（环境工程专业论文）区域地表水总体水质评价方法研究、模型开发及应用.pdf

摘要 水质的评价是在对某一地区水环境要素分析的基础上，对其做出定量评述。 通过水质的评价，弄清区域水质变化发展的规律，为区域污染控制规划及制定区 域系统工程方案提供依据，只有在水质评价的基础上才能进一步搞好水资源规划 工作。所以水质评价是水污染综合防治的基础，是改善区域水环境质量目前迫切 需要解决的问题。 区域地表水总体的综合水质评价是水环境治理中的重要基础性工作。通过对 水质监测数据的合理评价，才能制定科学的整治规划，采取有效的措施。可以说 区域地表水综合水质评价的合理性会直接影响决策。 目前常用的地表水水质评价方法有以下几种：根据国家标准选择最差的指标 按照分类进行评价以确定各监测断面或监测点的水质情况，然后采用类别比例法 进行评价；水污染综合指数评价法以及水质标示指数法，其中，类别比例法包括 断面类别比例法、河流长度比例法和水面面积比例法，这些方法对我国河流综合 水质评价都起到了积极的作用，但也存在一些不足。共同之处是在水质数据的代 表性方面存在缺陷，仅能反映河流、湖库等“点”、“线”、“面”的水体质量，不 能准确说明水质数据的空间性和动态性，且未能从宏观上考虑区域社会经济发 展、人口增长等诸多环境因素，不能全面、客观地描述区域水环境质量的优劣， 更无法对不同区域人类生存的水环境质量进行比较、鉴别。同时缺乏不同流域地 表水系之间的可比性，更不能准确说明大范围区域地表水的总体水质状况。 本研究旨在区域地表水的水质总体评价方法上有所突破，在水质评价结果的 准确性和可比性上有所改进。首先论述了当前常用的区域地表水水质总体评价方 法的应用状况以及存在的缺陷和不足，重点探讨了以水资源量作为评价对象的水 质类别比例法的方法体系，采用不同水质的水资源量所占比例来说明区域地表水 的水质状况，其核心问题落在了如何计算水资源量上，本文研究了一种简便实用 的水资源量计算模型，并列举了湖北省地表水的实例来说明该模型法的可行性。 最后又结合考虑社会经济多方面的因素，将人为因素作为权重考虑进水质评价模 型中，所得结果较为准确地反映了湖北省区域地表水资源质量的现状。 本文对水资源量计算方法的研究采用从静态到动态的研究顺序，具有理论基 础严谨，物理概念清晰，计算简便实用的特点从宏观的角度上给社会一个明晰的 概念，易于被社会接受，对水污染控制和生态保护起到指导作用。 关键词：区域地表水，评价，水资源量，水质 a b s t r a c t w a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n ti st h a tm a k i n gaq u a n t i t a t i v ec o m m e n t a r yo ft h ew a t e ro nt h e b a s i so ft h ea n a l y s i so fw a t e re n v i r o n m e n tf a c t o r so fa na r e a b yw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t ， w ec a nm a k es u r eo ft h er e g u l a t i o no fv a r i e t ya n dd e v e l o p m e n to ft h ed i s t r i c tm a t t e r ，a n d p r o v i d ef o r t h ed i s t r i c tb a s i st ot h ep o l l u t i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n ga n de s t a b l i s h m e n t s y s t e me n g i n e e r i n gp r o j e c ti nt h ed i s t r i c t o n l yo nt h ef o u n d a t i o no f w a t e ra s s e s s m e n t c a l lw ef u r t h e rm a k eag o o dw a t e rr e s o u r c e sp r o g r a m m i n gw o r k s ot h em a t t e r e v a l u a t i o ni st h ef o u n d a t i o n o ft h ew a t e rp o l l u t i o ns y n t h e s i z e sp r e v e n t i o na n d t r e a t m e n t i ti st h ep r o b l e mt h a tn e e d st ob cu r g e n t l yr e s o l v e dc u r r e n t l y t oi m p r o v e t h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yi nt h ed i s t r i c t t