滇池水环境质量综合评价指标优选

刘丽萍，于 洋，张 宇，黄丽娟

1.昆明市环境监测中心，云南 昆明 650028 2.中国环境监测总站,国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

滇池水环境质量综合评价指标优选

刘丽萍1，于 洋2，张 宇1，黄丽娟1

1.昆明市环境监测中心，云南 昆明 650028 2.中国环境监测总站,国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

在研究2000—2014年滇池流域水污染排放的时空变化、水环境质量时空变化和生态环境时空演替基础上，结合滇池目前水环境质量监测工作要求，采用模型计算、指标特性分析、专家调查等方法，筛选出36个评价指标，分别表征滇池水环境质量的物理、化学、生物、营养、重金属、有机污染等特性，将滇池湖体4个监测点位优选出的评价指标监测数据输入水生态健康评价系统。结果表明，优选指标和评价体系能全面、准确、宏观地反映滇池水环境质量状况。将滇池评价指标由现有的94个压缩至36个，极大节省人力、物力，且更符合滇池水环境特点。

水环境质量综合评价；指标优选；滇池

滇池流域水环境及污染源监测自20世纪80年代初期至今，均为浓度监测，监测指标主要为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中基本项目，评价指标与监测指标基本一致。滇池现有水环境质量评价指标存在重点不突出、关键指标选择不合理、重要指标缺漏、评价标准不科学等问题。要准确反应滇池水环境质量状况和发展趋势，必须进行指标优选。本研究在现有监测项目的基础上，根据滇池特点和污染现状，从生态健康评价角度进行评价指标筛选，为滇池污染防治、环境监测工作提供有力的技术支持。

滇池属高原缺水性湖泊，20多年来受生活污水、工业废水、农业面源排水影响，水质不断恶化、生态功能严重退化，富营养化问题十分突出，同时存在重金属、有机污染潜在风险。滇池经多年治理，城镇生活污水中污染物的输入基本得到控制，工业污染和农业面源污染输入基本稳定，滇池将来的污染治理方向是水体及底质中营养元素和有毒物质的去除。因而生态健康评价目标包含水环境、沉积物环境，其中水环境评价指标为营养物质、重金属、生物、有机物、理化指标，沉积物评价指标为重金属、生物及有机指标。

1 指标优选

评价指标优选以现有监测指标为基础，结合2000—2014年，滇池流域污染源排放、水环境质量变化、水生态环境、水文资源等变化情况及滇池水污染特点、生态环境演替规律等，筛选能反映滇池流域水生态环境健康状况的关键指标，补充缺漏指标。筛选遵循指标指示性、独立性、显著性和数据可得性原则。其中，指标的独立性有助于避免或消弱统计相关性较高的指标在综合评估时的放大作用[1]，独立性则能显著表征时间分异性，针对性地反映水环境健康状况的演变趋势[2]。

指标优选基于多元统计理论，通过14年来24个常规评价指标之间的相关性，初步筛选出具有代表性、独立性的指标。本研究采用Pearson相关系数法识别各输入指标的相关性，深入研究指标间的物理、化学、生物特性，结合专家咨询意见，完成指标优选工作。

1.1 水环境理化评价指标

反映水体物理性质的理化指标有水温、pH、电导率、透明度(SD)、色度，其中水温与水体的理化性质密切相关，直接影响水体中溶解性气体(如O2、CO2等)的溶解度和水中生物、微生物的活动；色度表征改变投射可见光光谱组成性质，受水体中的腐殖质、泥土、浮游生物、铁(Fe)、锰(Mn)等金属离子着色影响大，导致监测结果偏离；透明度是水体的澄清程度，影响水体透光能力，与下层水体中生物生存直接相关；pH是水体中氢离子活度的负对数，天然水体中pH多在6～9，也是大多数生物生长繁殖比较适宜的范围；电导率表征水体传导电流的能力，值取决于水体中离子的性质、浓度、温度、黏度[3]。

物理指标分别表征水体的不同性质，其中悬浮物(SS)、色度、电导率等指标与营养类指标、盐类指标等均显著相关，用其他指标表征。水温与溶解氧(DO)显著相关，用DO表征。研究选择pH、SD为物理评价指标，与美国物理评价指标[4](水温、pH、浊度、盐度)有一定差异。

根据指标性质、相关性等因素进行指标优选，理化指标优选结果见表1。

表1 理化指标优选情况

1.2 水环境营养指标

滇池属严重富营养化湖泊，近10余年来，水质状况与社会、经济发展密切相关[4]，磷(N)、氮(P)污染格外显著，目前草海持续为重度富营养化，外海稳定为中度富营养化，CODMn、CODcr、TP、TN、氨氮(NH3-N)、BOD5等指标远超Ⅴ类水标准。营养盐及有机污染综合指标主要有DO、CODcr、CODMn、BOD5、TOC、P、N等，其中CODcr、CODMn反映水体受还原性物质污染的程度。

