一种新的河道监测断面水质分析方法

（台州市生态环境局温岭分局 浙江温岭 317500）

温岭市地处浙江省东南沿海， 位于东经 121°09′50″～121°44′0″、北纬 28°12′45″～28°32′05″之间，受益于改革开放的政策迅速崛起于东海海滨，市境东频大陈洋，南连玉环，西临乐清和乐清湾，北接台州市区。温岭市境内河流众多，总长1 494 km，多属金清港水系。温岭市市、县控河道断面主要包括太平（太平新桥）、泽国（友谊桥）、麻车桥、松门（天竺桥）、横峰（莞陈大桥）、大溪（余家桥）、箬横（埭头桥）、上马（南塘水泵站）等8个。本文采用总磷、高锰酸盐指数、氨氮、CODcr作为聚类指标对河道断面水质进行了灰色聚类分析，并将溶解氧指标变化趋势和水质灰类变化趋势结合起来分析了2015─2017年第1、3、5月河道断面水质变化趋势，提出一种新的河道监测断面水质分析方法。

1 方法

1.1 数据来源及处理

采用温岭市环境监测站2015─2017年常规监测中的数据，运用均值化法［1-2］对各聚类指标和《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中各指标灰类值进行标准化处理。将2015─2017年第1、3、5月作为聚类对象（总共9个时间节点），将总磷、高锰酸盐指数、氨氮、CODcr作为聚类指标，考虑到本市河道水质几乎没有达到过Ⅰ类标准，因此依据评价标准中的第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水质标准将地表水分为4个灰类，对经标准化处理后的聚类指标进行聚类分析。

1.2 灰色聚类法［3-5］

1.2.1 构建三角白化权函数

属于第1类水质的白化权函数为：

属于第 2、3（K=［2，3］）类水质的白化权函数为：

属于第4类水质的白化权函数为：

1.2.2 计算聚类权重

式中：Sik为经均值化处理后的标准灰类值。

1.2.3 计算聚类系数和水质灰类判定

通过计算得出每个聚类对象对于所有类别的聚类系数，其中最大的聚类系数对应的级别就是该样本所属的水质灰类。

1.3 水质评价方法

将溶解氧指标变化趋势和水质灰类变化趋势结合起来，分析河道断面水质变化趋势。溶解氧指标不同于总磷、高锰酸盐指数、氨氮、CODcr等指标，其浓度越高，代表水质越好。溶解氧和水质灰类变化趋势所反映的水质变化情况总共应该有3种情形：①若是溶解氧上升，同时灰类下降或持平，那么判定水质变好；②若是溶解氧下降，同时灰类上升或持平，那么判定水质变差；③若是溶解氧和灰类同时升高，或者同时降低，则判定水质持平。实际上以上①、②是水质灰类和溶解氧趋异变化，③是水质灰类和溶解氧趋同变化。

2 结果

2.1 温岭市各市、县控河道监测断面水质变化趋势

2015─2017年上半年度温岭市各市、县控河道监测断面水质变化趋势见图1，其中第1至9时间节点分别对应2015─2017年第1、3、5月，总共应该有8个时间段的变化。

2.2 水质变化情况集成

从整个变化情况看（表1），大溪余家桥断面的水质有变差的趋势，因为8次变化里有3次是持平的，变差的有3次，而变好仅有2次。

表1 2015—2017年第1、3、5月温岭市各市、县控河道断面水质变化情况

横峰莞陈大桥断面8次变化里有4次是变差的，变好有3次，持平1次，因此水质有变差的趋势。

麻车桥断面8次变化里有4次是变差的，变好有3次，持平1次，因此水质有变差的趋势。

箬横断面8次变化里有5次是变好的，变差仅1次，持平2次，因此水质有变好的趋势。

上马断面8次变化里有3次是变好的，变差2次，持平3次，因此水质有变好的趋势。

松门断面8次变化里有5次是变好的，变差有3次，变好次数多于变差的次数，因此水质有变好的趋势。

太平新桥断面8次变化里有4次是变好的，变差有3次，持平1次，因此水质有变好的趋势。

泽国友谊桥断面8次变化里有变好和变差各2次，持平4次，因此水质是持平的趋势。

2.3 水质变化趋势的验证

对2018年1月─2019年5月 （包括2018年 1月、2018年 3月、2018年 5月、2019年 1月、2019年 3月、2019年 5月合计6个时间点）温岭市各市、县控河道断面化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、总磷浓度进行spearman轶相关系数检验，结果见表2。

