地表水監測指標在環境影響評價中的應用

劉衍

摘要： 通過收集整理并分析銅陵市地表水指標中化學需氧量（COD）、高錳酸鹽指數（IMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總氮和總磷的監測數據，發現地表水各監測指標之間存在一定的必然的相關性。這些監測指標的數值，除了發揮完成常規地表水的環境監測任務的作用，也將會成為環境影響評價工作提供重要的評價依據，所以分析好監測指標之間的相關性，能夠發揮出環境監測數據的雙重應用價值。

Abstract： Through collecting and analyzing the monitoring data of chemical oxygen demand （COD）， permanganate index （IMn）， five-day biochemical oxygen demand （BOD5）， ammonia nitrogen （NH3-N）， total nitrogen and total phosphorus in the surface water indexes of tongling city， it is found that there is a certain correlation between the monitoring indexes of surface water. The values of these monitoring indicators， in addition to playing a role in completing the environmental monitoring task of conventional surface water， will also become an important evaluation basis for environmental impact assessment. Therefore， a good analysis of the correlation between monitoring indicators can give play to the dual application value of environmental monitoring data.

關鍵詞：地表水;監測指標;相關性;環境影響評價

Key words： surface water;monitoring indicators;correlation;environmental impact assessment

中圖分類號：X824? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）33-0217-02

0? 引言

化學需氧量（COD）、高錳酸鹽指數（IMn）、生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷、總氮都是地表水環境質量標準基本項目指標，既是判斷水域水質的評價標準，也是水質治理和規劃的目標和水質管理的技術基礎。在分析水質指標的同時，進一步關注指標之間的內在聯系，不僅對環境監測分析的數據審核具有非常重要的指導意義[1、2]，同樣在環境影響評價領域可以得到很好的利用[3、4]?；瘜W需氧量、高錳酸鹽指數是作為直接表示水體中還原性物質和有機物相對含量的指標，生化需氧量是作為間接表示水體中有機物含量的指標，均為判斷水質質量的重要參數;氨氮和總氮是反映水體中不同形式氮含量的指標，總磷是反映水體中總的磷化合物數量總和的指標，而氮磷元素都時導致水體富營養化和水質變差的重要因素。

隨著水體環境研究的不斷深入，更多的國內外環境分析和監測人員關注到指標之間的關聯性[5-6]，這將在環境影響評價[7-8]、廢水污染源辨析和管控[9-10]、生態環境水體監測[11-12]以及污染變化趨勢判斷等諸多方面發揮重要作用?，F行的環境影響評價方法中，利用環境監測指標預測的模式還僅僅利用了溶解氧和生化需氧量之間的關系（S-P模式），本文通過分析兩項地表水水質指標之間的關系，希望為環境影響評價預測提供更多的分析方法和預測模式。

1? 研究對象與方法

文本研究對象為長江銅陵段地表水，數據來源于2017年9月-2018年12月銅陵市環境監測中心站310個地表水監測和分析的數據，其中包括銅陵長江段水樣、區域內順安河、長河、菜子湖、天井湖等地表水樣品。對化學需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮和總磷六項常規監測數據進行了相關性分析，采用Pearson相關系數法分析探討了六項常規指標數據之間的相關性及數據之間存在聯動變化，采用SPSS19. 0對水質數據進行分析。

2? 結果與討論

2.1 水質六項基本指標的相互關聯性

整理銅陵站監測的長江銅陵段及周邊地表水的監測數據，剔除明顯異常的超標數據和檢出限附近不具備統計意義的數據后，采用Pearson相關系數法對數據間的相關性進行統計計算與分析。通過分析這些指標之間的Pearson相關系數，分別篩選出三組相關指標進行關聯性分析，討論其存在關聯性的原因和變化規律，即COD、IMn、BOD5為一組、NH3-N和COD為一組，NH3-N和總磷、總氮為一組。

2.2 化學需氧量、高錳酸鹽指數、生化需氧量的相關性分析

化學需氧量、高錳酸鹽指數和生化需氧量都是可以表示水體中有機物相對含量的條件性指標，但又有所區別。從這三種指標所能反映的污染情況來看，其必然存在一定的關聯性;從統計數據來看，也確實證實了三種指標之間的相關性程度非常密切。為了進一步探究化學需氧量、高錳酸鹽指數和生化需氧量之間的相關性程度，對這三個指標中兩種指標分別做線性回歸分析。