h et o t a lc o m p r e h e n s i v ew a t e re v a l u a t i o no fs u r f a c ew a t e ri nt h ed i s t r i c ti st h e i m p o r t a n tf o u n d a t i o nw o r ko fw a t e re n v i r o n m e n tt r e a t m e n t b yt h er e a s o n a b l e e v a l u a t i o nt ot h em a t t e rm o n i t o rd a t a , t h e nw ec a nd r a wu ps c i e n t i f i ct r e a t m e n t p r o g r a m m i n ga n da d o p tv a l i dm e a s u r e w ec a ns a yt h a tt h er a t i o n a l i t y o ft h e c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fs u r f a c ew a t e ri nt h ed i s t r i c tw i l ld i r e c t l yi n f l u e n c et h e d e c i s i o n t h es u r f a c ew a t e ra s s e s s i n gm e t h o d si nc o m l n o ni n c l u d et h ef o l l o w i n gk i n d s c u r r e n t l y ：c h o o s et h em o s t l yb a di n d e xs i g n s ，a n dc a r r yo u tt h ee v a l u a t i o ni no r d e rt o m a k et h ew a t e ra u a l i t yo fe a c hm o n i t o r i n gs e c t i o no rt h em o n i t o rp o i n t ，a n dt h e n a d o p tac a t e g o r yc o m p a r i s o nm e t h o dt oc a r r yo na ne v a l u a t i o n w a t e rp o l l u t i o n c o m p r e h e n s i v ei n d e xa s s e s s m e n ta n dw a t e rq u a l i t yi d e n t i f i c a t i o ni n d e xf o rw a t e r q u a l i t ya s s e s s m e n t a m o n gt h e m ，t h ec a t e g o r yc o m p a r i s o nm e t h o di n c l u d e sc r o s s s e c t i o nc a t e g o r yc o m p a r i s o nm e t h o d , t h er i v e rl e n g t hc o m p a r i s o nm e t h o da n ds u r f a c e a r e ac o m p a r i s o nm e t h o d t h e s em e t h o d sa uh a da g g r e s s i v ef u n c t i o n st ot h e c o m p r e h e n s i v ew a t e re v a l u a t i o no f o u rc o u n t r y sr i v e r s ，b u ta l s oh a v es o m es h o r t a g e s t h ec o m m o np l a c ei st h a tt h e ya l lh a v ed e f e c t si nt h er e s p e c to fr e p r e s e n t a t i v eo ft h e m a t t e rq u a l i t yd a t a s t h e yc a no n l yr e f l e c tt h ew a t e rq u a n t i t yo f p o i n t ”、l i n e ”、s i d e ” o fr i v e r , l a k ea n dr e s e r v o i r t h e yc a n ta c c u r a t e l ye x p l a i nt h es p a t i a la n dd y n a m i c s t a t eo ft h ew a t e rq u a l i t yd a t a a n dt h e yc a nn o tc o n s i d e rm