标识指数法在黄河山东段水质评价中的应用_李华栋.pdf

标识指数法在黄河山东段水质评价中的应用李华栋*，宋颖（黄河水利委员会山东水文水资源局，济南250100）摘要：根据黄河山东段的水环境状况，选取化学需氧量（CODCr）、氨氮（NH3-N）、砷（As）、铜（Cu）、总磷（TP）和生化需氧量（BOD5）6个典型水质指标，对20102019年黄河山东段干流5个断面的水质用单因子水质标识指数法和综合水质标识指数法进行评价。结果表明：黄河山东段各断面的综合水质类别均达到或优于功能区的目标要求，但对单项污染指标进行评价时发现，黄河山东段干流各断面主要存在的污染指标因子为TP。从评价结果来看，单因子标识指数法评价结果比综合水质标识指数法评价结果要差，而综合水质标识指数法能客观反映河流综合水质状况。关键词：水质评价；单因子水质标识指数法；综合水质标识指数；黄河山东段中图分类号：X824文献标志码：A文章编号：2096-2347（2023）01-0086-10收稿日期：2022-08-24作者简介：李华栋，工程师，主要从事水质监测、水质评价及实验室管理等工作。E-mail:引用格式：李华栋，宋颖.标识指数法在黄河山东段水质评价中的应用J.三峡生态环境监测，2023，8（1）：86-95.Citation format:LI H D,SONG Y.Application of identification index method in water quality assessment of Shandong reaches of the Yellow RiverJ.Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges，2023，8（1）：86-95.Application of Identification Index Method in Water Quality Assessment ofShandong Reaches of the Yellow RiverLI Huadong*,SONG Ying(Shandong Bureau of Hydrology and Water Resources of the Yellow River Water Conservancy Commission,Jinan 250100,China)Abstract:Based on the water environment status of the Shandong reach of the Yellow River,six typical water quality indexes,including CODCr,NH3-N,As,Cu,TP and BOD5,were selected.The method of single and comprehensive identification index were applied to analyze the water quality at five sections of main stream in Shandong reaches of the Yellow River from 2010 to 2019.Theresults demonstrated that the overall water quality of each section was equal to or better than the objective requirements for the water functional area.But when evaluating the water quality by single pollution index,TP was found to be the main pollution index.The evalution results obtained from the method of comprehensive indentification index were superior to those from the single indexmethod,suggesting that the comperhensive method can better and objectively reflect the overall water quality.Key words:water quality assessment;single identification index;comprehensive identification index;Shandong reaches of the Yellow River黄河自河南省进入山东，流经菏泽、济宁、泰安、聊城、济南、德州、滨州、淄博、东营，在垦利县注入渤海，长628 km，流域面积1.83104km2。黄河是山东沿黄城市最主要的客水资源，每年通过引黄济青干渠向青岛市供水，聊城河务局的位山闸还承担着引黄入卫、引黄济津跨流域调水重任，因此，黄河山东段的水资源开发利用，对山东沿黄各市及天津市、河北省的经济发展和社会稳定起着举足轻重的作用，其水质状况是社会各界关注的热点问题。DOI：10.19478/ki.2096-2347.2023.01.11三峡生态环境监测Ecology and Environmental Monitoring of Three Gorges2023年3月Mar.2023第8卷第1期Vol.8No.1模型计算方法研究第8卷第1期87因水环境的复杂性，在河流水质评价时需考虑多方面的因素才能科学准确地评价河流综合水质状况。单因子评价法、综合污染指数法 1、水污染指数法 2、灰色系统法 3、模糊综合评价法 4、投影寻踪技术 5 和多目标决策-理想区间法 6 等是目前最常用的河流水质评价方法。曾世玉等 1 采用单因子评价法和综合污染指数法对宁夏阅海湖水质进行了整体分析和评价，为阅海湖水体污染防治提供了参考。