河流水質(zhì)綜合評價方法的統(tǒng)一和改進(jìn)

1、收稿日期:2001-06-12; 修訂日期:2002-02-10, , .河流水質(zhì)綜合評價方法的統(tǒng)一和改進(jìn)梁德華1, 蔣火華2(1. 海南師范學(xué)院地理系資源與環(huán)境研究所, 海南海口571158; 2. 中國環(huán)境監(jiān)測總站, 北京100029摘要:在分析我國河流水質(zhì)綜合評價方法存在的問題以及河流水質(zhì)綜合評價方法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 以國家對全國水環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)管理需要為目的, 提出了對河流水質(zhì)綜合評價方法的要求, 并針對綜合污染指數(shù)法的缺陷, 提出了改進(jìn)的綜合水質(zhì)指數(shù)方法。關(guān)鍵詞:河流水質(zhì); 綜合評價; 指數(shù); 評價方法中圖分類號:X 824文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1002-6002(2002 02

2、-0063-04Unifying and improving the comprehensive assessment methods of river water qualityL IA N G De-hua, et al (China N atio nal Enviro nment al M onito ring Centre , Beijing 100029, ChinaAbstract :T he autho rs analyzes by no w t he st udy of co mpr ehensive a ssessment metho ds o f r iver w ater

3、 qualit y and the main pro blem o f our exist ing methods. A nd o n the base of that, w e g iv es the necessary r equest o f t he metho d, w hen for the need of sy stematically ma nag ing the national wa ter env ir onment. At last , w e also adv ance an impro ved metho d a-gainst t he limitation of

4、Co mpr ehensive P ollution Index .Key words :river wat er qua lit y ; co mprehensive assessment ; index ; assessment metho d1我國河流水質(zhì)綜合評價方法存在的問題河流水質(zhì)污染是我國最為突出的水環(huán)境問題, 與經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活質(zhì)量關(guān)系最為密切, 也是國家目前治理的重點(diǎn)。為保護(hù)水資源, 控制水污染, 滿足國家對各流域的水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃和管理的要求, 首先需要掌握全國水環(huán)境污染的時間和空間分布。區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量評價作為水資源保護(hù)的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作, 是進(jìn)行水資源系統(tǒng)管理的一

5、項(xiàng)重要依據(jù)。而由于河流水質(zhì)綜合評價自身存在的特殊性, 其評價方法的缺陷一直是對水資源進(jìn)行科學(xué)管理的瓶頸之一。主要表現(xiàn)為:(1 迄今沒有一個被大家公認(rèn)通用的、具有可比性的水質(zhì)綜合評價數(shù)學(xué)模型。各地各部門在進(jìn)行水質(zhì)評價時, 選用模型的任意性很強(qiáng), 評價的結(jié)果不便于與其它地區(qū)水質(zhì)狀況進(jìn)行比較, 因而也不能準(zhǔn)確反映本地的相對污染狀態(tài), 國家難以全面掌握水環(huán)境污染的時空分布態(tài)勢, 其結(jié)果難以被公眾接受, 達(dá)不到水質(zhì)評價的目的。1999年12月在廣州召開的全國綜合評價技術(shù)研討會提出, 要把水環(huán)境綜合評價方法的統(tǒng)一和改進(jìn)問題作為目前需要重點(diǎn)解決的問題之一1。(2 缺乏比較客觀的確定環(huán)境因子權(quán)重的量化方法2。

6、在多因子的水質(zhì)綜合評價中, 各因子對環(huán)境污染的貢獻(xiàn)是不同的, 而目前缺乏統(tǒng)一的客觀的定權(quán)方法, 這對評價結(jié)果的可比性影響較大。2我國水質(zhì)綜合評價方法現(xiàn)狀我國1974年提出用數(shù)學(xué)模式綜合評價水污染至今, 關(guān)于河流水質(zhì)綜合評價方法的研究比較活躍, 到現(xiàn)在為止, 各家提出的綜合評價水質(zhì)的方法或指數(shù)就有二、三十種。概括起來可大致分為指數(shù)法和不確定性方法兩大類。2. 1指數(shù)評價法這類模式的特點(diǎn)在于均以監(jiān)測數(shù)據(jù)與評價標(biāo)準(zhǔn)之比作為分指數(shù), 然后通過數(shù)學(xué)綜合運(yùn)算得出一個綜合指數(shù), 以此代表水體的污染程度, 以及進(jìn)行不同河流或同一河流不同時期的水質(zhì)比較。指數(shù)化綜合評價是對整體水體質(zhì)量的定量描述, 只要項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)