a n ye n v i r o n m e n tf a c t o r s a saw h o l es u c ha st h er e g i o n a ld e v e l o p m e n to fs o c i a la n de c o n o m y ，p o p u l a t i o n g r o w t ha saw h o l e t h e yc a n tc o m p l e t e l ya n do b j e c t i v e l yd e s c r i b et h eg o o da n db a d o fw a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yi nt h ed i s t r i c t f u r t h e r m o r e ，t h e yc a n te v e nc a r r yo na c o m p a r i s o na n dd i s c r i m i n a t et ot h et h ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t yo fd i f f e r e n td i s t r i c t s i i a sw e l l ，t h e yc a l l tb ec o m p a r a b l ef u rt h es u r f a c ew a t e ro fd i f f e r e n tr i v e rv a l l e y m o r e o v e r ，t h e yc a l l 。ta c c u r a t e l ye x p l a i nt h et o t a lq u a l i t yo fs u r f a c ew a t e ri nt h eb i g s c o p ed i s t r i c t t h ea i m so ft h i sr e s e a r c ha r et oh a v eb r e a k t h r o u g ho nt h et o t a lw a t e rq u a l i t y e v a l u a t i o nm e t h o do ft h er e g i o n a ls u r f a c ew a t e r , a n dt oh a v ea l li m p r o v e m e n to nt h e t h ea c c u r a c ya n dc o m p a r a b l i t yo fe v a l u a t er e s u l to ft h ew a t e rq u a l i t y f i r s t l y ，w e d i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o na n di t ss h o r t a g eo ft o t a le v a l u a t i o nm e t h o d so ft h er e g i o n a l s u r f a c ew a t e rw h i c hc u r r e n t l ya r eu s e di nc o m m o n w ei n q u i r i e di n t ot h em e t h o d s y s t e mo ft h ew a t e rq u a l i t yc a t e g o r yc o m p a r i s o nm e t h o dw h i c ht a k e st h ew a t e r a m o u n to fr e s o u r c e st ob et h eo b j e c t w ea d o p tt h ec o m p a r i s o no ft h ew a t e rr e s o u r c e s q u a n t i t yo fd i f f e r e n tw a t e rq u a l i t yt oe x p l a i nt h ew a t e rq u a l i t yc o n d i t i o no ft h e r e g i o n a ls u r f a c ew a t e r t h ek e yp r o b l e mf a l l sa th o w t oc o m p u t ew a t e rr e s o u r c e s q u a n t i t y t h i sp a p e rs t u d i e dak i n do fs i m p l ea n dp r a c t i c a lw a t e rr e s o u r c e sq u a n t i t y c a l c u l a t i o nm o d e l a n di te n u m e r a t e dt h ee x a m p l eo ft h es u r f a c ew a t e ri nh u b e