蒲河单因子水质标识指数法水质评价研究

郑　健，王　宏，李　艳，王冬梅

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)



蒲河单因子水质标识指数法水质评价研究

郑健，王宏，李艳，王冬梅

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)

摘要：选取CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP五项水质指标，采用单因子标识指数法对蒲河进行水质评价，为环境规划与管理提供科学依据。评价结果表明：在平水期CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP超标率分别为10%、60%、90%、100%、100%，枯水期超标率分别为80%、60%、90%、90%、90%。其中，九龙河入蒲河干流后断面超标最严重。

关键词：蒲河；水质评价；单因子标识指数法

蒲河发源于铁岭市横道河子乡想儿山，于辽中县老观坨乡入浑河，全长205km。随着经济快速发展，造成水资源短缺和河流污染等问题日趋严重，水生态功能遭到严重的影响和破坏[1]。

在预防和治理水环境污染过程中，首先要对水质进行准确分析评价，常用的水环境评价方法有，单因子指数法、单因子标识指数法、综合指数评价法、模糊数学评价法、灰色系统评价法等[2-11]。单因子评价指数是最简单的环境质量指数，无量纲，是将每个污染因子单独进行评价，经统计得出各自的达标率或超标率、超标倍数、统计倍数、统计代表值等结果。模糊数学评价法是一种基于模糊数学的综合评定方法，它可以对受到多种因素制约的对象做出一个总体评价，能够比较好地解决难以量化的非确定性问题。综合指数评价法是对所有参与综合水质评价的单项水质指标，将各指标的单项污染指数通过算术平均、加权平均、连乘及指数等各种数学方法得到一个综合指数，来评价综合水质。

这些典型的评价方法大多缺乏对水质污染程度的直观判断，并且对于劣Ⅴ类水体的污染程度缺乏进一步的判别。本文应用单因子水质标识指数法[11]对蒲河水环境进行评价，该方法不仅能反映水质是否超标，而且能够反映水质超标倍数，并能得出超过水功能区划几个类别，为水环境管理和水污染控制提供科学依据。

1数据信息

数据来自2013年蒲河10个代表性监测断面的平水期、枯水期监测数据。选取化学需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)总氮(TN)、总磷(TP)五个水质指标进行评价分析。由于蒲河从棋盘山水库至蒲河入浑河口(老观坨黑鱼沟)都为景观娱乐用水，选取《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅳ类水质评价标准[12]。

2水质评价方法

2.1单因子标识指数P的组成

单因子水质指数P由一位整数、小数点后二位或三位有效数字组成，表示为

Pi=X1X2X3

(1)

式中：X1代表第i项水质指标的水质类别；X2代表监测数据在X1类水质变化区间所处的位置，如图1所示，根据公式按四舍五入的原则计算确定；X3代表水质类别与功能区划设定类别的比较结果，是评价指标的污染程度，X3为一位或两位有效数字[11]。

图1　X2符号意义示意图

2.2X1和X2确定

2.2.1当水质优于V类水上限值时

(1)X1值的确定

当水质介于Ⅰ类和Ⅴ类之间时，可根据水质监测数据与国家水质标准的比较确定X1。

(2)X2值的确定

X2根据公式(2)计算，并按四舍五入原则取一位整数作为有效数字。

(2)

式中：ρi为第i项指标的实测值；ρi上为第i项指标在第X1类水质标准的上限值；ρi下为第i项指标在第X1水质标准的下限值。

2.2.2当水质等于或劣Ⅴ类水时X1、X2值确定

根据公式(3)计算，并按四舍五入原则取一位整数作为有效数字。

(3)

式中：ρi为第i项指标实测值；ρi5上为第i项指标Ⅴ类水质标准上限值。

2.2.3X3的确定

如果水质类别优于或达到功能区水质类别，则有

X3=0

(4)

如果水质类别差于功能区水质类别且X2不为零，则有

X3=X1-fi

(5)

如果水质类别差于功能区水质类别且X2为零，则有

X3=X1-fi-1

(6)