反应水体氮浓度水平的评价指标TN、NH3-N、NH3-N-)、亚硝酸盐氮(NH2-N-，彼此均显著相关。指标特性分析结果表明，4个指标中只有TN能全面反映水体中N浓度水平，因此选择TN作为评价指标。

CODMn、CODcr均为反映水体受还原性物质污染程度指标，其中CODcr侧重评价生产废水排放影响，CODMn侧重生活、农业污水影响。滇池水环境主要污染源为生活污水和农业面源，选择CODMn作为评价指标。DO反映水体中O2浓度水平指标，同时DO也是表征水体中生物生长繁殖环境的重要指标，与水温、有机和无机还原性物质浓度显著相关，选为表征指标之一。TOC表征水体中有机物质总量水平，其与N类指标、CODMn、CODcr、chla等指标显著相关，用TN、BOD5、CODMn等指标表征。BOD5表征水体中微生物能分解的水体中可氧化物质的浓度水平，其与除TP外的营养指标显著相关，但侧重表征水体中可生物氧化物质的浓度，入选为评价指标。

美国湖泊水库营养物质的指标为TP、TN、叶绿素a、藻生物量、SD[8],其中chla、藻生物量也是生物指标，将在生物类指标中优选；SD作为物理指标已入选。最终选定的营养指标为DO、CODMn、TP、TN、BOD5，入选指标比美国湖泊水库营养指标多了DO、CODMn、BOD5。营养指标优选结果，详见表2。

表2 营养指标优选情况

注：“—”表示没有显著相关因子或相关因子。下同。

1.3 水环境生物指标

美国生物类评价指标有着生硅藻、浮游植物(藻类)、浮游动物、底栖大型无脊椎动物、chla、入侵物种等，滇池历年来的生物监测指标有藻生物量、chla、浮游植物、浮游动物、底栖，与美国评价指标相比，少了入侵物种和着生硅藻两个指标。滇池自20世纪80年代以来不断有入侵物种引入，因为人为干预较多，入侵物种的种类和数量变化较大，难以界定其影响，专家意见不作为评价指标进入评价体系。自20世纪80年代以来，滇池污染严重，藻类主要以微囊藻为主[8]，且缺乏生硅藻监测数据，因此该指标暂不入选评价指标。

研究选择浮游植物、浮游动物、chla作为水环境评价指标，底栖作为沉积物生物评价指标。筛选结果见表3。

表3 生物指标优选情况

1.4 水环境重金属指标

美国湖泊评价指标系统没有纳入重金属，国外影响较大的国家也未将重金属纳入评价体系，国内已有的河湖健康评价中也未将重金属纳入体系。

重金属主要来自自然界天然背景值和人类生产、生活，重金属易在生物体内富集，且不易降解，具有强致癌、致畸、致突变作用，是具有潜在危害的重要污染物[1]。滇池水体重金属检测指标有铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)等，浓度基本在方法检出限以内，但滇池底质中重金属含量较高，特别是As、Pb、Cu等，存在底质释放污染风险[2]，专家建议上述重金属均入选评价指标。

1.5 水环境无机阴离子指标

表4 无机阴离子指标优选情况

注：表中“—”表示没有显著相关因子或相关因子。

1.6 水环境有机物

滇池受人类活动影响巨大，每天有大量处理过的污水排入滇池，部分入滇河道流经农业种植区，农业面源污染影响较大[9]。随着新物质、新材料产品不断进入日常生活和农药、化肥中，这些物质也将不断随着生活污水、入滇河道进入滇池和饮用水源中，因此对滇池和饮用水源地中有机物浓度的关注是必要的。另外，滇池蓝藻常年爆发，藻毒素指标需纳入监测。结合专家意见，选择多氯联苯(PCB)[10]、酚类内分泌物(BPA)、多环芳烃(PAH)、有机氯农药、有机磷化合物、藻毒素等作补选评价指标。

1.7 沉积物

沉积物主要来自水体和流域来水中颗粒物质的沉积、底栖生物等。滇池底质监测结果表明，底质中Hg、Cd等重金属含量较高，存在较大生态风险[11]；底质碳(C)、N、P含量较高，且存在较大的C、N、P释放风险[12]；底质中持久性有机物(PCB、PAH)含量较水体高，更能表征滇池受有机污染的程度，结合专家意见，沉积物环境评价指标为重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As)、营养物质(TN、TP、有机质)、有机物(PCB、PAH)和底栖。

2 结果与讨论

2.1 优选结果

运用相关性分析、指标特性分析，结合专家意见，共优选出36项评价指标，如表5所示。其中，水环境评价指标23项，沉积物环境指标13项，较现有监测指标(湖泊)减少了58项。凸显了滇池水环境、沉积物环境生物指标、有机污染指标和重金属指标重要性，简化了理化指标、营养指标，更符合滇池实际。

