改进的综合水质标识指数法在海安市河流水质评价中的应用研究

韦雨婷　黄娟　鲍琨　顾晓昀

关键词：水质评价；综合水质标识指数；超标倍数赋权；海安市河流

中图分类号：X824 文献标志码：B

前言

海安市位于江苏省东部，是全国生猪产业大县，因养殖面源污染问题，海安市水环境质量一直面临巨大压力。对海安市河流水质情况进行跟踪分析，有利于为海安市水污染防治工作提供科学的技术支撑。

水质评价是水环境污染防治中重要的基础性工作。常见的水质评价方法有单因子评价法、模糊综合评价法、水污染指数法、灰色系统法、综合水质标识指数法等。综合水质标识指数法是以单因子水质标识法为基础得出的一个综合水质系数，既可以定性判定水质是否超标，又可以定量判断超出目标几个类别及污染程度，是一种易于掌握且适合推广的方法。近年来，综合水质标识指数法被广泛运用于水质评价工作中，如李华栋等、周默等分别利用综合水质标识指数法对黄河山东段、鞍山市太子河水系进行了水质评价，林涛等分别采用熵权系数法、超标倍数赋权法等对计算方法进行了改进。

文章采用易于实际操作的基于超标倍数赋权的综合水质标识指数法，对2021年海安市境内7条主要河流水质状况进行综合评价分析，并评估其污染风险；同时基于2017-2021年水质监测结果，探究海安市河流水质随时间演变特征，以期为综合水质标识指数法在水质评价中的应用提供实例参考。

1研究区域概况

海安市地处淮河流域和长江流域下游，境内水网密布，水资源丰富，以通扬运河为界，通扬运河以南为长江水系，以北为淮河水系。长江水系主要河流中，通扬运河、焦港河、如海运河为引水骨干河道，南引长江水，拼茶运河、北凌河为排水骨干河道，向东流人黄海。淮河水系主要河流中，新通扬运河为江水北调引水骨干河道，通榆河、串场河为输水骨干河道。研究选取海安市境内拼茶运河、新通扬运河、通榆河、串场河、如海运河、通扬运河和北凌河7条主要河流的7个例行监测断面进行水质评价，各河流及水质监测断面分布情况见图1。

2研究数据及方法

2.1数据来源

研究区域2017年-2021年7条河流7个例行监测断面逐月水质数据由当地生态环境主管部门提供。研究选取化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃-N）、总磷（TP）3项反应流域水质状况的水质指标进行水质评价，各河流水质目标均为Ⅲ类。

2.2评价方法

2.2.1综合水质标识指数

综合水质标识指数包含了参评断面的综合水质类别、定量污染程度以及断面达标情况等多方面的信息，由整数位和小数点后3位或者4位小数位组成，其标准公式为式（1）：

I_wq=X₁·X₂X₃X₄式（1）

式（1）中：X₁代表综合水质级别；X₂代表综合水质在X₁类水质变化区间所处的位置，根据公式按照四舍五人的原则计算确定；X₃代表所有参评指标中劣于水质目标的指标个数；X₄代表综合水质类别与水质目标类别的比较结果。X₁—X₄具体计算方法参考文献。

综合水质标识指数计算的关键为X₁·X₂的计算，基于单因子水质标识指数，计算公式为式（2）：

式（2）中：ω_m代表各参评指标的权重值；P_m代表各参评指标的单因子水质标识指数。P_m的具体计算方法参考文献。

2.2.2超标倍数赋权

通过表达式可知，权重系数的不同会给水质评价工作带来不同的结果。研究选取一种在实际工作中易于操作的超标倍数法进行赋权。超标倍数赋权法是一种主要因素突出型赋权方法，它突出了主要污染物的影响，强调了污染较为严重的水质指标在所有指标中的重要性，计算公式为式（3）：