表2 各污染因子spearman轶相关系数检验结果

根据本文的评价方法，太平新桥、箬横、松门、上马断面水质均是变好的趋势，与此趋势完全一致的是松门断面，2018年1月─2019年5月4个污染因子均呈现不显著下降的趋势，然后箬横和上马断面均有3个污染因子呈现不显著下降的趋势，75%污染因子的浓度都是下降的趋势，水质变好可能性大，因此基本相符，稍微有些偏差的是太平新桥断面，其中有2个污染因子浓度呈现不显著下降趋势提示水质可能是持平的。分析提示横峰莞陈大桥断面水质有变差的趋势，从表2可见有3个污染因子呈现不显著上升的趋势，75%污染因子的浓度都是升高的趋势，水质变差可能性大，因此基本相符。评价泽国友谊桥断面水质是持平的趋势，期望是分别有2个污染因子浓度呈现上升或下降的趋势，但从表2可见仅有总磷浓度是呈现不显著上升的趋势，与预期结果有所偏差但不能说是完全偏离。偏差比较大的是大溪余家桥断面，评价水质有变差的趋势，但有3个因子的浓度呈现不显著下降的趋势，提示这段时间水质可能是变好的。

3 讨论

3.1 分析方法的应用价值

本文建立的水质变化趋势的分析方法，是基于将溶解氧变化和水质灰类变化进行结合起来分析，选取的时间段是2015─2017年第1、3、5月，那么实际上会有8次变化，根据8次变化里有几次变好、几次持平、几次变差来对整个8个时间段的水质变化情况进行综合的研判。判定方法是基于比如有4次或以上某种变化，那么认为水质总体有向该种方向变化的趋势。

2017年是削劣攻坚年，而今后趋势是对断面达标的要求会更高，比如国控断面要求达到 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中的Ⅲ类标准以上，而省控断面要达到功能区要求，区别于目前应用很多的单因子评价法，其弊端是若河道监测断面某一类因子超5类，立马被判为劣Ⅴ类水体，在评价中经常发现会出现连续很多时间段某一河道断面被判为同一类水体，那么就看不出水质是否有变化，但实际上河道水质应该是一直在发生变化的，本文评判方法的优点就是能追踪连续时间段的水质变化，然后可以综合得到一个河道一段时间跨度比如半年的变化趋势，通过运用2018年1月─2019年5月的数据进行spearman轶相关系数检验来进行验证，然后发现相符程度较高，本文的评价方法对于今后水质是否有正确预测作用还有待进一步的验证，而对于趋势变差的河道，可以建议其采取措施改善水质，因此可以起到一定的水质预警作用。

3.2 同一控制河段的不同河道的水质情况可能相似

从属于同一控制河段的不同河道监测断面的变化趋势来看，太平新桥、横峰莞陈大桥、麻车桥3个断面属于月河控制河段，而箬横和松门断面属于箬松河控制河段。横峰莞陈大桥和麻车桥断面总的变化趋势一致，都是变差，但太平新桥断面却是变好的。如果观察横峰莞陈大桥和麻车桥断面每个时段的水质变化趋势会发现两者是惊人的一致，这很可能是因为两个监测断面在地理位置上比较临近。然后箬横和松门断面水质的总体趋势也是一致的，均变好。这些都提示属于同一控制河段的监测断面的水质可能会相互影响，然后呈现出相似的变化趋势。

3.3 水质影响因素分析

“十一五”以来，温岭市采用加强饮用水源保护、加快城镇污水处理设施建设、开展水环境综合整治、实施河道综合整治四大举措全面推进水环境污染防治工作，在改善地表水环境质量方面取得了一定的成效，但多年来的粗放型经济发展已使得水环境污染问题成为制约我市可持续发展的主要因素。

除了采取人工干预的办法去改善河道水质，降雨被认为也是影响水质变化的一个重要因素。研究显示降水会引起水量的变化，从而影响到地表水污染物的输入、转移和转化，间接会影响到地表水环境质量［6］。过少的降雨，比如说干旱，由于径流量降低，会导致地表水环境质量下降，而过强的降雨，比如说洪涝灾害，会将大量的地表污染物质冲刷入河流，也会导致地表水环境质量下降；因而频繁而适量的降雨可以起到稀释污染物的作用，从而改善地表水环境质量。

4 结论

（1）依据本文的评价方法，从 2015─2017 年第 1、3、5 月来看，大溪余家桥断面、横峰莞陈大桥断面、麻车桥断面的水质有变差的趋势，箬横断面、上马断面、松门断面、太平新桥断面的水质有变好的趋势，泽国友谊桥断面水质是持平的趋势。属于同一控制河段的监测断面的水质可能会相互影响，然后呈现出相似的变化趋势。

（2）本文评判方法的优点就是能追踪连续时间段的水质变化，然后可以综合得到一个河道一段时间跨度比如半年的变化趋势，这样获取的趋势对于今后水质是否有正确预测作用还有待进一步验证。今后可能可以起到一定的水质预警作用。