it o e x p l a i nt h ep o s s i b i l i t yo ft h a tm o d e lm e t h o d a tl a s t w ec o m b i n e dt h ev a r i o u s e c o n o m i ca n ds o e i e lf a c t o r s ，t a k et h ea r t i f i c i a lf a c t o r sa st h ew e t i g h t e dc o e f f i c i e n ti n t o t h ew a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o nm o d e l t h er e s u l tc a na c c u r a t e l yr e f l e c tt h ep r e s e n t c o n d i t i o no fs u r f a c ew a t e rr e s o u r c e sq u a l i t yi nh u b e i t h i sp a p e ra d o p t st h er e s e a r c ho r d e rf r o ms t a t i cs t a t et od y n a m i cs t a t et or e s e a r c h t h ec o m p u t em e t h o do ft h ew a t e rr e s o u r c e sq u a n t i t y i th a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c ss u c h a sc a r e f u lt h e o r i e sf o u n d a t i o n , c l e a rp h y s i c a lc o n c e p ta n ds i m p l ea n dp r a c t i c a l c o m p u t a t i o n i tg i v e sac l e a rc o n c e p tt o t h es o c i e t yf r o mar a t h e rm a c r o s c o p i c p e r s p e c t i v e i tc a nb ee a s i l ya c c e p t e db yt h es o c i e t y ，a n db eg u i d i n gf u n c t i o nt o m e a s u r ea n dc o n t r o lt h ew a t e rr e s o u r c e s k e y w o r d s ：r e g i o n a ls u r f a c ew a t e r , a s s e s s m e n t , w a t e rr e s o u r c e sq u a n t i t y ，w a t e r q u a l i t y i h 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中明确的说明并表示了谢意。 研究生签名；垄勇乱日期2 掣 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 研究生签名：奎丝：导师躲够 日期型z ：! ! ：点 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 广义地讲，以液态或固态形式覆盖在地球表面上的自然水体，都属于地表水； 狭义的地表水主要包括河流水、湖泊水、冰川水和沼泽水。 水环境质量评价是按照评价目标，选择相应的水质参数、水质标准和评价方 法，对水体的质量、利用价值及水的处理要求做出评定1 1 , 2 1 。水环境质量评价是 合理开发利用和保护水资源的一项基本工作。通过地表水环境质量评价，弄清区 域水环境质量变化发展的规律，为区域水环境系统的污染控制规划及制定区域环 境系统工程方案提供依据，只有在水环境质量评价的基础上才能进一步搞好环境 区划和环境规划工作。所以区域地表水环境质量评价是区域环境污染综合防治的 基础，是改善区域水环境质量目前迫切需要解决的问题。 1 1 地表水环境质量评价方法的国内外研究进展 对水环境进行质量评价及预测研究，为水环境管理决策提供科学依据，是水 环境质量评价的目的。地表水环境质量现状评价已有多年历史。最初是通过对水 的感观认识来评价水质的优劣，如水的色、味、嗅等。然而，随着西方工业的发 展以及城市化的影响，工业和城市污水的排放不断增加，使得河流湖泊的污染日 趋严重，水质的破坏己经不能简单的根据感观来判断。因此大量的水质评价指标 形成，水质的评价标准也得到了不断的完善。 长期以来，环境质量评价一直是环保部门及学者关心的课题，在国外于印 年代中期开始出现，7 0 年代蓬勃发展。美国是世界上第一个把环境评价以法律 形式肯定的国家【3 】。纵观环境评价的发展，有由单目标向多目标，由单环境要素 向多环境要素，由单纯的自然环境系统向自然环境与社会环境的综合系统，由静 态分析向动态分析发展的趋势1 - 7 1 。 