7、、監(jiān)測結(jié)果可靠, 綜合評價從總第18卷第2期中國環(huán)境監(jiān)測Vol. 18No. 22002年4月Environmental M on itorin g in Ch ina Apr. 2002體上看是可以基本反映污染的性質(zhì)和程度的。而且對于全國流域尺度而言, 指數(shù)化綜合評價方法計(jì)算簡便, 便于進(jìn)行水系之間或同一水系時間上的基本污染狀況和變化的比較。因此中國環(huán)境監(jiān)測總站在進(jìn)行水質(zhì)評價時采取了這種方法。對分指數(shù)的處理不同, 使指數(shù)法存在著不同的形式。如簡單迭加型、算術(shù)平均型、加權(quán)平均型、內(nèi)梅羅水質(zhì)指數(shù)和羅斯水質(zhì)指數(shù)3等。如果從國家對全國河流水質(zhì)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一評價和進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的需要來看, 各種方法存在

8、的共同缺欠在于都不能很好地與國家統(tǒng)一的水質(zhì)功能類別相一致, 各種方法都各自按其指數(shù)大小分出了污染等級, 但這樣的評價結(jié)果只能定性地說明污染程度是輕、嚴(yán)重還是非常嚴(yán)重, 不能確定其功能類別為幾類。如1996年度環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書中, 淮河淮南段污染指數(shù)較蚌埠段大, 水質(zhì)類別卻是淮南類, 蚌埠類4。2. 2不確定性方法近年來國內(nèi)關(guān)于環(huán)境質(zhì)量評價方法的研究中, 不確定性方法的研究非常廣泛和活躍, 其中多數(shù)已見于對水環(huán)境質(zhì)量的評價。研究者認(rèn)為, 水體是一個充滿不確定性因素、變化復(fù)雜的環(huán)境, 其中進(jìn)入水體的污染物成分和數(shù)量是隨時間和空間變化的不確定量, 水質(zhì)級別、分類標(biāo)準(zhǔn)都存在著模糊性, 因而水環(huán)境系統(tǒng)是一

9、個有著隨機(jī)性、模糊性和灰色性的不確定的系統(tǒng)5。傳統(tǒng)的不確定性研究方法主要是隨機(jī)理論、模糊集理論6、灰色系統(tǒng)理論、熱力學(xué)理論7和信息論, 近年來發(fā)展了各種耦合方法, 并引入新的不確定性研究方法, 如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、物元分析法、集對分析法和T OPSIS 法等。展現(xiàn)了我國水環(huán)境研究方法的百花齊放、百家爭鳴的特色。用不確定性方法進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價, 從理論上講, 由于體現(xiàn)了環(huán)境中客觀存在的模糊性和不確定性, 符合客觀規(guī)律, 具有一定的合理性。但是用于綜合水質(zhì)評價時, 存在以下共同的問題沒有明確, 影響其適用性:(1 對綜合水質(zhì)評價目的的理解。水質(zhì)評價只有在明確用途、目的的前提下, 有針對性地選擇適當(dāng)?shù)捻?xiàng)

10、目及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價, 才是正確有效的評價。而目前對水質(zhì)評價方法的研究則存在著就方法論方法而不研究其用途的現(xiàn)象, 籠而統(tǒng)之地選取GB3838-88為標(biāo)準(zhǔn), 而評價結(jié)果僅是污染, 我們認(rèn)為, 以GB3838-88為標(biāo)準(zhǔn)的綜合水質(zhì)評價, 其目的是為了有效地保護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡, 為管理者提供準(zhǔn)確的水質(zhì)信息, 作為統(tǒng)一管理、規(guī)劃、控制水質(zhì)污染的依據(jù)。因此評價的結(jié)果應(yīng)具有代表性和可比性, 應(yīng)能反映水質(zhì)的功能類別, 而不應(yīng)是一個模糊的污染程度為某類的概念。(2 對水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的理解。不確定性方法認(rèn)為, 水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)是一些模糊概念, 認(rèn)為當(dāng)兩個樣本中, 某種污染物濃度相差不大卻被劃分為兩類并不合理,

