水环境质量监测指标间相关关系浅析

葛淼李礼杨兵

（重庆市生态环境监测中心 重庆 401147）

引言

环境监测数据是客观评价环境质量状况、反映污染治理成效、实施环境管理与决策的基本依据，当前环境管理水平日益提高和切实改善环境质量的现实需要，对环境监测数据质量提出了更高的要求。水质监测数据审核，是监测工作质量保证的一个重要环节，是整个质量保证体系中有效的控制手段[1,2]。监测数据的准确性和合理性直接关系到监测工作的质量，水质指标间的合理性关系则是数据审核的重点。水环境质量监测数据具有一定的规律性，是环境内在质量的外在表征[3]，各水质指标之间相互影响和作用，存在着密切的相关性，掌握水质指标间相关关系，能更为准确判断监测数据的合理性和客观性[4]。本文基于水质监测数据审核分析经验和相关研究文献，探讨主要水质监测指标的相关关系，为环境监测分析人员在数据审核和统计分析时参考。

1 主要物理指标

水环境监测的物理指标主要是指评价水质的常规五参数（温度、pH值、溶解氧、电导率、浊度），一般现场进行测定；另外，总硬度、总溶解性固体、透明度等也是水质监测的主要物理指标。

（1）总固体悬浮物（TSS）与浑浊度/透明度（SD）的关系：浑浊度与悬浮物的质量浓度大小有显著正相关关系。但水华期间不适用，部分水华前后期悬浮物主要为藻类且质量浓度很高，但透明度最高可达4～5m。有机物是难溶于水的，水中有机物绝大多数是附着在浊度颗粒上。

（2）电导率与总硬的关系：电导率和溶解性总固体浓度成正比，关系近似可解释为：1μs/cm电导率=0.5ppm硬度。利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值，但是用电导率间接来测算水的硬度，会产生约为20-30 ppm的理论误差。

（3）总硬度与总溶解固体的关系：一般总硬度监测值小于总溶解固体值，其比值大约为0.5～0.8。若水中Ca2+、Mg2+含量很高时，其比值要比0.80大；若水中Ca2+、Mg2+含量很小时，其比值要比0.50小。

（4）电导率与溶解性总固体、水温的关系：对天然淡水而言，在水温一定时，溶解性总固体与电导率基本成线性关系。用电导率审核水质分析结果的溶解性总固体（含盐量）时，电导率乘以0.55-0.70因数能近似地等于溶解性总固体。对同一个水源水，因数基本确定，用电导率审核溶解性总固体相对准确。

（5）一般天然水体6＜pH≤9.4，温度升高，pH降低（早晨pH低，下午pH高）；静水压力升高，pH降低；盐度升高，pH升高，水华时，溶解氧过饱和，pH升高。

（6）水温对测定电导率有很大的影响。温度每升高1℃，电导率增加约2%。如果测定水样的温度不是25℃，而是0-30℃中的任何值时，必须对电导率进行温度校正。

2 主要化学指标

（1）硝酸盐氮（NO3--N）与亚硝酸盐氮（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）的关系：硝酸盐氮是自然界氮循环的最终产物。由于氮源多以还原态氮形式排入水体，水中含氮有机物（如蛋白质）在无氧环境中分解的最终产物是氨。环境中氮的存在形式受水体中溶解氧浓度影响。硝酸盐氮和氨氮不可能同时高，一般溶解氧高的水体硝酸盐氮的浓度高于氨氮浓度，反之氨氮浓度高于硝酸盐氮浓度，亚硝酸盐氮浓度与之无明显关系。NH4+-N浓度升高表明水体近期受到污染。

