基于环境质量监测的区域环境质量综合评价体系

陈雨艳，杨 坪，余 恒，张秋劲，李 纳，黄胜红，王英英

四川省环境监测总站，四川 成都 610091

随着经济高速发展和人民生活水平提高，能源枯竭，环境污染和生态破坏日益严重［1］，环境质量问题受到人们越来越多的关注。如何对环境质量进行客观的综合评价具有重要的理论和实际意义。常用的环境质量评价方法包括层次分析法［2］、模糊综合评判法［3-4］、欧氏距离聚类法［5］和主成分分析法［6-7］等;评价体系的内容也各有侧重，有的侧重于地质环境质量［8］和生态环境质量评价［9-12］，有的侧重于农村环境质量评价［13］，有的基于污染物排放视角［14］和基于植物景观评估［15］。建立的环境质量评价体系多包括污染物排放指标和经济指标［16-17］，而往往忽略了建立一种单纯基于环境质量监测体系的环境质量综合评价体系，这种体系可用于行政区域综合环境质量的考核，即可用于各行政区域环境质量评价和横向比较排名以及年际间变化状况观察的评价体系。

该文对量化区域环境质量状况进行了探索，基于环境质量监测建立了区域环境质量综合评价体系，提出了区域环境质量的考核方式。通过每年采用区域环境质量综合评价体系对各个区域环境质量的好坏进行评价，可以直观地体现各区域环境质量状况及其综合排名，使区域间能够进行横向比较，能反映某区域年份之间环境质量变化情况，揭示地区环境质量恶化的因素，这样更能有效地引起各地区相关部门的重视，看到差距，有针对性地采取相应的措施改善环境质量，同时能增强大众的环保意识，对环境质量总体情况认识更直观，对于环境管理具有极其重要的现实意义。

1 建立原则

以科学性［18］、针对性、全面性、可操作性［19］和导向性等为原则建立区域环境质量综合评价体系。在环境质量各要素相关标准和规范的基础上，考虑环境质量的影响要素，以环境监测为基础，以环境质量例行监测数据为依托，具有科学性和可操作性［20］;同时又不局限于现有监测数据，兼顾监测点位与数据的时间和空间的覆盖性，具有全面性;建立的评价体系考虑了环境质量监测未来发展趋势，具有导向性。本体系用于全面而纯粹地反映区域环境质量综合状况，而不涉及污染物排放和经济状况等指标。

2 确定方法

2.1 指标和权重的确定方法

建立的评价体系包括目标层、要素层和指标层，环境质量综合评价体系采用征求专家意见的方法确定评价体系的要素、指标及其相应权重。

2.2 环境质量综合指数的计算方法

区域环境质量综合指数(REQI)的计算公式:

式中:n为环境要素个数，本评价体系n=5;Pi为要素i的环境质量指数;Rj为要素i一级指标j的环境质量指数;Wj为一级指标j的权重;m为要素i包含一级指标的个数;wk为二级指标k的权重值;Bk为二级指标k的环境质量指数;l为一级指标j包含二级指标的个数，如二级指标k还包含三级甚至四级等多级指标，其指标的环境质量指数计算以此类推。

3 适用范围及用于区域环境质量考核的方式

3.1 评价体系的适用范围

评价体系适用于各区域环境质量状况评价及排名，这里的“区域”指的是二级和三级行政区，即二级行政区的地区、盟、自治州、(地级)市和三级行政区的县、自治县、旗、自治旗、(县级)市、(市辖)区、林区、特区。

3.2 用于区域环境质量考核的方式

每年采用评价体系计算各区域的REQI(满值为100)，按照各区域综合指数进行排序。以评价体系用于考核的年份为第一年，连续3年的环境质量综合指数的均值作为基准年的环境质量综合指数，ΔREQI为考核年度环境质量综合指数与基准年环境质量综合指数之差，反映环境质量状况变化情况。

4 区域环境质量综合评价体系的组成

4.1 评价体系的组成

评价体系包括目标层、要素层和指标层，要素层包括环境空气、水环境、声环境、生态状况和土壤环境5个部分;指标层根据实际情况又可分为多级指标，详见表1(只列出一级和二级指标)。

