水質(zhì)評價方法改進研究.docx

1、DOI：10.3969.j.issn.1004-7328.2021.06.021水質(zhì)評價方法改進研究王哲'，邢西剛七閆峰3,李宇'（1.海河水利委員會水文局，天津300170:2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京100120：3.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌330031）摘要：木研充以某河流的水質(zhì)評價為例，當污染物年內(nèi)分布不均勻且不同污染物的時程分布有較大差異時，傳統(tǒng)水質(zhì)優(yōu)劣程度模型不能準確反映污染物的實際超標狀況，使得評價結(jié)果過樂觀。首先計算各次水質(zhì)監(jiān)測的評分值，而后按代表時長加權(quán)平均，計算水質(zhì)綜合評分值，通過逐次監(jiān)測評價和時長加權(quán)平均，建立了改進的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型，有效地

2、解決了年均值不能準確反映污染物的實際超標狀況，為以后水質(zhì)評價分析提供了科學(xué)參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：河湖健康評價：水質(zhì)評價：年均值：水質(zhì)優(yōu)劣程度中圖分類號：X824文獻標識碼：A文章編號:1004-7328（2021）06-0077-04ResearchontheImprovementofWaterQualityEvaluationMethodWANGZhe',XINGXi-gang2,丫ANFeng3,LIYu'(1.HydrologyBureauofHaiheRiverWaterConservancyCommissioti,Tianjin310070,C/inw：2.ChinaRe

3、newableEnergyEngineeringInstituteBeijing100120.China；3.Schoo!ofCivilEngineeringandArchitecture,NanchatigUniversity,Nanchmig330031,China)Abstract：Inthisstudy,thewaterqualityevaluationofariveristakenasanexample.Whentheannualdistributionofpollutantsisunevenandthetime-historydistributionofdifferentpollu

4、tantsisgreatlydifferent,thetraditionalwaterqualitymodelcannotaccuratelyreflecttheactualstateofpollutantsexceedingthestandard.whichmakestheevaluationresultstoooptimistic.Thisstudyfirstlycalculatesthescorevaluesofeachwaterqualitymonitoring,andthencalculatesthecomprehensivewaterqualityscorebasedonthele

5、ngth-weightedaverageoftherepresentativetime.Throughthesuccessivemonitoringevaluationandlength-weightedaverage.animprovedv/aterqualitymodelisestablished.Itcaneffectivelysolveproblemthattheannualaveragecannotaccuratelyreflecttheactualsituationofpollutantsexceedingthestandard»whichprovidesascienti

6、ficreferenceforfuturewaterqualityevaluationandanalysis.Keywords：riverandlakehealthevaluation：waterqualityevaluation；annualaveragevalue：waterqualitylevel1引言河湖健康評價是水資源管理的重要內(nèi)容，也是保障“河長制'、'湖長制”貫徹落實的重要手段S3】。為了保障河湖健康評價的順利實施，我國于2020年8月頒布了河湖健康評價指南（試行）（以卜-簡稱指曲）,以指導(dǎo)各地開展河流和湖泊的健康評估工作心。在河湖健康評價中，水質(zhì)狀況是其中最重要

7、的評價因子之一（8-,0o為了準確地量化河流和湖泊的水環(huán)境質(zhì)量，指南中提出了“水質(zhì)優(yōu)劣程度”指標,2o該指標通過對照評價閾值和污染物在研究時段內(nèi)的均值，依據(jù)線性內(nèi)插模型和最劣值原則對水質(zhì)狀況展開評估釁噸收稿日期：2021-0730作者簡介：王哲（1984），鬼碩士.庶級I：程師.主要從事水文水資源研究工作。然而本課題組通過大量的實踐發(fā)現(xiàn)，當污染物年內(nèi)分布不均勻旦不同污染物的時程分布有較大差異時，年均值通常不能準確反映污染物的實際超標狀況，指南中的水質(zhì)優(yōu)劣程度評價結(jié)果往往過于樂觀。本研兗將通過一個簡單而直觀的反例，揭示目前水質(zhì)優(yōu)劣程度算法的缺點，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的改進對策與建議。2傳統(tǒng)水質(zhì)優(yōu)

8、劣程度評價方法及其缺點2.1傳統(tǒng)水質(zhì)優(yōu)劣程度模型按照指南的要求，水質(zhì)優(yōu)劣程度的評價周期為每年1次，旦月水質(zhì)監(jiān)測期應(yīng)覆蓋一年四季；有多次監(jiān)測數(shù)據(jù)時應(yīng)采用多次監(jiān)測結(jié)果的平均值進行計算;由評價時段內(nèi)最差水質(zhì)項目的水質(zhì)類別代表該河流（湖泊）的水質(zhì)類別，當有多個水質(zhì)項目濃度均為最差水質(zhì)類別時，分別進行評分計算，取最低值：評分值采用線性插值法，即根據(jù)各指標的實測濃度值和文獻14中的水質(zhì)類別標準值，對照表1中的評分閾值進行線性內(nèi)插得到。本屆米別I、口mIVV生V賦分健康類別90,100非常健康75?90)健康(60*75)亞健康40.60>不健康0.40)劣態(tài)表1水質(zhì)優(yōu)劣程度賦分標準指南中的水質(zhì)優(yōu)劣程