11、因此在評價時往往將標(biāo)準(zhǔn)視為參考值。這在大氣或多介質(zhì)的環(huán)境質(zhì)量綜合評價中是合理的, 但在河流水質(zhì)的綜合評價中卻是行不通的。這是由人和生物對河流水質(zhì)的敏感性決定的, 河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是“限值”的概念, 水中污染物成分復(fù)雜, 任何一種污染物超標(biāo)都對水體功能造成破壞。如為保證生態(tài)學(xué)上不產(chǎn)生有害作用, CN -不允許超過0. 04mg /L 8, 這相當(dāng)于類標(biāo)準(zhǔn)的限值(0. 05mg /L , 超過這個濃度將不能作為類功能使用, 即“適用于集中式生活飲用水水源地一級保護(hù)區(qū), 珍貴魚類保護(hù)區(qū), 魚蝦產(chǎn)卵場等”。(3 對綜合水質(zhì)類別的理解。用不確定性方法進(jìn)行綜合水質(zhì)類別判定時認(rèn)為, 要考慮所選取的指標(biāo)的綜合作用

12、, 如果多數(shù)指標(biāo)級別較低, 而僅有幾項(xiàng)指標(biāo)級別高, 則不應(yīng)把綜合水質(zhì)定為較高級別。而實(shí)際上, 國標(biāo)GB3838-88中對地面水綜合評價已確定悲觀的原則, 即以單項(xiàng)指標(biāo)最差所屬級別確定其綜合水質(zhì)級別。這是符合實(shí)際的, 因?yàn)槿裟稠?xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo), 已不適于飲用卻仍評為可作為飲用水源地的類水, 將給人民生命健康帶來威脅。許多實(shí)際工作者已經(jīng)注意到, 數(shù)學(xué)模型的有效性并不同數(shù)學(xué)模型本身的繁雜程度來決定。數(shù)學(xué)模型實(shí)質(zhì)上是一種反映真實(shí)系統(tǒng)的手段, 模型的性質(zhì)應(yīng)當(dāng)適合于所研究問題的性質(zhì)。有些數(shù)學(xué)模型模式選取越來越復(fù)雜, 計(jì)算結(jié)果越來越繁多, 模型本身看來很完善, 卻忽視了水質(zhì)評價的特性, 難以在實(shí)際工作中發(fā)揮作

13、用。水質(zhì)綜合評價工作應(yīng)從實(shí)際出發(fā), 要從簡練明了入手, 達(dá)到評價目的即可, 應(yīng)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算方法和評價方法, 使評價結(jié)果有代表性和可比性9。3對河流水質(zhì)綜合評價方法的要求我們認(rèn)為, 以適應(yīng)國家對水資源系統(tǒng)規(guī)劃、管64中國環(huán)境監(jiān)測第18卷第2期2002年4月足以下要求:(1 對我國各大流域有一定的普遍適用性, 其結(jié)果能反映我國河流污染的特點(diǎn), 給決策者提供我國河流污染的空間分布信息。(2 要便于時間比較。能反映某條河流水質(zhì)隨時間的變化情況。(3 要能反映河流水質(zhì)評價的特殊性。水質(zhì)綜合評價與其它介質(zhì)評價的區(qū)別在于:水質(zhì)評價采取了悲觀的原則, 國標(biāo)GB3838-88中規(guī)定, “若某水體中, 有一項(xiàng)