环境质量评价在我国的开展也有3 0 年左右的历史，经过多年的发展，在评 价理论、评价方法等方面均有了较大的进展。近年来，随着计算机技术的发展， 各种数学方法的应用，使得环境质量评价更加规范化，评价的整体水平得到不断 提高。 1 1 1 国外地表水环境质量评价进展 2 0 世纪初，世界上一些河流水质日趋恶化，用水安全得不到保证，水质问 题越来越受到人们的重视，水质评价工作也随着发展起来。1 9 0 2 1 9 0 9 年，德国 武汉理工大学硕+ 学位论文 柯克维兹和莫松等1 8 】提出了生物学的水质评价分类方法；1 9 0 9 1 9 1 1 年，英国根 据河流水质情况，提出以化学指标对河流进行污染分类。1 9 6 5 年，r i c h o r t o n t o j 提出了水质评价的质量指数法( 0 0 ，以此标志着水质现状评价工作的开始。随后 r m b r o w n 等f 1 1 j 于1 9 7 0 年提出了水质现状评价的质量指数法( w q i ) ， n l n e m e r o w 1 2 】在其河流污染的科学分析一书中提出内梅罗指数法，并对纽 约州的一些地面水的污染情况进行了指数分析。1 9 7 7 年，s l r o s s1 1 3 】根据b o d 、 n h 3 n 、s s 及d o 四项指标，在总结以前的一些水质指数的基础上，对英国克 鲁德河流域主、支流水质进行了评价，提出了一种较简明的水质指数计算方法。 进入9 0 年代后，水质评价的方法得到了进一步的扩展，各种数学方法和模型都 得到了应用，如p u c k e t t 等1 1 4 l 应用主成分分析法对美国弗吉尼亚州某些河流的主 要离子化学因素进行了研究。前东欧和苏联的多数学者在评价时不仅考虑物理一 一化学指标，还考虑生物指标，使水质评价更加全面和科学。 总之，国外的水质评价是个多学科的对多介质、多参数的水质数据的分析过 程。水质评价是针对具体水域而言的，目标是确定有问题的水域和问题之所在。 因此，不存在我国水质评价中，只统计各类水占多少百分数和虚假达标问题。国 外不仅要考虑水质的人为用途而且要考虑水域的生态保护，生物多样性的要求。 目前我国这种不分生态区不分水域的人为水质分类不能满足生态保护的要求，也 衡量不出生态环境的变化及其损益。 1 1 2 我国地表水环境质量评价的研究进展 中国始于2 0 世纪5 0 年代，在全国主要河流、湖泊( 水库) 上进行水质评价工 作。1 9 6 0 年提出了中国河流水化学特征报告及有关图表。1 9 7 2 年，包含了水质 评价内容的北京西郊环境质量评价研究树立了我国水质评价研究上的第一个 里程碑。随后，开展了如官厅水库、松花江、图们江、白洋淀、湘江、杭州西湖、 武昌东湖、昆明滇池、太湖、东海海域及南海海域等水环境的专题质量评价工作。 其中，在北京西郊环境质量评价工作中提出了水质质量系数；上海地区水系水质 调查组提出了“有机污染综合评价”的概念；在南京城区环境质量综合评价研究 中，提出了“水域质量综合指标”，使用了叠加型指数法；在图们江水系污染与 水质资源保护研究中提出了均值型指数法。1 9 7 8 年，中国科学院地理研究所， 在我国地表水水质污染现状评价中，提出了一种评价地表水质污染指数，其目的 是对我国东部的河流进行污染程度评价。7 0 年代末，广州进行了水质分级评价 1 s - t q 。 第一次全国水质评价开始于1 9 8 1 年，而后水利部约每5 年组织一次全国范 围的水质评价，评价河长约1 0 万k m 。近几年作为中国水资源公报的部分内 2 武汉理工大学硕士学位论文 容向公众发表。因第一次全国水质评价时尚无国家环境和资源水质标准可依，因 此根据各专项标准值综合拟定了一个分5 级的评价标准。其评价方法有单项评 价，采用年度时空均值与标准值比较的指数法；分类和河流综合评价采用单项参 数的地图重叠法( 最差的参数赋1 0 0 权) 以及按河流长度加权的水质指数算术 均值法。尔后的全国水质评价除在评价项目选定、分类、污染等级划分等有所变 动之外，其思路和技术方法均沿袭了这一格局i i s , 1 9 1 。 1 9 8 3 年后例行的水质评价更趋简单化，采用全部评价项目的地图重叠法。 而评价方法的研究方面，主要集中在评价指数的数学处理上，几乎用尽了全部的 数学手段，但在评价结果的合理性方面仍进展不大。人们十分关心我国现行水资 源质量评价方法的科学性和合理性。从评价结果的表达上看，地图重叠法将水质 级别的空间分布表示的较为清楚、直观。如果单元河段长度划分较为符合实际的 话，这种表达也有可取之处。国外有些国家如法国也用过此类表示方法。 1 2 地表水监测断面水质评价的一般方法 水质现状评价是揭示水环境质量的时空变化规律，分析造成这种时空变化的 原因，并要找出造成水体污染、引起水质恶化的主要污染源和主要污染物，了解 水体污染对水生生态和人群健康的影响，即水体污染的生态效应。水质现状评价 是通过调查监测，准确地反映当前水质状况，说明水质的污染蓄积情况，为水资 源利用和保护提供依据，同时为水质预测和评价提供基础1 2 0 2 t 】。水质现状评价的 程序和内容主要包括监测断面水质评价和区域水环境总体质量评价。 