4.2 评价方法的选择原则

评价体系包括环境空气、水环境、声环境、生态状况和土壤质量5个要素，评价方法主要以各要素环境质量标准、监测技术规范和相关的评价技术规定等为基础，综合考虑其可操作性和实用性，充分利用例行监测数据，结合现有环境质量统计方法，以能够合理地将环境质量状况进行量化处理且能科学地代表环境质量状况为准则，经专家认可方可确定为环境要素和指标的评价方法。评价方法大体分为3种方式，即采用插值法，以环境要素或指标的达标比率为基础，采用现有规定的评价方法。

在环境质量标准(或规范)中规定了相应的环境质量标准来划分其级别(或类别)的环境要素(或指标)，或多以插值法为基础计算其环境指数。例如，在地表水水质评价中，就是对不同水质类别的标准限值赋予相应的环境指数值，根据单项污染物浓度，采用插值法计算监测点位单项污染物的环境指数;区域声环境质量指数和土壤点位环境指数的计算也是采用插值法。

当环境要素或指标只有2个以下环境质量标准或标准限值，很难采用插值法来计算环境指数，或者环境要素或指标的例行监测数据可以直接使用，均可考虑以达标比率为基础来计算，但这种评价方法必须能科学地代表环境质量并经过专家认可。例如，集中式饮用水源地水质评价就是采用全年累计达标水量比例进行计算;环境空气评价中的小时评价指数和日评价指数、酸雨状况环境指数和功能区噪声环境指数等均是以达标比例为基础进行计算。

表1 区域环境质量综合评价体系组成

能直接用现有的评价技术规范或评价办法对其环境质量状况进行量化处理的环境要素和指标，则考虑利用现有的评价办法。如生态状况评价中4个指标的环境指数采用《生态环境状况评价技术(试行)》(HJ/J 192—2006)中相应的计算方法;水环境中湖库水体营养状况评价采用《地表水环境质量评价办法(试行)》(环办［2011］22号)中综合营养状态指数法来计算监测点位的营养状态指数，并在此基础上计算监测点位水体营养状况环境指数。

4.3 评价方法

4.3.1 环境空气质量评价

环境空气质量评价包括城镇环境空气质量和乡村环境空气质量共2个一级指标，城镇和乡村环境空气质量各包括污染物的小时评价、日评价、年评价和酸雨状况4个二级指标，其中小时评价和日评价代表短期空气质量状况，年评价代表空气污染物长期情况。美国、欧盟和澳大利亚等均制定了污染物短期评价的允许超标时间，小时评价和日评价的高浓度的影响可以在年评价中得到体现，年评价能代表长期环境空气质量，其高浓度影响相对较大，为了体现短期空气质量，兼顾环境空气对生物长期的影响，根据专家意见小时评价和日评价采用达标比例进行计算，而年均值采用插值法进行评价。酸雨是指pH＜5.6的降水［16］，危害很大，会对生态系统产生严重的影响，造成土壤酸化，还能使非金属建筑材料表面硬化水泥溶解，是例行的监测项目，因此把酸雨情况作为二级指标，且以非酸雨量所占比例为基础计算其环境指数。

4.3.1.1 小时评价

小时评价项目包括 SO2、NO2、CO和 O3共4项，参与评价的污染物浓度有一项超过《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准限值，则为超标。小时评价环境指数=年度达标小时数×100/年度监测小时总数。

4.3.1.2 日评价

日评价的项目包括 SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3共6项。其中前5项采用的是24 h均值，O3采用的是日最大8 h滑动平均。采用单因子评价，单项污染物浓度超过《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准限值，则超标。日评价环境指数 =年度达标天数 ×100/年度监测天数。

4.3.1.3 年评价

根据《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)，年评价包括年平均浓度评价和24 h均值百分位数评价，参评项目包括SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和 O3共6项。对于没有年均浓度限值标准的O3和CO，仅以24 h均值百分位数进行评价。对《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中年均值和日均值不同级别标准浓度赋予环境指数值，根据参评污染物年均值浓度和24 h均值百分位数，采用插值法计算年平均浓度评价的环境指数和百分位数评价的环境指数。单项年评价环境指数为年平均浓度评价和百分位数评价环境指数的最低值。年评价环境指数 =min(SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3单项环境指数)。