9、度計算方法可以概括為如下數(shù)學(xué)模型。設(shè)某河流/湖泊共有m項水質(zhì)指標參評，每年進行n次監(jiān)測(其中«>4),并將第，項指標在第j次監(jiān)測中的實測值記作Xig依據(jù)文獻14和各地的水質(zhì)考核要求，將第i個指標對應(yīng)于第k個等級的理想最優(yōu)最后，該河流/湖泊的水質(zhì)評分值z根據(jù)最差的水質(zhì)指標進行計算，即：2.2傳統(tǒng)水質(zhì)優(yōu)劣程度橫型的缺點在本節(jié)中，結(jié)合如下簡單而直觀的反例，揭示目前水質(zhì)優(yōu)劣程度算法的缺點。設(shè)某河流的水質(zhì)目標為m類，且控制性污染物為高鏈酸鹽指數(shù)(cod赤)和總氮(7N)。該河流的水質(zhì)監(jiān)測頻率為每季度1次,且實測值見表2,水質(zhì)等級見表3。值和理想最劣值分別記作opti(k)和infi(0,

10、其中仁6對應(yīng)著劣V類。首先，根據(jù)式(1)計算評價指標i的年均值。乏心7=i'ti(1)而后，根據(jù)各計算指標的分段線性函數(shù)，計算指標，的評分值對于越大越好的指標，如溶解氧的計算公式為：_fXi-inf,(2)90+1075+15-J叩把標(03)60+15'opth)-inf(4)40+20i,污染物春季夏季秋季冬季年均值皿類上限CODim6.54.55.07.05.756.0TN0.4161.4040.951.0表3評價河流控制性污染物的水質(zhì)等級污染物春季夏季秋季冬季年均值CODMnIVmmIVmTNnVIVn貝綜合評價IVVIVIV皿表2評價河流控制性污染物的實測值y,=in

11、f<(2)XiopL(1)(3)<_<(3)injxoptiiiinfA)<x,<opfK4)(5)<_<(5)infxopt由表2可知，該河流不同污染物的時程分布具有顯著差異。其中，CODMn在春季和冬季含量較高，蜿耕瓣新鮮疑較年遍鮮鼬躊強低，水體的稀釋降解能力弱：而夏季和秋季水量較大，流速和溫度均較高，水體的稀釋降解能力較強opt(5)-inf(5)I40叩標衡淑6)對于越小越好的指標，如高鐳酸鹽指數(shù)的計算公式為：所致。而TN的時程分布與CODMn剛好相反，其在親雯夠麴鼎滯主哂涵漩iffi源污染，且該河流流域內(nèi)的降水主要集中在夏季和%春奴這一時期坡

12、面匯流較大，由攜帶的氮負荷較+1075+15(1)<<.(2)optxm)op/'(3)<x<nt/(3)由表3可知，污染物的時程分布差異造成不同60+15-季倆蔽增幫標再思仃徹地峽:瑞桐期蹄制野黯映端褊糧勰艇炳勰S蹦殳；(5)<<J(5)°PL?inf叩f(6)齊可(3)40+20"州引5濟&”)itif(5)-opf(5)40infi(6)-x'infi(6)-opt；(6)震策乎的水質(zhì)狀況均不能達到水質(zhì)保護目標nr類的血據(jù)傳統(tǒng)模型，評估該河流的水質(zhì)優(yōu)劣程度，結(jié)果詳見表4。表4傳統(tǒng)水質(zhì)優(yōu)劣程度模型評價結(jié)果污染物

13、年均值m類最優(yōu)值m類最劣值評右CODm5.754676.88TN0.950.5176.50'冶換馳傳統(tǒng)樁型，發(fā)4巾CODm,和I的評序愀分別為76.88和76.50°因此，TN為最劣指標。相應(yīng)地，該河流的水質(zhì)評分值也為76.50。對照表1、表3、表4可知，雖然該河流4個季度的水質(zhì)狀況均無法醍瞬燧教翳勰水牌碣辟翱該勰可見，指南中的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型無法反映該河流實際的污染狀況，評價結(jié)果過于樂觀。由表3可知，造成這問題的根源是，當污染物的年內(nèi)分布不均勻且不同污染物的時程分布有較大差異時，年均值不能準確反映污染物的實際超標狀況。比如，在該河流中，CODMn雖然在春季和冬季均超標,但由