监测断面水质评价结果的可靠程度一方面取决于监测数据的准确性，另一方 面依赖于科学的评价方法，包括技术的选择。近年来，对监测断面水质评价方法 的研究相当活跃，各种方法的研究都是为了更客观、更准确地反映水体水质的实 际情况。 单就其评价方法而言，监测断面水环境质量评价可分为单项评价和多项综合 评价，单项评价一般根据国家标准或本底值采用超标指数法，评价其超标程度， 做起来相对容易；综合评价则要考虑水体中所有污染物的综合作用，确定水质的 综合级别。我国水质评价方法的发展概括起来就是，1 9 7 4 年提出综合污染指数， 1 9 7 5 年提出水质质量指数；1 9 7 7 年以来，不断完善了水体质量评价指数系统。 近3 0 年来，随着大量数学方法应用在水质评价中，水质评价已成为我国环境质 量评价中一个发展最快、进步最大的分支，方法很多，有二、三十种水质评价方 法在国内外被广泛采用。根据模型所采用数学方法的不同，主要有单因子评价法、 指数评价法、分级评分法、模糊评价法、灰色评价法、物元分析法、人工神经网 络评价法等1 2 2 - 3 0 l ，它们大都是基于各项污染物的相对污染值，进行数学上的归纳 3 武汉理工大学硕士学位论文 与统计，计算污染指数，并据此进行水体污染的分类和分级。分类和分级的判据 带有较浓的主观色彩。这些方法在环境标准不完善的时期对水环境规划与管理起 到了重要的作用，并推动了环境标准的发展。我国常用的评价方法为 g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 中推荐的单因子评价法和我国环保总局推荐的污染指数法。 1 2 1 单因子评价法( 亦称地图重叠法) 单因子评价法是水资源保护规划技术大纲中推荐的方法，现行国家水质 标准中已确定悲观评价原则，即以水质最差的单项指标所属类别来确定水体综合 水质类别【3 。其方法是：用水体中感观性、毒物和生物学等单因子的监测结果 对照各自评价标准，确定各项目的水质类别，在所有项目水质类别中，选取水质 最差类别作为水体水质类别，评价结果以“类”表示。计算公式为： q = ，l 似q l ( 1 1 ) 式中，q 为水体综合级别：q i 为评价参数i 的级别；m a x 为取最大值；i 为 监测的各次数。是现行国家水质标准中确定的悲观评价原则。 该方法是操作最为简单的一种水质综合评价方法，目前使用较多，可直接了 解水质状况与评价标准之间的关系，只要依次判别出所选择的每个因子的水质类 别，然后以最差的那个类别作为水质综合评价的类别即可。不过这是一种最为悲 观的评价方法，因为只要有一项因子污染严重，则不论其它因子的污染程度如何， 综合水质类别都是很差的。而且，各评价参数之间互不联系，不能全面反映河流 水体污染的综合情况。 ， 1 2 2 污染指数法 污染指数评价法1 3 2 l 是用水体各监测项目的监测结果与其评价标准之比作为 该项目的污染分指数，再通过各种数学手段将各项目的分指数综合运算得出一个 综合指数，以此代表水体的污染程度，作为水质评定尺度，计算公式为： p 产c j s , ( i 1 ，2 ，3 ，n ；j = 1 ，2 ，3 ，m ) ( 1 - 2 ) 式中，为水域中监测j 点i 污染物的污染分指数；c 硒为j 点i 污染物的实 测浓度；s j 为i 污染物的评价标准值。 指数法综合评价是对整体水体质量的定量描述，只要项目、标准、监测结果 可靠，综合评价从总体上看是可以基本反映污染的性质和程度的。而且对于全国 4 武汉理工大学硕士学位论文 流域尺度而言，指数化综合评价法计算简便，便于进行水系之间或同一水系时间 上的基本污染状况和变化的比较。中国环境监测总站在进行水质评价时采取这种 方法。缺点是没有完善统一的环境质量分级系统，不能与质量标准统一起来，缺 乏可比性。目前它仍处于在使用中不断检验、修订，逐步完善的过程中，因此， 评价结果有一定的主观性。 对分指数的处理不同，使水质评价污染指数法存在着不同的形式，包括叠加 型指数法、均值型指数法、w 型水质评价法、加权均值法、b r o w n 水质指数法、 r o s s 水质指数法、内梅罗污染指数法、分指数平方和方根法、综合指数混合加 权模式、指数聚类法、组合指数模式等1 3 3 4 1 1 。 1 3 区域地表水总体水质评价方法现状及存在问题 在对大范围区域地表水整体水质的实际评价过程中，不仅需要考虑各项污染 指标的平均值，还需要充分考虑水质状况的时间和空间分布特征，为水质保护提 供更详尽、充分的依据。这就需要对区域地表水环境的总体质量进行综合评价。 单一断面或水体环境质量可用水质类别或污染指数等成熟方法评价。为综合 反映区域水环境质量总体状况，比较水系综合水质，考核区域环境管理目标责任， 需要对区域水环境质量进行总体评价。目前，我国在描述区域整体水质状况时， 广泛应用的评价方法主要是水质类别比例法【4 2 】、综合污染指数法和水质标识指 数法1 4 3 l 。类别比例法包括断面类别比例法、河流长度比例法l 删和水面面积比例 法，前两者在河流水质评价中应用较多，面积比例法多应用于湖泊水库；水质标 识指数法是在断面水质类别评价和污染指数的基础上，将类别及超标情况量化为 一个整数和三位小数，用算术平均值判别河流( 水系) 整体的综合水质级别，主要 用于城市区域水质评价。