表5 基于AHP法水生态系统健康评价指标

2.2 结果验证

指标优选的最终目的是建立滇池水环境健康度(EHCI)评价体系。为验证优选指标的合理性，将滇池EHCI指数与现行评价法水污染指数(WPI)法和富营养指数法进行比较。WPI法和富营养指数法属越小越好型指标，EHCI指数属越大越好型指标。

结果验证选择断桥、草海中心、白鱼口、观音山中4个点位，其中断桥和草海中心测点处于污染较重的草海。自2011年以来，各种工程措施相继上马，对草海水环境质量影响较大，作为验证点位更有说服力；白鱼口测点位于滇池外海西部，受生活、农业、工业污染源影响小，属水文情势变化相对较小区域；观音山中测点位于滇池外海中部，水温情势相对稳定，属于2013年后牛栏江调水工程影响范围内，选择白鱼口和观音山中作为验证点位，较有代表性。将2011—2014年4个验证点位数据输入健康度评价体系，计算结果EHCI指数与现有评价结论进行比较验证。

断桥测点EHCI指数与WPI指数变化趋势一致，但与富营养指数变化趋势有一定差异。断桥测点受滇池治理措施影响较大，特别是捞藻、控藻措施有力，致使个别富营养指示指标与实际情况有差异。EHCI指数法变化趋势相较现行两种评价方法平稳，也能表征水环境质量变化。见图1。

草海中心测点位于草海中部，水环境相对断桥稳定。2011—2014年EHCI指数和富营养指数变化不大，表明草海中心水环境质量相对稳定；WPI指数呈上升趋势，表明草海中心测点水环境质量呈恶化趋势。评价期间，草海经各种工程措施治理后，蓝藻爆发情况有好转，N、P等浓度稳中有降，透明度等物理指标逐渐好转，因此EHCI指数和富营养指数评价结果相对客观。详见图2。

图1 断桥水质变化趋势

图2 草海中心水质变化趋势

2011—2014年，白鱼口测点EHCI指数与WPI指数、富营养指数变化趋势基本一致。白鱼口位于滇池外海西部，受生活、农业、工业污染影响小，为外海水环境质量相对较好区域，EHCI指数法、WPI指数法、富营养指数法评价结果与白鱼口实际情况较相符。详见图3。

图3 白鱼口水质变化趋势

2011—2014年，观音山中测点EHCI指数与WPI指数变化趋势一致，其变化较富营养指数大。2013年后，滇池外海启动牛栏江调水工程，经大量清洁水补充、置换后，滇池外海水生态环境逐步好转，生物多样性呈增加趋势。因此，EHCI指数评价结果能反应滇池外海水环境变化。详见图4。

图4 观音山中水质变化趋势

综上所述，ECHI指数评价结果与现有评价方法、结果基本相符，能反映断桥、草海中心、白鱼口、观音山监测点水环境质量变化，说明优选的评价指标及体系能满足滇池水环境综合评价要求。

3 结论

根据滇池污染状况、水文、地质、气候特点，在《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)要求监测指标基础上，结合其特性进行筛选，并补充缺漏指标，共优选出36项指标，较现有要求监测指标减少了58项，凸显了滇池水环境、沉积物环境生物指标、有机污染指标、重金属指标重要性，简化了理化指标、营养指标，既能综合评价滇池水生态环境质量，又减少了工作量，更符合滇池实际情况。经EHCI指数计算验证，EHCI指数评价结果与滇池污染现状较相符，与现有综合评价方法、结论基本相符，优选的评价指标及体系能满足滇池水环境综合评价要求。

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Index Optimization for Comprehensive Evaluation of Water Environmental Quality in Dianchi Lake

LIU Liping1，YU Yang2，ZHANG Yu1，HUANG Lijuan1

1.Kunming Environmental Monitoring Centre, Kunming 650028, China 2.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

This study mainly investigated the temporal and spatial variation of water pollution discharge, water environmental quality and ecological environment in Dianchi Lake in 2000—2014, and also considering the current monitoring requirements of the water environmental quality standards, 36 evaluation indexes were screened based on the model calculations, index characteristics analysis and expert consultations, etc. Those indexes demonstrated respectively the physical, chemical, biological, nutritional, heavy metal, and organic pollutant of water environmental quality in Dianchi Lake. To further demonstrate the feasibility of this evaluation system, the data of four samples taken from different locations of Dianchi Lake have been validated. The results showed that optimized standards and the constructed evaluation system could completely and accurately reflect local water environmental quality conditions. This study compressed the number of Dianchi Lake evaluation indexes from 94 to 36, which helps to save significant human resources, materials cost, and more accurately reflect the water environmental quality characteristics of Dianchi Lake.

comprehensive evaluation of water environmental quality；index optimization；Dianchi Lake

2015-09-16;

2015-10-28

国家水体污染控制与治理科技重大水专项“滇池流域水环境综合管理支撑技术研究与平台建设课题”(2010ZX07102-006)

刘丽萍(1973-)，女，云南宣威人，硕士，高级工程师。

X820.3

A

1002-6002(2016)06- 0007- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.02