滦河流域河流水质评价方法比较与分析

孙志琢

（河北省承德水文水资源勘测局，河北承德 067000）

环境污染日趋严重，水质不断恶化，水资源危机给人类带来了极大的危害，水污染已成为21世纪全球性的重大问题。对流域水环境质量作出科学、客观的评价是进行水污染治理及流域综合管理的基础。我国对水质评价方法的研究已有三十几年，并逐渐发展和完善起来。普遍使用的有单因子评价法、多因子评价法（如模糊数学评价法、灰色系统评价法及人工神经网络评价法）、层次分析法、污染指数法和物元分析法等，每种评价方法有其不同的侧重点，如何选择评价方法并采纳哪种评价结果显得尤为重要。

笔者选择了水质评价工作中较为常用的单因子评价法、综合污染指数法、分级评价法、内梅罗污染指数法、模糊综合评价法及水质标识指数法共6 种方法，以滦河流域（承德地区）作为研究对象，分析和比较了这6 种水质评价方法的优缺点，为选择合适的评价方法提供参考。

1 河流水质评价方法概述

1.1 单因子评价法

单因子评价法是将监测数据与目标标准值进行对比分类，并选取结果最差的类别作为评价结果。该方法计算简单、结果明了，超标参数及超标倍数一目了然，是我国实施多年且普遍认可的一种评价方法。

1.2 综合污染指数法

综合污染指数是将监测数据与同一类别标准值对比得到单项污染指数，并将各对比结果计算算术平均值而得到。综合污染指数法可以判定水体受污染程度，但该方法应用的前提是认为各参评因子对水质的贡献基本相同，且方法的比较必须在同一类别标准上进行。

单项污染指数计算公式为：

式中：Ci为污染物实测浓度（mg/L）；Si为相应类别标准值（mg/L）。

综合污染指数计算公式为：

式中：Pi为第i单项污染指数；n为参评项目个数。

根据评价结果对水质进行分级，水质分级标准见表1。

1.3 分级评价法

分级评价法计算原理为：首先将《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的各项目按类别分别赋予一定的分值，然后将监测数据与标准中各类别限值进行单因子比较，确定其所属分值，最后将各分值结果计算算术平均。其计算公式为：

表1 综合污染指数评价

式中：Ai为参数评分值；n为参评项目个数。

1.4 内梅罗污染指数法

内梅罗污染指数法是美国叙拉古大学内梅罗(N.L.Nemerow)教授在其所著的《河流污染科学分析》一书中提出的一种水污染指数。它是一种兼顾极值的计权型多因子环境质量指数，是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用的方法之一。其计算公式为：式中：为所有单项污染指数的平均值；Pimax为水环境各单项污染指数中的最大值。

1.5 模糊综合评价法

模糊综合评价法属于多因子评价法，该方法选取水质参评指标，用模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价。其基本步骤为：首先，用各参评项目根据其对各级标准的隶属度集得出隶属度矩阵；其次，再把各参数的权重集与隶属度矩阵相乘；最后，根据综合评判结果选择隶属程度最大参数对应的类别为水质综合评价结果。该方法能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

1.6 水质标识指数法

水质标识指数法是由徐祖信等人研究并发展起来的，由整数位、小数点后三或四位有效数字组成。该方法为综合水质评价方法，既能定性评价又能定量评价，既能横向比较又能纵向比较，还能对河流治理前后效果进行比较，能综合全面地给出多种分析比较结果等信息。此方法计算方便、结果直观。评价合理综合水质标识指数(Iwq)表达结构为：

式中：X1.X2为综合水质指数，由计算得到；X3和X4为标识码，通过判断比较而得到。

2 实例比较与分析

2.1 研究区简介

选取滦河流域（承德段）29个监测断面（详见表2），对2011年河流溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮、总磷、总氮、挥发酚、氟化物、氰化物、铜、砷、镉、六价铬、铅、汞共14项指标参数进行监测。

表2 监测断面的基本情况

2.2 评价结果

对2011年水质监测数据的平均值，按单因子评价法、综合污染指数法、水质标识指数法等6种方法对研究区各断面水质进行评价，结果见表3。

从表3的评价结果可以看出：

（1）应用单因子评价法分析的29 个断面中有5个为Ⅴ类、11 个为劣Ⅴ类，严重污染断面（16 个）占到总评价断面的一半以上，而该流域中水质类别最好的为Ⅱ类，共3 个。单因子评价法是由污染最严重的水质参数决定的，采取某项污染项目超标就断定整个水体超标的一票否决制。因此，单因子评价法的结果有一定的片面性。但该方法适用于个别参数超标严重，严重影响水环境质量的情况。以研究区李营（二）断面为例，只有在单因子评价法时才属于劣V类水质，说明该断面受流域特性影响，上游主要为铜矿等选矿废水，因此单因子超标严重。