三者均未考虑不同水质的水资源量，不区分大河、小河、 于流、支流，可比性不强。 1 3 1 水质类别比例法 1 3 1 1 水质类别比例法的基本原理 水质类别判定的内涵，是指“若某水体中，有一项污染指标的浓度值超过 相应标准规定的浓度限值，则表明该水域不支持这一水质类别的使用功能”， 故在选取污染指标进行水质类别判定时，应尽可能选取更多的污染指标进行 判定，以全面反映水质污染的真实情况1 4 5 1 。 按照水质类别比例法进行评价，水质类别比例包括i 类、i i 类、i 类、 类、v 类及劣v 类比例。河流类水体水质评价采用断面类别比例法和河流长度比 5 武汉理工大学硕士学位论文 例法；湖泊( 水库) 水质评价采用断面类别比例法和水面面积比例法m 。 同时，以现行的地表水水质标准和目前广泛使用的水质类别比例法为基础， 兼顾目前我国主要水体的污染程度，按照地表水环境质量评价问题的技术规定 ( 暂行) 的要求，提出了地表水环境质量定性评价方法。 将地表水环境质量定性评价分为优、良好、轻度污染、中度污染、重度污染 五个等级。对应的代表颜色为蓝色、绿色、黄色、橙色和红色。评价断面或河段 水质时，断面的水质类别与水质分级的对应关系见表1 - 1 。 表1 - 1 断面水质分级 在描述河流或水系整体水质状况时( 河流、水系的断面总数在5 个或5 个以 上1 ，河流或水系不宜作整体水质类别的计算。首先计算出各断面的水质类别， 然后参考以下“断面类别比例法”和“河流长度比例法”两种方法计算出各级水质 类别的百分比例，按表1 2 的方法对河流或水系水质定性评价。 表1 - 2 河流或水系水质分级 ( 1 ) 断面类别比例法：根据评价河流中各级水质类别的断面个数占河流所有 评价断面总数的百分比来表征评价河流的水质状况。 ( 2 ) 河流长度比例法：如果掌握河流各个断面代表的河段长度，则可以根据 各级水质类别断面代表的河段长度之和占评价河流总长度的百分比来表征评价 河流的水质状况。评价河流的总长度不一定是河流的实际总长度，它是该河流中 所有参评断面所代表的河流长度的总和。评价时需要指出河流的实际总长度和参 6 武汉理工大学硕士学位论文 加评价的河流总长度。某一断面代表的河段长度可以有以下三种方法确定：该断 面至其上游相邻断面阃的距离；该断面分别与其上、下游相邻断面之间二分之一 距离的加和：以支流汇入口、污染源排放口等影响河段水质的地点作为主节点， 该断面上、下游主节点之间距离。 河流长度比例法目前应用比较广泛，特别是大范围的河流水质评价。贾玉霞 1 4 7 j 对“九五”期间辽宁省内主要河流按河流长度进行水质评价，证明水质严重 污染的河流比例很大。自1 9 7 9 年以来已经进行的3 次全国地表水水质评价工作， 其中河流水质总体评价都是采用的河流长度比例法l 勰j 。采用此类方法对地表水 定性评价基本符合现阶段我国各个水体的环境质量状况，且简单实用，描述的语 言便于广大人民群众接受，体现了人性化的特点，有利于地表水环境质量信息的 发布。 ( 3 ) 水面面积比例法：根据评价湖库中各级水质类别所控制的水面面积占湖 库所有评价水面面积总数的百分比来表征评价湖库的水质状况。 1 3 1 2 水质类别比例法存在的问题 目前在水质评价中，大范围的水系或区域不宜直接给出整体水质级别，采用 的方法是先计算出各断面的水质类别，再通过“断面类别比例法”、“河长比例法” 或“面积比例法”计算出各级水质类别的百分比例，从而实现对水系水质的整体 评价。 这三种类别比例法基本上能够正确有效地反映评价水系或区域的水质现状 1 4 9 】，但是也存在着缺陷，列举如下： 首先就是没有可比性，不利于不同区域水质之间的比较和鉴别，不能全面描 述区域水环境质量的优劣。虽然河流长度比例法在断面类别比例的基础上有了很 大进步，但还是存在不足，因为即使采用相同的评价方法评价相等的河长，由于 河流的水文条件是不断变化的，各个断面控制河长所代表的流量、水面面积、水 体体积等的不同会造成水资源量的不同。所以评价区域的河流或水系整体水质 时，如果上游山区河长数大且水质好，下游的河长数小且水质差。这样，在整个 流域的评价时，就会出现误导，认为整个流域的水质尚好。比较评价不同区域的 河流或水系水质时，也会使最终评价结果的比较缺乏统一基准，定量比较困难。 此外，断面类别比例法与河流长度比例法虽然是目前广泛采用的方法，但其 缺点是不能完全真实地反映水资源量与质的时空分布，仅能反映河流湖库等 “点”、“线”、“面”的水体质量，而未能从宏观上考虑水资源量、区域社会经济 发展及人口增长等诸多环境因素，不能客观真实地反映流域水质的时空分布。它 们都属于静态评价方法，而河流水体都是动态过程。这两种方法都未与水资源具 7 武汉理工大学硕士学位论文 体的量建立关系，在实际情况中“河长”只是代表水资源量的一个方面，即只代 表河流纵向的特征，只解决了水质数据空间纵向代表性的问题，而忽略了“流量” 这样一个横向代表性问题，而这一点对水资源量恰恰非常重要，断面的代表性更 是如此。每个水质站所控制的河长与其所控制的水资源量之间并无明显的关系， 相反，按水质监测站的布点原则，上游山区水质监测站所代表的河流长度往往很 长，其径流量一般很小；中、下游干流河段的水质监测点一般布置得较密集，其 代表河长又一般较短，且其径流量却很大，当决策者计划开发这一水体时，很可 能会发现该水体由于水资源量太小，而无开发利用价值。