基于综合水质标识指数法的水功能区水质评价

□郭洪起

水质评价工作是合理开发利用和保护水资源的基础和重要环节。该项工作依据评价目标，确定参评指标及评价的标准和方法，通过评价结果对水体的质量、利用价值及处理方向作出评定。目前水质评价常用方法包括：单因子评价法、综合水质标识指数法、内梅罗指数法、灰色关联分析法、模糊综合评价法、物元可拓模型等数多种方法，可概括为单因子质量指数评价模型和多因子水质综合指数评价模型。本文分别采用单因子水质标识指数法、综合水质标识指数法对研究河流进行评价，并对评价结果进行客观分析、比较。

综合水质标识指数法是基于其单因子水质标识指数评价法衍化而来，由徐祖信于2003 年提出，能够更为全面的刻画出评价对象整体水质状况，对水体综合水质特征的表达更完整客观，因此，本文以2015 年—2019 年子牙新河2 个监测点监测数据为依据进行综合水质评价，结果既能反映综合水质级别，同时也反映出同级别水质的不同污染程度。

1.研究区概况及数据来源

依据河北省水利厅、河北省环境保护厅发布关于调整公布《河北省水功能区划》的通知文件，子牙新河缓冲区起于周官屯，止于河北省与天津市交界，功能区水质目标为Ⅳ类，周官屯、翟庄子桥两个监测断面位于水功能区的起始点和终止点，因此，评价断面选用子牙新河周官屯、翟庄子桥两个监测断面。2015 年—2019 年该功能区水质状况出现了明显的改观，对综合水质评价变化趋势具有很好的代表性，故监测数据选用2015 年—2019 年的监测数据。根据《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002），结合对评价数据的系统分析，决定采用定类因子中贡献程度较高的高锰酸盐指数（CODmn）、化学需氧量（CODcr）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、氟化物（F）作为评价指标。

2.评价方法及标准

2.1 综合水质标识指数法

该方法需分2 步进行，第1 步是单因子水质标识指数的确定，第2 步为综合水质标识指数的确定。

2.1.1 单因子水质标识指数

单因子水质标识指数一般包括1 位整数和2 位有效数字的小数，其结构表示为：

式中：

Pi—i第项评价指标的单因子水质标识指数；

X1—第i项水质指标的水质类别

X2—监测数据在X1类水质变化区间中所处的位置，按四舍五入的原则计算确定。

2.1.2 综合水质标识指数

综合水质标识指数一般包括1 位整数和4 位有效数字的小数，其结构为表示为：

式中：

Iwq—水体综合水质标识指数；

X1—水体的综合水质类别；

X2—综合水质在X1类水质变化区间内所处位置；

X3—参与综合水质评价的水质指标中劣于水环境功能区目标的单项指标个数；

X4—综合水质类别与水体功能区类别的比较结果，表示综合水质的污染程度。

X1×X2的计算是综合水质标识指数的核心工作，即通过监测数据判定河流综合水质类别，同时确定综合水质在该类别变化区间中的位置，计算公式如下:

式中:

m—参加综合水质评价的水质单项指标的数目；

p1、p2、pm—分别为第1、2、m个水质因子的单因子水质指数。

图1 2015 年—2019 年子牙新河周官屯断面单因子水质标识指数变化趋势

2.2 综合水质级别评价

地表水依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)共分为5 类，分别为I 类、Ⅱ类、Ⅲ类、IV 类和V 类，将劣于V 类标准的统称为劣V 类。综合水质标识指数通过Iwq的整数位和小数点后第1 位X1×X2判定水质级别，级别判定标准见表1。评价结果在断面水质级别评价的基础上，同时对河流整体的综合水质级别进行评价。

表1 综合水质标识指数的综合水质级别判定标准

表2 2015 年—2019 年子牙新河各断面单因子水质标识指数评价结果

表3 2015 年—2019 年子牙新河各断面综合水质标识指数评价结果

表4 2015 年—2019 年子牙新河各断面年度综合水质级别

3.评价结果与分析

3.1 单因子水质标识指数评价结果

图2 2015 年—2019 年子牙新河翟庄子桥断面单因子水质标识指数变化趋势

根据公式（1）计算的得出2015 年—2019 年子牙新河各断面单因子水质标识指数，结果如表2 所示。按照指数大于5 的程度和次数判定，子牙新河缓冲区污染贡献因子主要为CODmn、CODCr、NH3-N，且属于长期污染因子，其中CODmn、在两个监测断面均呈现平缓下降趋势；CODCr在周官屯断面呈平滑趋势，5 年间升降不一，但幅度均较小；NH3-N 在2 个监测断面均呈现下降趋势，且下降幅度较大。TP、F 对缓冲区污染贡献较小，其中F 在2015 年—2016 年劣于功能区目标值，在2018 年后大幅下降，趋势趋于稳定；TP 在2015 年—2019年均满足功能区目标值，趋势较为稳定。2015 年—2019 年子牙新河各断面单因子水质标识指数变化趋势图见图1、图2。

3.2 综合水质标识指数评价结果

根据公式（2）、（3）计算得出2015 年—2019 年子牙新河各断面单因子水质标识指数，如表3 所示。2 个监测断面评价结果在2015 年—2017 年均劣于功能区目标值，但污染因子数量均呈逐年减少趋势，2017 年均为单一污染因子超标。总体趋势转折点出现在2018 年，2 个断面评价结果均已满足功能区目标，2019 年综合水质标识指数进一步降低。

3.3 综合水质级别评价结果

根据表1、表3 判定2015 年—2019 年子牙新河各断面综合水质级别，如表4 所示。2015 年—2019 年子牙河缓冲区经历了4 个水质级别的转变，由劣Ⅴ类并黑臭转良至Ⅳ类，水质状况大为好转。

根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)评价分级表示，结果如表5 所示。该方法无法综合的分析评价水质变化情况。

4.结论

本文选用综合水质标识指数法对2015 年—2019 年子牙新河缓冲区水质进行了综合评价，并对水环境变化趋势进行了分析，结论如下。

一是依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)评价分级，当有1 项指标超过相应标准值时，就表示该水体已经不能完全满足该功能的要求，评价过程简便，评价结果简单明了，是最常用的评价分级方法，但是其也存在一定的局限性，主要体现在忽略了各因子对水环境影响的差异性及信息的完整性。相比较而言，综合水质标识指数法通过整体评价获得的评价结果更为合理，同时能够分析出评价指标和水体质量要求之间的具体信息，通过这些信息能更好地分析水质污染状况并采取相应的防治措施。同时，该方法不仅能在水质某一级别内分析污染程度，也能比较水质不同级别的污染程度，尤其对水质劣Ⅴ类级别描述更加细致具体，使污染防治工作更加有的放矢。

二是子牙新河缓冲区起讫断面监测结果相关性较高，2016 年后基本趋于一致，证明该功能区水体完全承接上游来水和天然降水，功能区内基本无超标排污纳入，入河排污治理工作效果显著。

三是在2015 年—2019 年间综合水质级别经历了由劣Ⅴ类并黑臭至Ⅳ类的过程，2018 年起已达到功能区目标要求，并且由2018 年—2019 年的评价结果分析，该功能区水质状况仍在不断的改善。