3蒲河水质评价

3.1监测点位布设

本研究在浦河共布设10个代表性监测断面，监测点位主要布设在沈北新区(S1～S4)和于洪区(S5～S8)，其中，S1、S2、S3、S4、S5、S8、S10为蒲河干流断面，S6、S7、S9分别为南小河、九龙河、小浑河三条蒲河支流汇入干流前断面，具体位置如图2所示。

图2　蒲河监测点位布设

3.2评价结果

3.2.1单因子标识指数法评价结果

根据监测点位数据，对应其水质标准，应用单因子标识指数法对蒲河水质进行评价，其评价结果如表1所示。

3.2.2结果分析

CODcr：平水期参评的10个断面CODcr水质标识指数X3值除S8以外其它断面均为0，说明各断面除S8以外均达标，S8超过功能区一个类别，是功能区水质的1.9倍。平水期水质超标率为10%，枯水期除了S1、S5断面达标其它8个断面均超标，均超过功能区一个类别。超标率为80%。

表1　蒲河水质评价结果

注：“—”代表该断面数据缺失。

NH3-N：氨氮平水期、枯水期S1～S4均达标外，其余断面均超标，超标率均为为60%。

BOD5：BOD5除了S1断面达标其余断面均超标，超标率为90%。

TN、TP：平水期超标率均为100%，枯水期除了S1断面以外均超标，超标率为90%。

由表1可知，利用单因子标识指数法评价蒲河水质，不仅能够直观地看出水质类别，还可以看出监测点位的监测指标是否超过了相应的水环境功能区标准。如果超标，超标的程度，如果不超标，水质监测值处于水质标准中何等位置，通过单因子标识指数均可以直观看出。单因子标识指数的结果可以使研究人员一目了然地清楚监测点位的水质情况。

3.2.3各监测指标沿程变化趋势

通过对蒲河干流各CODcr监测，结果表明S1～S4平水期CODcr达到Ⅱ类水质标准，S5～S8水质从Ⅲ类恶化为Ⅴ类，团结水库下游，水质逐渐改善，入浑河前S10断面水质达到Ⅳ类，满足功能区水质标准。枯水期S1、S5、S10水质达到Ⅳ类，其余断面均为Ⅴ类。如图3所示。

图3　蒲河干流CODcr沿程变化趋势

图4　蒲河干流NH3-N沿程变化

NH3-N监测结果表明S1～S4平水期水质达到Ⅳ类，S5～S8为劣Ⅴ类水质，团结水库下游段水质有所好转，但仍为劣Ⅴ类水质，如图4所示。

BOD5监测结果表明，S1监测断面平水期、枯水期符合功能区水质标准，平水期S2、S10为Ⅴ类水质，S4～S8(其中枯水期S4、S10数据缺失)均为劣五类水质，如图5所示。

对各断面TP进行监测，结果表明，各断面TP水质除枯水期S1为Ⅳ类水质外，其余断面均超过功能区Ⅳ水质标准，如图6所示。

对各断面TN进行监测，结果表明，除S1枯水期达到Ⅳ类水质外，其余各断面均超过本地区功能区Ⅳ类水质标准，如图7所示。

图5　蒲河干流BOD5沿程变化

图6　蒲河干流TP沿程变化

图7　蒲河干流TN沿程变化

4结论与建议

(1)利用单因子标识指数法评价蒲河CODcr、NH3-N、BOD5、TN、TP等五项指标，结果表明，CODcr在平水期除S8水质超标外，其它断面均达标；枯水期除S1、S4断面达标外，其它断面均超标。NH3-N在平水期、枯水期S1～S4水质达标，其它断面均超标。BOD5在平水期和枯水期除了S1断面均达标外，其余断面均超标。TN、TP在平水期所有断面均超标；在枯水期除S1断面达标外，其它断面均超标。