14、污染指標(biāo)的濃度值超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度限值, 則表明該水體不支持這一水質(zhì)類別的使用功能”, 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)反映的是某種使用功能的允許值, 這點(diǎn)是不同于大氣或噪聲的污染程度的評價的。(4 要便于公眾接受。評價結(jié)果要簡單、明了, 意義明確。一方面給決策者一目了然的水質(zhì)污染信息, 另一方面使群眾易于接受, 發(fā)揮監(jiān)督作用。4對綜合污染指數(shù)法的改進(jìn)指數(shù)法由于其計(jì)算簡便, 并且評價結(jié)果便于比較, 因此比較適合管理者對流域尺度的統(tǒng)一管理、規(guī)劃和控制。目前國家的環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書中仍采用這種方法。但現(xiàn)有的綜合污染指數(shù)采用的是分指數(shù)算術(shù)平均的方法, 視各種污染物對水質(zhì)的影響等同, 缺乏科學(xué)性, 并且其結(jié)果與水體的功能類別

15、不統(tǒng)一, 存在矛盾的現(xiàn)象(如水質(zhì)類別差的反而污染指數(shù)小 。若綜合污染指數(shù)與水質(zhì)類別統(tǒng)一起來, 并給與科學(xué)的權(quán)重, 將大大提高指數(shù)法的適用性。根據(jù)這種情況, 作者提出了一種改進(jìn)的綜合水質(zhì)指數(shù)。4. 1斷面的綜合水質(zhì)指數(shù)其公式為:P j =q j + ni =1i ij w i式中, P j 為j 斷面的綜合水質(zhì)指數(shù); q j 為j 斷面綜合水質(zhì)類別(, , , , 及劣類分別對應(yīng)1, 2, 3, 4, 5, 6 ; 為系數(shù), 它的作用是滿足ni =1i ijw i 1P ij 為j 斷面i 項(xiàng)污染指標(biāo)的分指數(shù)(為濃度值與標(biāo)準(zhǔn)值的比值, 這里取類標(biāo)準(zhǔn)值 ; W i 為i 這樣綜合水質(zhì)指數(shù)就由整數(shù)和

16、小數(shù)兩部分構(gòu)成:整數(shù)部分代表斷面水質(zhì)功能類別, 使綜合水質(zhì)指數(shù)與水質(zhì)類別統(tǒng)一起來; 小數(shù)部分為各污染指數(shù)的加權(quán)平均, 以區(qū)別同類水質(zhì)的優(yōu)劣, 提高了分辨率。W i 的算法如下:w i =i 1s i 5這種定義權(quán)重的方法是以污染物超標(biāo)倍數(shù)對河流水質(zhì)的貢獻(xiàn)率大小為依據(jù)的。例如, 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中總氰化物類標(biāo)準(zhǔn)為類標(biāo)準(zhǔn)的40倍, 而高錳酸鹽指數(shù)類標(biāo)準(zhǔn)為類標(biāo)準(zhǔn)的5倍, 那么, 如果總氰化物和高錳酸鹽指數(shù)濃度都達(dá)到類標(biāo)準(zhǔn)的10倍, 則對總氰化物來說仍為類, 而高錳酸鹽指數(shù)則達(dá)到了劣類。也就是說高錳酸鹽超標(biāo)比氰化物超標(biāo)對水質(zhì)污染的貢獻(xiàn)大。根據(jù)這種思想, 高錳酸鹽的權(quán)重應(yīng)為總氰化物權(quán)重的8倍。公式中 是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

17、, 要考慮到小數(shù)即不能過小, 又要具有較高的分辨率。作者經(jīng)實(shí)際大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證, 選取如下:當(dāng)水質(zhì)類別為類時, =1; 當(dāng)水質(zhì)類別為類時, =0. 47;當(dāng)水質(zhì)類別為類時, =0. 45; 當(dāng)水質(zhì)類別為類時, =0. 41; 當(dāng)水質(zhì)類別為類時, =0. 18;當(dāng)水質(zhì)類別為劣類時, =0. 17。當(dāng)水質(zhì)類別為劣類時, 可能出現(xiàn)指數(shù)過大, =0. 17仍不能使 W i P ij /W i 1, 則規(guī)定 W i P ij /W i =0. 9994. 2河段(流域 綜合水質(zhì)指數(shù)其公式為:P =mj =1x int (P j式中, P 為河段(流域 綜合水質(zhì)指數(shù); m 為監(jiān)測斷面數(shù); P j 為j 斷面的