彭小玉等 2 运用水污染指数法对湘江长沙段支流17个常规监测断面20162018年水质监测数据进行了评价，结果表明：水污染指数法能够同时满足水质类别评价和水质定量评价，且评价结果与传统方法基本保持一致，该方法在湘江长沙段主要支流水质评价中具有较好的适用性。王以鹏等 3 采用灰色关联法，并对比单因子评价法，对南昌市的瑶湖、艾溪湖、青山湖的水质进行了评价，结果表明单因子评价与灰色关联法结合分析有利于河湖治理的方案制订。宋执航 4 根据慈湖河上游断面监测数据，选取化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5），氨氮（NH3-N），铬离子（Cr6+），铜（Cu）作为评价指标，对慈湖河上游流域进行了模糊综合法水质评价，该方法通过建立模糊矩阵以及浓度超标权重，根据最大隶属度原则得出水质评价等级并对方法进行改进得到连续的水质等级。孙天一等 5 构建了基于自由搜索（free search，FS）的投影寻踪（projectionpursuit，PP）模型PPFS，该方法根据地表水环境质量标准（GB 38382002）在等级区间内随机产生水质指标的样本值，并对样本值进行标准化处理，依据投影寻踪原理，构建了能够携带原评估指标系统变异信息的投影指标函数；引入FS算法，对投影指标函数进行优化并得到最佳投影方向；根据投影值与水质等级的关系建立水质评价模型。杨晓华等 6 对多目标决策-理想点法进行了改进，把质量标准处理成区间的概念，提出了一种多目标决策-理想区间法，该法与PP模型和神经网络法相比，简单、有效；与多目标决策理想点法相比，具有更强的适用性，多目标决策理想区间法可广泛应用于各种环境质量综合评价中。单因子评价法存在“以偏概全”的缺点，因该方法是以污染物的最高类别作为某断面的综合水质类别的。污染指数法虽计算简单、结果表达简洁，但其评价结果具有人为性。灰色系统法考虑了水环境系统的随机性和灰色性，因此，该方法有较高的信息利用率和精度，但该方法的分辨率较低。模糊综合评价法综合考虑了水质变化的连续性以及水质级别的模糊性，该方法评价结果合理，但是评价过程烦琐，而且确定指标权重和隶属度函数依靠一定的经验。PP模型无需进行指标赋权，评价结果更全面和客观，但是该方法计算量非常大，这在一定程度上限制了该方法的研究及推广。多目标决策-理想区间法简单、易于理解、水环境质量综合评价的准确度高，但是该方法使用经验的定量方法，受主观因素的影响较大。上述这些水质评价方法在水环境管理和保护政策的制定中起到了支持作用，但是都存在一些不足之处。综合水质标识指数法 7 是徐祖信于2005年提出的，该方法的特点如下：（1）能同时进行定性和定量评价；（2）评价河流综合水质状况的评价结果合理，不会因为个别较差的水质指标而否定综合水质；（3）能对同一河流不同断面间的水质进行比较，同时也能对不同河流间的水质状况进行比较；（4）能够区分同一水质类别中水质的优劣，同时实现了对劣V类水质的比较。石平超等 8 对湟水干流水质状况的评价结果表明，综合水质标识指数法评价结果要优于单因子标识指数法，因单因子标识指数法选取最差的水质类别来作为综合水质类别，存在“以偏概全”的缺点，综合水质标识指数法评价结果更客观。在图们江干流水质评价中应用了综合水质标识指数法，该方法克服了单因子指数法无法比较劣V类水质趋势变化的缺点，实现了对劣V类水质的定性与定量评价 9。本研究以黄河山东段为研究对象，应用单因子标识指数法和综合水质标识指数法对黄河山东段干流20102019年共10年水质进行评价，将两种评价方法的评价结果进行比较，得出综合水质随时间的变化趋势并进行原因分析，以期为黄河山东段水污染防治提供科学依据。李华栋，等：标识指数法在黄河山东段水质评价中的应用三峡生态环境监测http:/ km，流域面积1.83104km2。黄河山东段干流共设置高村、孙口、艾山、泺口和利津共5个断面，采样点布设图见图1。图1采样点分布示意图Fig.1Schematic distribution of sampling sites1.2数据采集本研究的水质监测数据来源于黄委山东水文水资源局，20102019年对黄河山东段干流高村、孙口、艾山、泺口和利津5个断面（2010年孙口断面未进行水质监测）每个断面每月进行一次水质监测，各断面各水质指标监测数据取年平均值。监测项目包括地表水环境质量标准（GB 38382002）中水温、pH、COD等常规24项，其中挥发酚、氰化物、铬（六价）、铅、镉、石油类、硫化物和阴离子表面活性剂8项均小于检出限；汞一年中绝大多数月份均小于检出限，个别检出月份汞含量均小于地表水环境质量标准（GB 38382002）中的I类水标准限值；氟化物20102019年各断面含量均小于 地表水环境质量标准（GB38382002）中的I类水标准限值；20102019年各断面pH均在7.09.0；20102019年各断面一年中的多数月份溶解氧能达到I类水标准，仅有少数月份达到II类水标准；高锰酸盐指数（CODMn）和化学需氧量（CODCr）均为指示水中还原性物质多少的指标，CODMn氧化率较低，水中有机物只能部分被氧化，不能反映水体中总有机物的含量，CODCr氧化率高，反映了几乎所有有机物和还原性无机物的量。因此，根据黄河山东段的实际水质状况，本研究选取具有代表性的 6 项评价指标：CODCr、氨氮（NH3-N）、砷（As）、铜（Cu）、总磷（TP）和BOD5，地表水环境质量标准（GB38382002）为评价标准。研究区域的水环境功能区目标为III类。1.3水质评价方法1.3.1单因子水质标识指数法单因子水质标识指数法既能定性评价又能定量评价，该方法能在同一水质类别中比较出水质的优劣，够清晰地表示出水质评价指标的水质数据、水质类别及与水功能区目标的比较情况。单因子水质标识指数pi的结构为：pi=X1单X2单X3单，其中，X1单为第i项水质指标的水质类别，X2单为监测数据在此类水质变化区间所