（2）化学需氧量(CODcr)、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、总有机碳(TOC)：化学需氧量反映水中被还原性物质污染的程度，以污染物被氧化分解时所消耗氧化剂的数量，以氧的mg/L表示。高锰酸钾法仅适用于测定污染较低的地表水、饮用水和生活污水，污染较高的工业废水应适用CODcr。总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量，比BOD5或COD更能直接表示有机物的总量。根据指标定义，一般可用下列规律判断监测结果合理性：化学需氧量监测值应大于高锰酸盐指数、五日生化需氧量，且高锰酸盐指数值约为0.2～0.7倍化学需氧量监测值，五日生化需氧量值约为0.2～0.8倍化学需氧量监测值。在较清洁的水体中,BOD5/CODMn一般小于1,当CODMn大于10mg/L时,比值大于1可能性较大。

（3）石油类和化学需氧量的关系：石油类为耗氧有机污染物,能被重铬酸钾氧化,其浓度值高,则化学需氧量浓度值高。

（4）重金属与硫化物的关系：在天然水中,有机物不完全分解会产生硫化氢气体,在水中生成二价硫离子和一价硫氢根离子,重金属离子可全部沉淀出来,水样中硫化物浓度较高时,则重金属（铜、锌、铅、铬）的浓度值则较低,对于其他水体若重金属以络合态存在时,则不一定符合上述关系。

（5）溶解氧、五日生化需氧量与六价铬及总铬的关系：在天然水中,六价铬还原为三价铬取决于水中的溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量值,当溶解氧值越小,化学需氧量、五日生化需氧量值越高,则还原作用越强。因此，水环境中溶解氧值较小,化学需氧量、五日生化需氧量值较高时,六价铬离子,被有机物还原为三价铬,从而被水体中悬浮物吸附，沉降于水体底质中,而水样中六价铬检出值则较低,甚至不能检出。但是其底质中总铬的含量却不容忽视。

3 主要生物指标

水质监测数据审核分析中主要关注的生物指标为水体富营养化引起的藻类生物量变化。富营养化是指氮、磷等营养物质含量过多引起的水质污染现象，出现富营养化时，浮游生物大量繁殖，使水体呈现蓝色、红色、棕色，这种现象也称为“水华”。在自然条件下，湖泊演变沼泽、陆地的过程极为缓慢；在人类活动影响下，大量工业废水和生活污水以及农田径流中的营养物质进入水体后，水生生物特别是藻类迅速大量繁殖，改变生物种群种类数量，破坏水体生态平衡，同时造成溶解氧下降，鱼类大量死亡。

水华发生主要条件：水动力低（静水或缓慢流动水体）、日照、适宜气温、充足氮磷营养盐水体中N/P含量比8～30时易发生水华。

（1）藻类（叶绿素 Chl-a）与总氮（TN）、总磷（TP）的关系：在静止或缓慢流动的水体中，藻类在阳光照射的条件下，以水、二氧化碳、溶解性氮、磷等营养物为原料，不断生产出有机物，并释放出氧。藻类等浮游植物体内所含碳、氮、磷等主要营养元素间存在着一个比较确定的比例。按质量计C：N：P=41：7.2：1；按原子数计C：N：P=106：16：1。一般来说，水体中 N/P 含量比 8～30 时易发生水华。

（2）藻类（叶绿素Chl-a）与溶解氧、pH的关系：藻类光合作用时吸收水中的二氧化碳，释放出氧气。清洁水的溶解氧的饱和度应在100%左右，在藻类大量繁殖时会造成水的溶解氧过饱和，过饱和程度与藻类含量、水温、阳光强度呈正相关性。溶解氧过饱和时，会有O2从水体中逸出。藻类吸收了水体中的CO2必然会造成水体PH值升高。同理，当水的pH升高时，水体吸收大气中CO2的能力增强，这样pH值不会无限的升高形成动态平衡。

结语

真实可靠的水环境质量监测数据是客观评价水环境质量状况、促进水污染防治工作的重要基础，数据审核过程中，应该根据各指标间的相关关系，对监测数据进行比较和验证，检查审核数据的合理性。深化环境监测体制改革，提高环境监测数据质量是生态文明体制改革走向深入的必然要求，数据审核也应适应更高、更新的要求，更好服务于水污染防治工作和水环境质量的持续改善。