表3 不同方法的评价结果比较

（2）应用综合污染指数法得出的结果表明，只有窑沟门、下板城和平泉3 个断面的水质为清洁，6 个为尚清洁，其余20 个水质则受到不同程度的污染。综合污染指数法是基于水功能标准划分的，因此严格意义上说此方法只能对水质的污染状况作出评价，但不能确定综合水质类别。此方法的另外一个缺点是计算相对复杂。

（3）应用分级评价法得出的结果表明，研究区内水质大部分为II或III类水，而严重污染的断面如小东区、四合永等也被评价为III类水。造成这种结果的原因是分级评价法将各污染因子平均对待考虑，无法正确反映出污染极值对水质类别的影响。在评价过程中，如果有几项指标评分较高就会拉高总评分，出现评价结果与实际水质状况不符的情况。

（4）应用内梅罗污染指数法得出的结果是，清洁或者尚清洁的断面有6 个、重污染或者严重污染的有12 个，其他的为轻污染或者中等污染。内梅罗污染指数法兼顾了最高污染项和平均污染项的影响，评价方法具有合理性，但也确实存在过分突出最大值这一问题，与分级评价法一样也会造成综合评分偏高。也就是说，在评价过程中仅考虑了最高污染项，未考虑或消弱了次大污染项的作用。目前往往通过给各因子赋权重的办法对该方法进行修正。

（5）应用模糊综合评价法的结果表明，评价断面中有11 个为Ⅴ类，且从隶属度来看，归为Ⅴ类的断面中大部分超过0.95，表明水污染非常严重，它可能会劣于Ⅴ类水质标准。但该评价方法采取的分类原则使它不能反映这些劣Ⅴ类水体的污染程度。模糊综合评价法比较适合评价Ⅰ～Ⅴ类之间的水质。但当水质劣于Ⅴ类时，其结果仍然是Ⅴ类，这样得出的结论相对较保守。

（6）应用水质标识指数法的结果表明，小东区的水质为劣Ⅴ类（10.235），承德断面的指数也达到6.205，属于严重污染。而上板城、乌龙矶、围场和四合永等断面的水质为Ⅴ类，评估结果与实际情况基本一致，评估结论具有较高的准确性和可靠性。结果表明，水质标识指数法可以对河流进行合理的评价，特别是对劣Ⅴ类水体，解决了关于劣Ⅴ类水体水质连续性描述的问题。

3 结论

笔者以滦河流域的29个监测断面为例，共选择了单因子评价法、综合污染指数法、分级评价法、内梅罗污染指数法、模糊综合评价法及水质标识指数法对滦河流域（承德地区）各河流进行水质评价，根据流域实际污染状况和6 种方法的评价结果，得到如下结论：

（1）除水质标识指数法外其他5个方法的评价结果都有一定的片面性，如单因子评价法过于武断，为一票否决制；综合污染指数法和内梅罗污染指数法相似，仅对污染状况进行描述评价而无法确定水质类别且计算相对复杂，同时内梅罗指数法过分突出最大值的影响；分级评价法则与内梅罗指数法思路相反，无法反映污染因子极值的影响，而仅仅以平均方式反映其影响；模糊综合评价法不适用于劣Ⅴ类水质的评价。总之，这5种方法要么比较保守，要么过于强调某一因子的影响，综合评价结果均不理想。

（2）水质标识指数法可以从定量和定性两个方面来表达水质信息，它不仅客观反映河流的综合水质类别、重点污染因子判别、受污染程度、与水体功能区类别的比较结果等信息，还可通过对同一河流不同时期、不同断面的综合指数分析对比，来了解判断污染物贡献程度及治污效果，为河流污染防治提供管理和决策依据。总之，水质标识指数法是一种综合全面的评价方法，推荐使用此方法进行河流水质评价。

综上所述，根据水质标识指数法的评价结果，2011年滦河流域（承德段）各河流超Ⅲ类水断面共有12 处（Ⅳ类6 个、Ⅴ类或劣Ⅴ类6 个），占总数的41.4%，污染较为严重，重点污染物有总磷、总氮、氨氮和高锰酸盐指数等，此类污染物是今后防污治污的重点。具体各河流中，兴州河、老牛河，小滦河和瀑河污染较轻，水质较好；污染最严重的为柳河（小东区断面及以下），已出现水体变色异味等现象；伊逊河受上游县城发展等影响水质也较差；其他河流水质一般，只有个别断面水质较差。

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