基于水质指数法的城市地表水环境质量排名研究

唐萍　王欢

摘要 [目的]研究2018年安徽省相关城市地表水环境质量排名。[方法]采用水质指数法计算城市地表水环境质量。[结果]皖南城市地表水环境质量优于皖北城市地表水环境质量，新安江、长江流域城市地表水环境质量优于淮河流域城市地表水环境质量，评价结果吻合实际情况且更加客观准确。[结论]该研究为水环境的管理提供理论依据。

关键词 水质指数法;城市;地表水;环境质量;排名

中图分类号 S181.3文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）16-0078-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.023

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Ranking of Urban Surface Water Environment Quality Based on Water Quality Index Method

TANG Ping，WANG Huan （Environmental Monitoring Central Station of Anhui Province， Hefei，Anhui 230071）

Abstract [Objective]The research aimed to study the ranking of surface water environmental quality of related cities in Anhui Province in 2018.[Method]The environmental quality of urban surface water was calculated by water quality index method.[Result]The surface water environment quality of cities in Southern Anhui was better than that of cities in Northern Anhui， and the surface water environment quality of Xin'an River and Yangtze River Basins was better than that of urban surface water environment in Huaihe River Basin.The evaluation results were in line with the actual situation and were more objective and accurate.[Conclusion]This study provides a theoretical basis for the management of water environment.

Key words Water quality index method;City;Surface water;Environmental quality;Ranking

當前安徽省部分地区水环境质量恶劣、水生态受损严重、水环境隐患较多等问题十分突出，为了加大水污染防治力度，保证国家的水安全，国务院于2015年4月印发了《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号），《水污染防治行动计划》（以下简称《水十条》）中要求：综合考虑水环境质量及达标情况等因素，国家每年公布最差、最好的10个城市名单和各省（区、市）水环境状况[1]。为了落实此政策，并进一步加强城市水污染防治工作、改善城市地表水环境质量，安徽省立即开展了城市地表水环境质量排名工作。

目前国内外对于地表水环境质量评价和考核方法主要有单因子水质类别评价法、水质指数法和不确定性方法三大类[2]。单因子水质类别评价法简单易行，主要适用于单个断面（点位）的评价，不适用于对整个城市的地表水环境质量进行综合评价和比较排名;不确定性方法目前包括综合污染指数法、水质指数法、综合水质标识指数法和模糊评价法等[3-10]，上述方法各有利弊，还停留在理论研究层面，计算和操作复杂，应用到实际工作中需要进一步深入研究;而水质指数法种类繁多、简单易懂，结果便于比较，能满足环境管理的需要。针对以上考虑，笔者基于研究城市水质指数方法，并针对安徽省城市地表水环境质量进行实例测算。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

安徽省位于华东腹地，地理坐标为

114°54′～119°37′E、29°41′～34°38′N，面积13.96×104 km2，约占全国土地总面积的1.45%，居华东第3位、全国第22位，是地跨长江、淮河中下游，东临长江三角洲的内陆省份。东连江苏，西接湖北、河南，南邻浙江、江西，北接山东，省域南北长约570 km。安徽省境内有长江、淮河、新安江三大水系，其中淮河流域面积6.71×104 km2，长江流域面积6.60×104 km2，新安江流域面积为0.65×104 km2。全省现有水面105.4× 104 hm2，长度>5 km、宽度≥10 m江河干流和四级以上的支流共计606条，总面积2 601.9 hm2，长度>100 km的河流27条，面积1 672.4 hm2，其中淮河水系14条，长江水系10条，新安江水系3条。湖泊面积35.5×104 hm2，水库面积11.5× 104 hm2，池塘面积23.5×104 hm2。

2018年，安徽省参与城市地表水环境质量排名的断面（点位）有117个（表1），其中合肥市21个、淮北市4个、亳州市4个、宿州市5个、蚌埠市4个、阜阳市5个、淮南市7个、滁州市7个、六安市12个、马鞍山市5个、芜湖市6个、宣城市8个、铜陵市3个、池州市7个、安庆市12个、黄山市7个。

