多种水质评价方法在喀左地区的应用分析

刘宇欣，潘 俊，王兴作，崔台育，许腾文，滕炳麓，申一顺

(沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110000)

1 引言

近年来，生态环境问题也随着经济的迅速发展而随之更加严重。尤其是偏远地区，由于疏忽管理，导致污水直接流入河道中，造成水质污染问题[1]。地表水水质评价是水环境管理中的重要一环，也成为了水质环境问题研究过程中的重中之重。对于提升和改善地表水水质问题的管理管控一直是环境学者们探讨的重点[2]。在环境水质评价工作的初期，人们是根据水体的颜色、气味以及水体浑浊度等指标进行评价[3]，随着环境评价工作的深入及快速发展，以及在将数学模型的方法投入水质评价当中后，水质评价的方法也日渐丰富起来[4]。

即使如此，直到现在大多数水质评价的方法还仅停留在对于水流域的断面水质进行判别[5]。其中流域具有代表性的一些环境信息可以通过设置水质监测断面来实现。并且它的固定位置信息也可以反应所在环境的污染情况特征。但是在实际的水质检测工作当中，要随时考虑到真正采样时是否可行或者是否方便。所以仅仅使用断面水质情况来评价各个占比情况，不会很好地反映出当地的水质情况，并且也没办法精准地体现水质所具有的各方面特征，特别是指标与指标之间、数据和数据之间的联系还有待探究。

本文通过对目前国内外关于地表水的水质评价方法进行分析和总结，以辽宁省喀左县第二牤牛河为例，分析在哪种评价方式下，可以更加直观也更加适用于当地水质评价，分析各个方法的优缺点及实用性，为以后当地水环境管理提供思路以及未来可能存在的问题提供较科学的参考。

2 评价范围及其数据来源

辽宁省喀左县第二牤牛河是临近公营子镇的最大河流，公营子镇以往工业企业较发达，人口较多，过去生产、生活过程中产生的污水、废水均直接排放至牤牛河中，长期以来导致河流水质较差，污染严重，由于本段河流地表水与地下水联系密切，地下水极易受到河流水质的影响而产生污染。为了改善河流生态环境，近几年公营子镇在现有截渗墙上游左岸靠近迎宾路位置修建了污水处理厂，居民的生活废水及各个企业污水都通过沿河铺设的污水管道引入污水处理厂进行处理，处理后的中水通过管道排放至截渗墙上游的河道中[6]。本次评价范围为第二牤牛河上游到污水处理厂入口处。

鉴于当地水环境情况，为查明地表水水质情况，在拟评价范围内具有代表性的地点分别取水样，进行水质全分析试验。其中在河流上游地表水来水处及下游地表水的排泄处，分别取地表水水样各1组；在河流左右岸阶地处，分别取地下水水样各1组进行对比分析。

3 评价法概述

地表水水质评价方法很多，主要有单因素指数评价法、模糊综合评价法、主成分分析法、综合污染指数法和水污染指数法。通过评价的方法和顺序，可整理为单因素评价法和综合评价法。

单因子评价法是从20世纪80年代以来，初次作为我国统一的水质评价方法对主要的拟测定水系水质状况进行了评价。此方法操作简单，不确定性较少，主要方法内容也较为简单，是其他各种综合类评价法的基础方法，但评价的成果过于严格[7]。而目前学者们一直讨论的热点话题仍然是综合性水质评价结果的适应性及不确定性。现阶段水质评价中最常用手段是多指标综合评估法，如污染指数法，模糊综合评判法等[8]。综合指标法因其综合性作为优点，构建其评价模型，选定较适合的相关评价因子，这是当前关于地表水水质评价研究的热点话题。

4 拟采用的水质评价模型及其适用条件

4.1 单因子指数评价分析法

(1)评价的模型。

(2)适用的条件。

有个别污染物或其中一种污染物的明显影响的湖泊和河流[9]。

4.2 综合污染指数法

(1)评价的模型。

(2)适用的条件。

通过示范区建设，将对我省马铃薯品种更新换代，以及脱毒种薯的普及应用，帮助农民脱贫致富，推动地方优势特色农业的产业化发展，促进我省马铃薯产业化再上新台阶具有重要意义。

用于确定主要污染物的性质和程度，反映在不同水质参数与相应标准之间的综合对应关系中[10]。

4.3 模糊综合评判法

(1)评价的模型。

(2)适用的条件。

它服务于对废水质量的综合评估，要求相对较高，且存在许多不确定性[11,12]。

4.4 主成分分析法

(1)评价的模型。

Fi=a1×y1×a2×y2+…+ap×yp

F=(c1×F+c2×F2+c3×F3…)/(c1+c2+c3+…)

(2)适用的条件。

用于综合水质评价，评价因素较多，要求较高[13]。

4.5 水污染指数法

(1)评价的模型。

WPI=Max(WPI(i))