根據147組監測數據，化學需氧量和高錳酸鹽指數存在如下線性關系：y=2.8440x+3.6597，R2=0.8113。由于KMnO4的氧化率較低，一般只反映清潔水樣中還原性物質的量，所以在這些監測數據中，高錳酸鹽指數的值一般分布在COD小于5mg/L范圍內。樣品中也有部分水樣的高錳酸鹽指數較高，同時對應的化學需氧量也隨之具有更高的值，變化趨勢具有一致性，并且COD/IMn的平均值約為2.84。

根據128組化學需氧量和生化需氧量的監測數據進行線性回歸分析，二者存在如下線性關系：y=5.5538x+ 3.2257，R2=0.7410，并且顯著相關。生化需氧量和化學需氧量所反映的還原性物質區別在于，生化需氧量僅反應可以被氧化的有機物質，而化學需氧量除了反映能氧化部分有機物外，還能反映其他無機還原性物質的量。從線性回歸方程可以看出，COD/BOD5的平均值為5.55，這對我們日常數據審核和分析具有一定的指導意義。

在影響評價預測方面，在沒有污染物侵入的情況下，水體環境相對穩定，水中有機物在還原性物質中的占比保持在一定的范圍內，化學需氧量與生化需氧量的比例同樣會保持相對穩定;如果COD/BOD5出現異常變大，表明其他無機污染物侵入到水體中，主要污染物為還原性無機物;如果COD/BOD5出現異常降低，表明其他有機污染物侵入到水體中，有機物污染較為嚴重。

2.3 氨氮和化學需氧量的相關性分析

由表1可知，氨氮和化學需氧量之間存在著極顯著相關性，R=0.8362，對131組氨氮和化學需氧量數據進行線性回歸分析，線性回歸關系為：y=7.0795x+8.6624，R2= 0.6992，COD/氨氮的平均值約為7.08。但是在氨氮檢出下限以下的數據過多，COD值多集中于在5～10mg/L，不能很好的反映二者的相關性;如果剔除氨氮檢出下限以下的數據，對刪除后的90組氨氮和化學需氧量數據重新進行相關性和線性回歸分析，Pearson相關系數為0.8941，線性回歸關系為：y=6.1095x+10.69，R2=0.7995，二者表現出更加顯著的相關性。這就說明，在氨氮濃度比較大的水質中，氨氮和COD會展示出更加一致性的變化趨勢和極強的相關性，可以利用這種關系來預測污染嚴重的水體情況和影響評價。

2.4 總氮、氨氮和總磷的相關性分析

總氮反映的是水體中有機氮和各種無機氮化物的含量，氨氮則是反映水體中游離氨和氨鹽的含量。從定義上看，氨氮是總氮含量的一部分，所以氨氮和總氮之間會存在一定的相關性?？偭追从车氖撬w中磷元素的總含量，水質中總磷和總氮的含量過高都是造成水體富營養化的重要的原因，因此探索總氮、氨氮和總磷之間的相關性對環境水體分析和預測分析具有重要意義。

通過對氨氮和總氮的監測數據進行相關性和線性回歸分析，可知氨氮與總氮的Pearson相關系數為0.8702，線性回歸關系為：y=1.6653x+1.1133，R2=0.7572，總氮/氨氮的平均值約為1.67，即氨氮在總氮中的占比約為60%。以上只是統計學角度的相關性，單從散點圖中可以發現，總氮的值在0～2mg/L的范圍內，氨氮值保持在0.1mg/L以下，基本處于到檢出下限以下，可以理解為總氮值較低時，水質中氮以游離氨和銨鹽以外的形式存在。

氨氮與總磷的Pearson相關系數為0.9498，其相關程度大于總氮與總磷的相關程度，總磷值在0～0.05mg/L的范圍內，氨氮值同樣保持在0.4mg/L的檢出下限以下。但是，當氨氮和總磷的濃度都較大時，由于總磷含量的升高，導致水體富營養化，水生生物尤其藻類大量繁殖，進而分解產物也大量增加，導致氨氮量增加。也就是說，在水體受污染嚴重的情況下，氨氮和總磷會表現出很強的相關性和變化一致性，氨氮-總磷關系在特定水體中可以用于環境影響評價中的預測。

3? 結論

在地表水中化學需氧量、高錳酸鹽指數和生化需氧量三者之間有明顯的相關性，并且三者之間的比例關系較為吻合，可以利用單一指標去預測或估算其他指標，完全可以用于對環境影響評價的環境預測和預判。氨氮和總磷的相關性在有足夠的監測數據前提下，可以利用二者關系進行相關性分析，并應用于環境影響評價的預測。所以，地表水中各項指標之間的相關性在環境影響評價和預測上將會發揮出重要價值。

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