3评价结果分析

3.1整体水质概况

根据海安市境内主要河流2021年逐月水质监测数据，采用基于超标倍数赋权的综合水质标识指数法进行评价，结果如表3所示。由表3可知，海安市境内各主要河流2021年年均综合水质标识指数在3.000～3.600之间，整体水质为Ⅱ类-Ⅲ类，年均水质均能够满足Ⅲ类水质标准要求，其中通扬运河水质最好，年均水质为Ⅱ类。但从各月水质评价结果来看，各河流逐月水质波动较大，尤其是7月份和8月份，海安市河流整体水质较差，均出现超标现象，7月份拼茶运河和北凌河为Ⅴ类水质，通榆河、串场河和如海运河均为Ⅳ水质，8月份拼茶运河、新通扬运河和串场河均为Ⅳ类水质。

3.2主要污染物分析

由表3可知，参评的7条主要河流在2021年全年检测中，COD超标次数为5次，百分比为6.0%，超标的X3值均为1，表明COD均超过水体水质目标值1个类别；氨氮超标次数为5次，百分比为6.0%，其中超过水体水质目标值1个类别3次，主要发生在通榆河，超过水体水质目标值2个类别2次，氨氮达到了Ⅴ类水质，主要发生在拼茶运河和北凌河；总磷超标次数为12次，百分比为14.3%，其中超过水体水质目标值1个类别6次，主要发生在新通扬运河、如海运河和串场河，超过水体水质目标值2个类别6次，主要发生在拼茶运河、通榆河和北凌河，并且拼茶运河和北凌河超标的X2值均为0.9，表明总磷接近劣V类水质。由此可见，海安市境内主要河流逐月水质中COD、氨氮和总磷均存在不同程度的超标，其中总磷超标最严重，存在接近劣Ⅴ类水质的风险，氨氮次之。水体中氮磷的超标主要来源于农业退水、畜禽养殖污染等，尤其是汛期7、8月份氮磷超标污染问题突出，海安市作为畜禽养殖和种粮基地，农业面源污染治理需要进一步加强。

3.3综合水质变化趋势分析

根据2017年-2021年海安市生态环境主管部门的监测结果，采用基于超标倍数赋权的综合水质标识指数法对海安市各主要河流综合水质变化趋势进行评价，结果如表4、图2所示。根据分析结果，2017年海安市境内主要河流水质均未达到水质目标要求，海安市整体水质较差，通扬运河为劣V类水体，拼茶运河、如海运河、北凌河为V类水体，其余河流为Ⅳ类水体；2018年除如海运河达到水质目标要求外，其余河流水质依旧超标，其中新通扬运河、串场河和北凌河水质较2017年相比水质出现恶化，拼茶运河和通榆河水质变化率（T值）小于10%，水质基本未变，通扬运河水质轻微改善（T值为14.75%），但仍为Ⅴ类水体；2019年海安市境内河流水质均达到Ⅲ类，均满足水质目标要求，河流水质变化率（T值）为21. 74%～36.84%，水质较2017年、2018年改善显著，2020年和2021年整体水质继续改善，但变化幅度不大，保持稳定或轻微改善。整体上，由于近年来海安市政府大力推进水环境整治和水污染防治工作，2017年-2021年海安市境内河流水质整体趋于逐年改善，且变化显著，其中通扬运河水质改善最为明显，T值为50.82%，由2017年劣Ⅴ类水质改善为2021年Ⅱ类水质。

4结论

采用基于超标倍数赋权的综合水质标识指数法对海安市2017年-2021年各主要河流水质进行评价，结果表明近年来海安市境内主要河流水质呈现逐年改善趋势，部分河流水质变化显著，2021年整体水质为Ⅱ类一Ⅲ类，其中Ⅱ类水体比例为43%，说明近年来海安市政府在水环境治理和水污染防治工作方面成效显著。但各河流逐月水质波动较大，尤其是汛期7月份和8月份，海安市河流整体水质较差，均出现超标现象，其中总磷超标最严重，存在接近劣Ⅴ类水质的风险，氨氮次之。海安市作为畜禽养殖和种粮基地，后期仍需进一步加大农业面源污染整治工作。