18、綜合水質(zhì)指數(shù)。5討論改進(jìn)的綜合水質(zhì)指數(shù)法是根據(jù)水質(zhì)評價的特點(diǎn)提出的, 即具有明確的功能分類, 及各污染指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值。原則上對具有該特點(diǎn)的各種環(huán)境質(zhì)量綜合評價都適用, 如湖泊、水庫以及地下水質(zhì)綜合評價并具有以下優(yōu)點(diǎn):(1 對斷面的水質(zhì)指數(shù)采取類別與指數(shù)相結(jié)65梁德華等:河流水質(zhì)綜合評價方法的統(tǒng)一和改進(jìn)吻合的缺陷, 提高了水質(zhì)類別判定的分辨率, 解決了可比性的問題。(2 權(quán)重的選取基于不同污染指標(biāo)超標(biāo)對水質(zhì)類別貢獻(xiàn)大小不同的思想。由于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定是在研究污染物在水中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與各污染物的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)的基礎(chǔ)上得到的, 因此基于污染物超標(biāo)的定權(quán)方法實(shí)際上反映了各因子對水質(zhì)的客觀分貢獻(xiàn)率。(3

19、 水系的綜合水質(zhì)指數(shù)反映的是各種水質(zhì)類別在全水系中的比例, 比綜合污染指數(shù)對水系所有斷面進(jìn)行算術(shù)平均的做法有所進(jìn)步。改進(jìn)的綜合水質(zhì)指數(shù)法滿足了對水質(zhì)綜合評價的目的和要求, 克服了現(xiàn)有的綜合污染指數(shù)的缺陷, 但也存在一些不足, 需要在實(shí)踐中進(jìn)一步研究解決, 如經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 的選取, 應(yīng)通過大量的實(shí)踐, 在實(shí)踐中不斷改進(jìn), 使評價更為可靠。參考文獻(xiàn):1中國環(huán)境監(jiān)測總站. 關(guān)于水環(huán)境質(zhì)量綜合評價技術(shù)的有關(guān)問題的思考M .廣州綜合評價技術(shù)研討會水環(huán)境材料. 1999.2夏軍. 區(qū)域水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價多級關(guān)聯(lián)評估理論與應(yīng)用M .武漢:武漢水利電力大學(xué)出版社, 1999. 36-60.3周愛國, 蔡鶴生

20、. 地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量評價理論與應(yīng)用M .北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 1998. 36-60.4蔣火華等. 綜合污染指數(shù)與水質(zhì)類別判定的關(guān)系J .中國環(huán)境監(jiān)測, 1999, 15(6 :46-48.5劉國東, 丁晶. 水環(huán)境中不確定性方法的研究現(xiàn)狀與展望J . 環(huán)境科學(xué)進(jìn)展, 1996, 4(4 :46-51.6鄭成德. 環(huán)境質(zhì)量評價模糊集理論與模式研究J . 四川環(huán)境, 1997, 16(4 :64-68.7M . J. Stiff, Riv er Po llutio n Contr ol, Ellis Hor w oodL imited M . F ir st editio n , 1980:319-331. 8王華東等. 水環(huán)境污染概論M .北京:北京師范大學(xué)出版社, 1984. 65-77.9馬東, 梁瑞玲. 試論正確運(yùn)用水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)評價J . 內(nèi)蒙古水利, 1999(2 :21-22.德國監(jiān)測儀進(jìn)軍中國環(huán)保市場中國環(huán)境報(bào)記者段松喬前不久, 德國拉爾(LAR 公司國際銷售會議在我國珠海召開。拉爾公司是一家在國際上享有盛譽(yù)的環(huán)保儀器設(shè)備公司, 象其他許多國際知名企業(yè)近年紛紛作出類似舉動一樣, 拉爾公司將其國際銷售會議選擇在中國舉行, 凸現(xiàn)了中國巨大環(huán)保市場對國際著名企業(yè)的吸引力?！爸袊莻€充滿希望的市場?！崩瓲柟究偛娩滋匕⑺共┦?/p>