4.3.1.4 酸雨状况

酸雨状况用酸雨状况环境指数表征。酸雨状况环境指数=(总雨量－酸雨量) ×100/总雨量。

4.3.2 水环境质量评价

地表水是水资源的重要组成部分，也是人类生活用水和土地灌溉的来源之一。集中式饮用水源地水质与人类身体健康息息相关，地表水和集中式生活饮用水源地水质是水环境例行监测的重要组成部分，这两者组成了水环境质量评价。

4.3.2.1 评价指标的组成

水环境质量评价包括地表水和集中式饮用水源地水质2个一级指标:地表水包括水质和湖库水体营养状况2个二级指标;集中式饮用水源地水质包括地表水水质和地下水水质2个二级指标，其权重见表1，其中二级指标水质包括河流和湖库2个三级指标，其权重分别为P河流和P湖库。P河流=区域内断面所在不同河流年总径流量之和/(区域内点位所在湖库库容总和+区域内断面所在不同河流年总径流量之和);P湖库=1－P河流。

4.3.2.2 评价方法

4.3.2.2.1 地表水

水质评价包括河流水质和湖库水质，评价指标为《地表水环境质量评价方法(试行)》中规定的21项，即《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1中除水温、总氮和粪大肠菌群外的21项。水质评价涉及污染物浓度和流量2个方面，其中污染物浓度环境指数采用单因子评价法，将《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1中不同水质类别的标准限值赋予环境指数值，根据单项污染物浓度采用插值法计算单项污染物的环境指数，污染物浓度越大，其单项污染物的环境指数越低，以最差的单项污染物代表监测点位的整体情况，即监测断面(点位)污染物浓度环境指数为所有评价污染物浓度所得环境指数的最低值。水质质量除考虑污染物浓度外，还要兼顾流量的影响，将监测断面流量所处范围的不同赋予相应的流量系数，区域内河流水质环境指数为所有监测断面污染物浓度环境指数与流量系数的加权平均值。

湖库水体营养状况评价包括叶绿素a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数共5个指标，先计算湖库各监测点位的数据均值，再采用《地表水环境质量评价办法(试行)》(环办［2011］22号)中综合营养状态指数法计算湖库的营养状态指数，得到湖库水体的营养状况环境指数。湖库水体营养状况环境指数=100－综合营养状态指数。

根据湖库库容所处范围的不同赋予相应的湖库系数，区域内湖库水体营养状况环境指数为区域内湖库水体营养状况环境指数与权重系数的加权平均值。

4.3.2.2.2 集中式饮用水源地水质评价

地表水水质评价项目包括《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1基本项目除化学需氧量和粪大肠菌群外的22项指标，表2补充项目(5项)和表3的优选特定项目(33项)共60项。采用单因子评价法，参评项目若有一项超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水标准限值，则此次水质为超标。地表水水质环境指数=全年地表水累计达标水量×100/全年地表水累计取水量。

地下水水质评价项目包括《地下水质量标准》(GB/T 14848—1993)中 22项(pH、总硬度、硫酸盐、氯化物、高锰酸盐指数、氨氮、氟化物、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子表面活性剂、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氰化物、汞、砷、镉、六价铬、铅);采用单因子评价法，当一项污染物浓度超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—1993)III类标准限值时，则此次水质为超标。地下水水质环境指数=全年地下水累计达标水量×100/全年地下水累计取水量。

4.3.3 声环境质量

乡村一般比较安静，声环境质量只评价城镇，包括区域声环境质量和功能区声环境质量。考虑到夜间噪声对人类休息影响很大，以人为本的原则，夜间声环境质量权重设为0.6，昼间声环境质量权重设为0.4。

4.3.3.1 区域声环境质量

将《环境噪声监测技术规范城市声环境常规监测》(HJ 640—2012)城市区域环境噪声总体水平等级划分中不同级别的平均等效声级赋予相应的环境指数值，根据区域昼间平均等效声级和夜间平均等效声级，采用插值法计算区域昼间和夜间的声环境质量指数。区域声环境质量指数=0.4×昼间声环境质量指数+0.6×夜间声环境质量指数。