(2)团结水库下游段，水质得到一定的改善，主要由于团结水库的生态自净能力，对上游污染物起到了一定的净化作用。

(3)CODcr、NH3-N在S2断面水质波动大，分析原因，经现场实地勘察，在S2断面附近河道出现流速缓慢甚至死水区域，造成污染物淤积使污染加重。对此除控制污染物排放量以外，应对河道进行清淤，确保河道畅通。S5～S8水质逐渐恶化，支流污染严重导致干流水质恶化，控制支流企业污染物排放量，加强环境规划与管理。

(4)蒲河富营养化比较严重，主要原因是TN、TP超标严重，而N、P是水体富营养化的主要影响因素，N、P主要来源于生活源和农业面源污染，控制含磷洗衣粉的使用，减少生活源的污染，应鼓励农民使用易于吸收降解的氮肥和磷肥；加强河道整治力度，清淤清澡以减少水体的耗氧量。

(5)利用单因子标识指数法评价蒲河水质，不仅可以一目了然地看出各点位是否达到相应的水环境功能区标准，并且，如果某点位超过相应标准，能够清晰地看出超出的程度。另外，对于劣Ⅴ类水质，利用单因子标识指数评价法可以区别超标水体的污染轻重程度。

参考文献：

[1]荆勇.沈阳市蒲河水质污染特征及水质改善途径的研究[J].环境保护科学，2011，38(4)：29-32.

[2]李茜，张建辉.水环境质量评价方法综述[J].现代农业科技，2011(19)：284-290.

[3]李秀娟，申志新，李柯懋.模糊综合评价法在水质评价作业中的应用[J].资源节约与环保，2014(8)：122-123.

[4]徐晓云，陈效民，谢继征.模糊综合评价法用于京杭运河扬州段的水质评价[J].中国给水排水，2008，24(24)：107-110.

[5]陈仁杰，钱海雷，袁东.改良综合指数法及其在上海市水源水质评价中的应用[J].环境科学学报，2010，30(2)：431-437.

[6]尚佰晓，吕子楠，李杰年，等.基于模糊综合评价法与单因子指数评价法的水质评价[J].中国环境管理干部学院学报，2013，23(5)：1-4.

[7]王林，王兴泽.水质标识指数法在太子河水质评价中的应用[J].北方环境，2012，27(5)：198-200.

[8]张钢，薛煜，魏巍.综合水质标识指数法在水体水质评价中的应用[J].供水技术，2014，8(5)：12-15.

[9]安宇翔.灰色聚类法在水质评价中的应用[J].水科学与工程技术，2014(2)：69-72.

[10]刘欢，吴金甲.水污染指数法在河流水质评价中应用分析[J].安徽农业科学，2014，42(21)：7164-7165.

[11]Xu Zuxin. Single factor water quality identification index for environmental quality assessment of surface water[J].Journal of Tongji University(Natural Science),2005,33(3):321-325.

[12]GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].

(责任编辑：马金发)

Pu River Water Quality Assessment Based on the Single Factor Water Quality Identification Index Method

ZHENG Jian,WANG Hong,LI Yan,WANG Dongmei

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159，China)

Abstract：The five water quality indicators of CODcr,NH3-N,BOD5,TN and TP were targeted and single factor water quality identification index method was used for Pu river evaluation to provide scientific basis for environmental planning and management. The results show that Over Standand rates of CODcr，NH3-N，BOD5，TN，TP are 10%，60%，90%，100%，100% in the flat water,and in the dry season Over Standand rates are 80%，60%，90%，90%，90%. The moat polluted water is found on the cross section of main stream of Pu River after Jiulong River joins in it.

Key words：Pu River; water quality evaluation;single factor index method

中图分类号：X824

文献标志码：A

文章编号：1003-1251(2016)01-0093-04

作者简介：郑健(1988—)，男，硕士研究生;通讯作者：王宏(1964—)，男，教授，研究方向：环境规划与管理。

基金项目：辽河流域主要污染物排放控制与管理体系建设示范项目(2012ZX07505-002)

收稿日期：2014-12-03