復雜，應用到實際工作中需要進一步深入研究;而水質指數法種類繁多、簡單易懂，結果便于比較，能滿足環境管理的需要。針對以上考慮，筆者基于研究城市水質指數方法，并針對安徽省城市地表水環境質量進行實例測算。

1?資料與方法

1.1?研究區域概況

安徽省位于華東腹地，地理坐標為

114°54′～119°37′E、29°41′～34°38′N，面積13.96×104?km2，約占全國土地總面積的1.45%，居華東第3位、全國第22位，是地跨長江、淮河中下游，東臨長江三角洲的內陸省份。東連江蘇，西接湖北、河南，南鄰浙江、江西，北接山東，省域南北長約570?km。安徽省境內有長江、淮河、新安江三大水系，其中淮河流域面積6.71×104?km2，長江流域面積6.60×104?km2，新安江流域面積為0.65×104?km2。全省現有水面105.4×?104?hm2，長度>5?km、寬度≥10?m江河干流和四級以上的支流共計606條，總面積2?601.9?hm2，長度>100?km的河流27條，面積1?672.4?hm2，其中淮河水系14條，長江水系10條，新安江水系3條。湖泊面積35.5×104?hm2，水庫面積11.5×?104?hm2，池塘面積23.5×104?hm2。

2018年，安徽省參與城市地表水環境質量排名的斷面（點位）有117個（表1），其中合肥市21個、淮北市4個、亳州市4個、宿州市5個、蚌埠市4個、阜陽市5個、淮南市7個、滁州市7個、六安市12個、馬鞍山市5個、蕪湖市6個、宣城市8個、銅陵市3個、池州市7個、安慶市12個、黃山市7個。

1.2?研究方法

1.2.1?水質指數法[11]。城市水質指數即CWQI城市，依據城市水質指數標準，按照從小到大的順序進行排序，排名越靠前則說明該城市的地表水環境質量情況越好。在計算城市水質指數時，分別計算得出城市河流的水質指數CWQI河流和湖庫的水質指數CWQI湖庫?，再根據河流斷面和湖庫點位數量的加權均值，計算得出該城市的城市地表水質指數。

1.2.1.1?河流的水質指數。

（1）單項指標的水質指數。用各單項指標的濃度值除以該指標對應的地表水Ⅲ類標準限值，計算單項指標的水質指數，如式（1）所示：

CWQI（i）=C（i）/C?s（i）（1）

式中，C（i）為第i個水質指標的監測值;?C?s（i）為第i個水質指標地表水?Ⅲ?類水濃度標準限值;CWQI（i）?為第i個水質指標的水質指數。

溶解氧的水質指數計算方法：

CWQI（DO）=C?s（DO）/C（DO）（2）

式中，C（DO）為溶解氧的監測值;C?s（DO）為溶解氧的地表水Ⅲ類水濃度標準限值;CWQI（DO）為溶解氧的水質指數。

pH的水質指數計算方法：

CWQI（pH）=（7.0-pH）/（7.0-pHsd）（3）

CWQI（pH）=（pH-7.0）/（pHsu-7.0）（4）

式中，pHsd為?GB?3838—2002中pH的下限值，?pHsu為?GB?3838—2002中pH的上限值;CWQI（pH）為pH的水質指數。

（2）河流的水質指數。根據各單項指標的CWQI，取其加和值即為CWQI河流：

CWQI河流=mi=1CWQI（i）（5）

式中，CWQI河流為河流水質指數，CWQI（i）為第i個水質指標的水質指數，?n為水質指標個數。

1.2.1.2?湖庫的水質指數。

湖庫的水質指數計算方法與河流一致，另外，在計算單項指標的水質指數時，湖庫總磷的Ⅲ類水濃度標準限值為0.05?mg/L。

1.2.1.3?城市的水質指數。根據城市轄區內河流和湖庫的CWQI，取其斷面（點位）數的加權均值即為該城市的CWQI城市：

CWQI城市=（CWQ河流×M+CWQI湖庫×N）/（M+N）（6）

式中，CWQI城市為排名城市的水質指數;M為城市的河流斷面數;N為城市的湖庫點位數。若排名城市僅有河流斷面，無湖庫點位，則取城市的河流水質指數為該城市的城市水質指數，即：

CWQI城市=CWQI河流。

1.2.2?數據統計要求。

數據統計和計算結果按照《數值修約規則與極限數值的表示和判定》（GB/T?8170）的要求進行修約。各項指標濃度值保留小數位數比《地表水環境質量標準》（GB?3838—2002）中的?Ⅰ?類標準限值多1位，若按此修約為?0則至少保留1位有效位數。

1.3?數據來源?選取2018年第1季度、上半年及全年安徽省參與城市地表水環境質量排名的117個考核斷面（點位）監測數據均值，排名計算指標采用《地表水環境質量標準》（GB?3838—2002）中除水溫、總氮和糞大腸菌群以外的21項指標。

2?結果與分析

按照水質指數法測算出的2018年第1季度、上半年及全年安徽省CWQI如表2～4和圖1所示。?按照從小到大的順序進行排名，排名越靠前，說明城市整體的地表水環境質量越好。

由表2～4計算結果可知，2018年第1季度、上半年及全年安徽省參與地表水環境質量排名的16個城市的CWQI城市修約后數值分別為3.411?3～6.988?0、3.315?8～6.732?6、?3.254?8～7.114?9，由此可見，各城市地表水環境質量有一定的差別，但差距不大;結果顯示，2018年第1季度、上半年及全年安徽省城市地表水環境質量排名前3名城市均為黃山市、池州市和蕪湖市。由圖1可知，排名靠前的黃山、池州和銅陵市屬于安徽省皖南地區，處于新安江、長江流域;排名靠后的淮北、亳州和宿州市屬于安徽省皖北地區，處于淮河流域;由此可見，2018年第1季度、上半年及全年安徽省皖南城市地表水環境質量優于皖北城市地表水環境質量，新安江、長江流域城市地表水環境質量優于淮河流域城市地表水環境質量，評價結果與安徽省地表水環境質量現狀基本吻合。