(2)适用的条件。

其用于水质断面的测定、水质定量评价和主要污染物鉴别，以及包括劣质水的综合比较[14]。

5 评价范围内污染物种类及浓度

沈阳市某检测技术中心于2020年4月5日进场，对喀左县公营镇拟评价范围的地表水、地下水进行采样，从2020年4月6～19日进行样品分析检测，2020年4月15日提交检测报告。

本次水样的检测标准按《生活饮用水标准检验方法》GB/T 5750(.4～.8及.12)-2006进行，检测结果见表1和表2。

表1 两岸地下水检测结果

表2 上下游地表水检测结果

6 评价结果分析和比较

5种评价方法对2020年该地区地下水、地表水各个污染物的的评价结果见表3。

表3 利用单因子评价法和综合污染指数法识别的主要水质污染指标

根据水环境管理的有关规定，从水质量定性评价、定量评价、重点污染指标识别3个方面对方法结果进行选择和分析[15]。

6.1 水质定性评价

通过国家统一的水质分类标准，可以对单因素指数评价法、模糊综合评价法和水污染指数法进行综合评价，从而得出该处水质的相应等级[16]。其中，单因子指数分析法和水污染指数分析法对于断面水质类别均是采取最差的污染物指标来判别的。然而，在应用模糊综合评价方法进行水质分析评价时，必须考虑到当地水环境的复杂性和分类边界的模糊性。需要考虑的是评价水质在功能范围内分类的局限性，更不用说根据各评价水质标准的实际情况增加相应的权重[17]。和单因子指数法与水污染指数法来进行比较，这种方法是通过最优值与最差值的差来确定水质类别，相对来说比较合理，这也是应用模糊综合评判法来评定的水质评价结果好于其他两种水质评价方法的重要原因。此次研究采取的4个断面水样的检测结果也显示，应用模糊综合评判法得到的结果均优于其他两种方法的结果。但是模糊综合评判法是不能判断河流断面的主要污染物的，并且其也没有办法对劣V类水质进行判定，所以此方法应用于水质评价当中具有较大的局限性。另从评价结果分析表中也可以准确观察出综合污染指数法和主成分分析法对于水质类别的判定是不可以直接确定其拟评价范围的。

6.2 水质定量评价

水质断面评价采用水污染指数法、综合污染指数法、模糊综合评价法和主成分分析法通过数学模型进行定量分析，与其他4种方法不同，综合评价方法中定量指标的模糊定义确定了水质类别[18]。因此前面4种方法的结果不与后者得到的结果进行比较。水质定量评价可以更加详细精确地知道各个水体之间的水质差别，对于水环境管理的分析预测更加有利，但是这并不能体现水质的分类类别，并且最终实验结果的直接观察性和对比分析性较弱，这是因为这种水质评价方法得出的结果是没有办法直接比较的。再加上其在处理数据时的计算量相对比较大，因而其可操作性相对来说较差一些。

6.3 主要污染指标识别

单因子指数评价法、综合污染指数法和主成分分析法可以识别和评价主要污染物。单因子评价法是根据污染物评价指标的超标倍数[19]进一步确定主要污染物。综合污染指数法根据污染分担率[20]进一步确定主要污染物。

单因子指数的选取原则与水污染指数的选取原则相似。当水质断面水质良好时，未对主要污染物指标进行评价。但水质横断面评价水平超过国家三级评价指标，前三项指标超过最大指标为水质评价断面的主要污染物指标。但是，如果不同的指标与相应的评价水质相同，则需要计算其相对超标倍数。然后按超标倍数进行组织，并以前三项的相应项目作为该断面处的主要污染物指标。

综合污染指数法在筛选污染指标时一般会优先选取分担率排在前三项的污染指标当做该处的主要污染指标，但是这种办法无法判断水质的类别，因此在筛选主要污染指标时较容易筛选出较轻污染的指标类别。

7 结论

水质评价方法有许多种，但归根结底，想要规划出一个较好的水质断面评价方案，至少需要同时满足2个条件：包括定性分析与定量分析。定性水质分析的结果是要求符合国家相对应的水质类别的基本标准，进而使水质断面评价的最终结果更加的直观简洁；但定量分析是在比较水质类别比较类似的几种水体，体现出来的是水体之间的差别性。喀左县4个水质评价断面的水质状况评价结果表明:

(1)单因素评价法基于简单的操作，可以评价水质断面中的主要污染物，同时也可以判定该处断面水质类别。

(2)主成分分析法与综合污染指数法则可以比较好地进行水质断面定量方面的水质评价，同时也可以筛选出该断面处主要的污染物指标，但是并不能判定水质断面的水质类别，而且评价的计算和操作也相对复杂。

(3)水污染指数法则是可以同时满足定性的评价指标与定量的评价指标的最基本要求，但是对于所有污染物指标间的权重是没有办法评价其差别性的，不能评价某些污染物的污染指数，例如重金属污染物等，也不能评价其污染程度。因此，总体上来讲，水污染指数评价法的评价操作过程简单，其评价的结果也更加清晰明了，相比较而言，此方法在水质评价当中的应用更加具有前景，并且其应用范围也更加广阔。