4.3.3.2 功能区声环境质量

根据《声环境质量标准》(GB 3096—2008)，声环境功能区分为5种类型，统计各类功能区的监测点次和达标点次，计算功能区噪声监测点位达标率。功能区声环境质量指数=(0.4×昼间监测点次达标率+0.6×夜间监测点次达标率)×100。

4.3.4 生态状况评价

生态状况的一级指标包括生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数和土地退化指数，其环境指数的计算方法与《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T 192—2006)一致。生态状况环境指数=0.25×生物丰度指数+0.25×植被覆盖指数+0.25×水网密度指数+0.25×(100－土地退化指数)。

4.3.5 土壤质量评价

土壤监测工作具有特殊性和复杂性，为了使评价结果能充分反映土壤环境质量状况并使评价体系具有可操作性，土壤质量评价包括土壤污染状况调查区域内网格点的质量状况和土壤例行监测部分的质量状况2个部分，其中土壤污染状况调查(区域内网格点部分)数据评价能基本反映土壤环境质量状况，土壤例行监测数据评价部分可作为补充，能部分反映近几年来部分土壤环境质量状况。评价项目包括《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中有标准限值的镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍、六六六(总量)和滴滴涕(总量)。

土壤环境质量评价采用单项污染指数法，计算公式:

式中:Pi为土壤环境质量中污染物i的单项污染指数;Ci测为土壤中污染物i的实测数据;Ci0为污染物i的评价标准值，即《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级标准。根据土壤监测点位污染物浓度计算单项污染指数。

《全国土壤污染状况评价技术规定》根据土壤点位单项污染指数将土壤环境质量分为5个级别。将单项污染指数分级标准赋予相应的环境指数值，根据土壤点位单项污染指数，采用插值法计算单项土壤点位环境指数，土壤点位环境指数为10个参评项目所得单项环境指数的最低值。

土壤污染状况调查(区域内网格点部分)数据所得环境指数值(P土调)和例行监测数据所得环境指数值(P例)为所有参评土壤点位所得环境指数的平均值。土壤质量环境指数 =0.80×P土调+0.20×P例。

4.3.6 区域环境质量综合指数的计算

区域环境质量综合指数(REQI)=0.30×环境空气质量指数+0.30×水质环境质量指数+0.10×声环境质量指数+0.15×生态状况指数+0.15×土壤环境质量指数。

5 评价体系实证分析

四川省的成都、自贡、攀枝花、泸州、巴中和马尔康6个地区采用本评价体系进行区域环境质量评价，得到的区域环境质量综合指数见图1。可见，5个元素中环境空气环境指数差距最突出，马尔康最好，其次是巴中，最差的是成都。区域环境质量综合指数，马尔康环境质量最好，REQI达到了85以上，5个元素环境指数均位于前列;其次是巴中较好;自贡、攀枝花和泸州较差;成都的环境质量综合指数最低，REQI仅为61，特别是环境空气环境指数和水环境指数均位于6个城市的最低值。马尔康地处四川盆地西北部，青藏高原东部，邛崃山脉北段，属高原峡谷区，环境质量总体较好;成都具有1 400多万人，企业众多，每年产生大量的生活和生产废水，对水环境质量影响较大，环境空气质量也较差。6个城市的环境质量综合指数排名与实际情况基本相符。

图1 区域环境质量综合评价体系应用实例

6 结论

以环境监测为基础，采用征求专家意见的方法建立了区域环境质量综合评价体系，包括环境空气、水环境、声环境、生态状况和土壤质量共5个要素，各要素包括多级指标，提出了该体系用于区域环境质量考核的方式，并将该体系应用于四川省6个地区的环境质量评价，评价结果与实际情况基本相符，结果表明，该体系简单、方便，且具有很强可操作性。

通过每年采用评价体系对各个区域环境质量进行评价，得到各区域环境质量综合指数，这样各区域环境质量状况和排名一目了然，可以直观地体现各区域环境质量状况及其变化趋势，揭示地区环境质量恶化的主要因素，使大家认识到各区域间环境质量状况存在的差距，引起主管部门的重视，分析原因并制定相应措施，使区域环境质量状况有所改善和提高，本体系对环境管理具有积极的意义。

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