水库、洼淀等水域，其 代表河长更短，而其蓄水量却很大。因此，河流长度比例法仅适合于反映区域内 不同水质水体的空问分布，而不适于据此对区域地表水资源进行质量划分。以此 为依据进行区域不同质量的水资源数量划分，往往会出现不符合实际情况的评价 结论。 为了使水质评价结果具有纵向定量可比性，水质评价的定量评价以及与水资 源量相结合评价十分必要。 1 3 2 综合污染指数法 当水中有多种污染物质时，水的综合污染，依据水中多项毒物的毒性作用概 念，应是这些污染物在水中共同作用之结果。因此，水的综合污染程度，亦应用 各种污染物的相对污染值的综合来表示或评价。根据这样的概念，最简单的方法 是将各评价参数的相对污染值进行加和，作为综合评价水污染的指数。这样便形 成了污染物相对污染值迭加型指数的基本型l 删。 目前，综合污染指数评价指标一般选用1 2 项污染指标1 5 1 - 5 3 1 ( c o d 、b o d 5 、 n h 4 n 、n 0 2 n 、n 0 3 n 、挥发酚、总氰化物、a s 、h g 、c d 、p b 、六价铬) 评价， p h 、溶解氧、石油类等未参与评价，计算公式如下： p ；三号乃； 肌留 毋一了毋； 留 岛孚( 1 - 3 ) 。 c f o 式中：p 为某河流综合污染指数；p j 为j 断面水污染综合指数；殉为j 断面 i 项污染指标的污染指数；c i j 为j 断面i 项污染指标的年平均浓度值；c i o 为j 断面i 项污染指标的评价标准值( 一般取i 类标准值) ；n 为选取污染指标的项数 ( 一般统一选取1 2 项，故计算p j 时没有除以“n ”) ；m 为河流参与评价的断面总 数。 根据综合污染指数的计算公式，从理论上讲如果参与评价的1 2 项污染指标 武汉理工大学硕士学位论文 均不超过地面水环境质量m 类标准值，则河流综合污染指数p 必定小于1 2 ；反 之，则不成立，即p 1 2 时，并不一定意味着1 2 项污染指标均不超标。因此可 以看出，综合污染指数法的评价结果经常会与水质类别比例法产生矛盾。 随着评价方法的发展和对水质评价结果准确度的要求越来越高，综合污染指 数法在原来基础上有了一些改进。 ( 1 ) 最大值法。该法是在计算式中含有评价参数中的最分指数项，其目的是 突出浓度最大的污染物境质量的影响和作用，克服了平均值法存在题。但是，用 这种方法求取的指数值小于最重物的分指数。目前已推出很多种计算公式。内梅 罗指数计算式i 州，即： 矸= 2 斛( 鲁) 2 平均r ( 1 4 ) ( 2 ) 加权平均污染指数法1 5 5 】。原理是利用权系数来突出污染最重的污标在综 合污染指数中的权重。计算公式如下： p 。三号毋； 所臼 乃。! 专而； n 留毋一砉罴地( 1 - 5 ) 式中，p 为某河流综合污染指数；p i 为j 断面水污染综合指数；p i i 为j 断面 i 项污染指标的污染指数；q 为j 断面i 项污染指标的年平均浓度值；c 为j 断 面i 项污染指标的评价标准值( 一般取类标准值) ；1 1 为选取污染指标的项数；m 为河流参与评价的断面总数。硒为根据该污染指标所处的水质类别所确定的系 数，人为规定其系数如下：“i 类为o 2 ；j i 类为0 5 ：h i 类为1 0 ；类为5 o ； v 类为1 0 0 ；劣v 类为1 5 0 ”。 1 3 3 水质标识指数法 徐祖信 4 3 , 5 6 , 5 7 提出了一种全新的河流单因子水质评价指数单因子水质 标识指数，单因子水质标识指数可以完整标识水质评价指标的类别、水质数据、 功能区目标值等重要信息，在此基础上又开发了一种全新的河流总体的综合水质 评价方法一综合水质标识指数法。综合水质标识指数可以完整表达河流总体的 综合水质信息，其特点是：既能定性评价、也能定量评价；既不会因个别水质指 标较差就否定综合水质，又能对河流综合水质做出合理的评价；既可以用于一条 9 武汉理工大学硕士学位论文 河流不同断面水质的客观比较，又可以用于不同河流水质的评价比较；既可以在 同一类别中比较水质的优劣，也可以对劣v 类水比较污染的严重程度。首先计算 出断面的综合水质标识指数，然后平均可计算出水系或区域水环境整体的综合水 质标识指数。 断面的综合水质标识指数由整数位和三位或四位小数位组成，其结构为： i 哟2 x 1 x 拭3 x 4 ( 1 6 ) 式中的x ，x 2 由计算获得，x 3 和根据比较结果得到。其中，x l 为河流总 体的综合水质类别；x 2 为综合水质在x - 类水质变化区间内所处位置( 即监测数 据在x 。类水质上、下限值之间的位置) ，从而实现在同类水中进行水质优劣比较； x 3 为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； ) ( 4 为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果，根据综合水质的污染程度， ) ( 4 为一位或两位有效数字。综合水质标识指数中，x 1 x 2 为综合水质指数用于 水质级别判定、污染程度定量比较；x 3 、x 4 为标识码，