14、于其在夏季和秋季含量較低，因此年均值為5.75mg.L,仍能達到BI類。TN雖然在夏季和秋季均超標，但由于其在春季和冬季含量較低，因此年均值為0.95mg，'L,也能達到HI類。3水質(zhì)優(yōu)劣程度評價模型的改進方法研究針對傳統(tǒng)模型的缺點，本研究提出了如下改進的水質(zhì)優(yōu)劣程度評價模型。設(shè)某河流/湖泊共有，項水質(zhì)指標參評，每年進行次監(jiān)測(其中，企4),并將第i項指標在第j次監(jiān)測中的實測值記作行。依據(jù)文獻14和各地的水質(zhì)考核要求，將第7個指標對應(yīng)于第k個等級的理想最優(yōu)值和理想最劣值分別記作opti(k)和infi(k),其中燈6對應(yīng)著劣V類。首先，根據(jù)評分指標的分段線性函數(shù)，計算污染物在各次監(jiān)測中

15、的評分值州對于越大越好的指標,如溶解氧計算公式為：90+10X”-infi(2)7inf(2)<x<opt(1)opf(1)-inf1(2)iiji75+15x-成,礦(3。inf(3)<x<opt(3)opt'(3)-時(3)inf(4)4*<op?(4)60+15了冰(4L,.opt(<)-77Ttv47f140+20x-i磯5)(5)<<(5)Iinfxoptopt'(5)-inf(5)1iji二iuf：(6)禎(6)*氣*6)4Uopt(6)-infi(Q)(5)對于越小越好的指標，如高鎰酸鹽指數(shù)計算公式為：f)-Xu90

16、+10+inf(2)-()wf'(1)inf(3)-x75+Iinf(3)-opt'(3)y60+15疝RJ/n/(4)-opt'(.4)infI5)-x"40+20時(5)-opt'(5)40f(6)opf(1)<x</7zf(2)r*(3)<'(3)'-optxinfopf'(4)<x'(4)(5)<"<(5)optxinf6)<"<'(6)ophXyitlfi(6)對于第j次監(jiān)測，其水質(zhì)評分值Zj根據(jù)最差的水質(zhì)指標進行計算，即：斗二=瞰疽卯

17、將第j次監(jiān)測的代表時長記作h，河，窟湖泊的水質(zhì)綜合評分值Z根據(jù)各次監(jiān)測評分按代表時長的加權(quán)平均值進行計算，即：.Azt，/Z=(8)J=|根據(jù)改進的水質(zhì)優(yōu)劣程度評價模型，對該河流進行評價，結(jié)果詳見表5。表5改進的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型評分值污染物春季夏季秋季冬季綜合評價CODMn73.1386.2582.5071.251TN92.0056.0063.0092.00/單次評分73.1356.0063.0071.2565.85由表5可知，改進的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型中，春季和冬季的水質(zhì)監(jiān)測評分值根據(jù)CODMn進行評估，夏季和秋季的水質(zhì)監(jiān)測評分值根據(jù)TN進行評估。由于4次監(jiān)測的代表時長一致(均為1個季度)，因此

18、河流水質(zhì)的綜合評分值根據(jù)均值計算，為65.85,屬于“亞健康”等級。由2.2節(jié)討論可知，該河流全年水質(zhì)苓寸藩黑，其中春季和冬季COD超標、夏季和秋季對比表45可知，改進后的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型首先計算各次水質(zhì)監(jiān)測的評分值，而后按代表時長加權(quán)平均，計算水質(zhì)綜合評分值，這有效地解決了年均值不能準確反映污染物實際超標狀況的問題。4結(jié)論指南中的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型直接根據(jù)年均值進行水質(zhì)評估。當污染物年內(nèi)分布(下轉(zhuǎn)第96頁)移分析.水利規(guī)劃與設(shè)計,2020(10):150-154.12 王磊.喀左縣李杖了水庫均質(zhì)土壩防滲加固方案優(yōu)化比選J.吉林水利，2020(3):21-24.【13龐敏敏.基于Fluent-A

19、baqus的水利I：程閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計分析.水電站機電技術(shù),2020,43(9)：50-54.14 雙學(xué)珍，李楨，張智涌.基于Abaqus的混凝土面板堆石壩.4擒T9頁不專HI同哩拗肘竊徹arfowia6S-RNnepiic(nsquerrirg較大差異時，這種算法不能準確反映污染物的實際超標狀況，評價結(jié)果過于樂觀。改進后的水質(zhì)優(yōu)劣程度模型首先計算各次水質(zhì)監(jiān)測的評分值，而后按代表時長加權(quán)平均，計算水質(zhì)綜合評分值，有效地解決了年均值不能準確反映污染物的實際超標狀況的問題。參考文獻1】王浩，王建華，胡啊.水資源保護的新內(nèi)涵:"最-質(zhì)-域-流-生”協(xié)同保護和修復(fù).水資源保護，2021,37(2

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