1.2 研究方法

1.2.1 水质指数法[11]。城市水质指数即CWQI城市，依据城市水质指数标准，按照从小到大的顺序进行排序，排名越靠前则说明该城市的地表水环境质量情况越好。在计算城市水质指数时，分别计算得出城市河流的水质指数CWQI河流和湖库的水质指数CWQI湖库 ，再根据河流断面和湖库点位数量的加权均值，计算得出该城市的城市地表水质指数。

1.2.1.1 河流的水质指数。

（1）单项指标的水质指数。用各单项指标的浓度值除以该指标对应的地表水Ⅲ类标准限值，计算单项指标的水质指数，如式（1）所示：

CWQI（i）=C（i）/C s（i）（1）

式中，C（i）为第i个水质指标的监测值; C s（i）为第i个水质指标地表水 Ⅲ 类水浓度标准限值;CWQI（i） 为第i个水质指标的水质指数。

溶解氧的水质指数计算方法：

CWQI（DO）=C s（DO）/C（DO）（2）

式中，C（DO）为溶解氧的监测值;C s（DO）为溶解氧的地表水Ⅲ类水浓度标准限值;CWQI（DO）为溶解氧的水质指数。

pH的水质指数计算方法：

CWQI（pH）=（7.0-pH）/（7.0-pHsd）（3）

CWQI（pH）=（pH-7.0）/（pHsu-7.0）（4）

式中，pHsd为 GB 3838—2002中pH的下限值， pHsu为 GB 3838—2002中pH的上限值;CWQI（pH）为pH的水质指数。

（2）河流的水质指数。根据各单项指标的CWQI，取其加和值即為CWQI河流：

CWQI河流=mi=1CWQI（i）（5）

式中，CWQI河流为河流水质指数，CWQI（i）为第i个水质指标的水质指数， n为水质指标个数。

1.2.1.2 湖库的水质指数。

湖库的水质指数计算方法与河流一致，另外，在计算单项指标的水质指数时，湖库总磷的Ⅲ类水浓度标准限值为0.05 mg/L。

1.2.1.3 城市的水质指数。根据城市辖区内河流和湖库的CWQI，取其断面（点位）数的加权均值即为该城市的CWQI城市：

CWQI城市=（CWQ河流×M+CWQI湖库×N）/（M+N）（6）

式中，CWQI城市为排名城市的水质指数;M为城市的河流断面数;N为城市的湖库点位数。若排名城市仅有河流断面，无湖库点位，则取城市的河流水质指数为该城市的城市水质指数，即：

CWQI城市=CWQI河流。

1.2.2 数据统计要求。

数据统计和计算结果按照《数值修约规则与极限数值的表示和判定》（GB/T 8170）的要求进行修约。各项指标浓度值保留小数位数比《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的 Ⅰ 类标准限值多1位，若按此修约为 0则至少保留1位有效位数。

1.3 数据来源 选取2018年第1季度、上半年及全年安徽省参与城市地表水环境质量排名的117个考核断面（点位）监测数据均值，排名计算指标采用《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中除水温、总氮和粪大肠菌群以外的21项指标。

2 结果与分析

按照水质指数法测算出的2018年第1季度、上半年及全年安徽省CWQI如表2～4和图1所示。 按照从小到大的顺序进行排名，排名越靠前，说明城市整体的地表水环境质量越好。

由表2～4计算结果可知，2018年第1季度、上半年及全年安徽省参与地表水环境质量排名的16个城市的CWQI城市修约后数值分别为3.411 3～6.988 0、3.315 8～6.732 6、 3.254 8～7.114 9，由此可见，各城市地表水环境质量有一定的差别，但差距不大;结果显示，2018年第1季度、上半年及全年安徽省城市地表水环境质量排名前3名城市均为黄山市、池州市和芜湖市。由图1可知，排名靠前的黄山、池州和铜陵市属于安徽省皖南地区，处于新安江、长江流域;排名靠后的淮北、亳州和宿州市属于安徽省皖北地区，处于淮河流域;由此可见，2018年第1季度、上半年及全年安徽省皖南城市地表水环境质量优于皖北城市地表水环境质量，新安江、长江流域城市地表水环境质量优于淮河流域城市地表水环境质量，评价结果与安徽省地表水环境质量现状基本吻合。