水质评价方法改进研究.docx

1、DOI：10.3969.j.issn.1004-7328.2021.06.021水质评价方法改进研究王哲'，邢西刚七闫峰3,李宇'（1.海河水利委员会水文局，天津300170:2.水利部水利水电规划设计总院，北京100120：3.南昌大学建筑工程学院，江西南昌330031）摘要：木研充以某河流的水质评价为例，当污染物年内分布不均匀且不同污染物的时程分布有较大差异时，传统水质优劣程度模型不能准确反映污染物的实际超标状况，使得评价结果过乐观。首先计算各次水质监测的评分值，而后按代表时长加权平均，计算水质综合评分值，通过逐次监测评价和时长加权平均，建立了改进的水质优劣程度模型，有效地

2、解决了年均值不能准确反映污染物的实际超标状况，为以后水质评价分析提供了科学参考依据。关键词：河湖健康评价：水质评价：年均值：水质优劣程度中图分类号：X824文献标识码：A文章编号: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引言河湖健康评价是水资源管理的重要内容，也是保障“河长制'、'湖长制”贯彻落实的重要手段S3】。为了保障河湖健康评价的顺利实施，我国于2020年8月颁布了河湖健康评价指南（试行）（以卜-简称指曲）,以指导各地开展河流和湖泊的健康评估工作心。在河湖健康评价中，水质状况是其中最重要

7、的评价因子之一（8-,0o为了准确地量化河流和湖泊的水环境质量，指南中提出了“水质优劣程度”指标,2o该指标通过对照评价阈值和污染物在研究时段内的均值，依据线性内插模型和最劣值原则对水质状况展开评估衅吨收稿日期：2021-0730作者简介：王哲（1984），鬼硕士.庶级I：程师.主要从事水文水资源研究工作。然而本课题组通过大量的实践发现，当污染物年内分布不均匀旦不同污染物的时程分布有较大差异时，年均值通常不能准确反映污染物的实际超标状况，指南中的水质优劣程度评价结果往往过于乐观。本研兖将通过一个简单而直观的反例，揭示目前水质优劣程度算法的缺点，并在此基础上提出相应的改进对策与建议。2传统水质优

8、劣程度评价方法及其缺点2.1传统水质优劣程度模型按照指南的要求，水质优劣程度的评价周期为每年1次，旦月水质监测期应覆盖一年四季；有多次监测数据时应采用多次监测结果的平均值进行计算;由评价时段内最差水质项目的水质类别代表该河流（湖泊）的水质类别，当有多个水质项目浓度均为最差水质类别时，分别进行评分计算，取最低值：评分值采用线性插值法，即根据各指标的实测浓度值和文献14中的水质类别标准值，对照表1中的评分阈值进行线性内插得到。本届米别I、口mIVV生V赋分健康类别90,100非常健康75?90)健康(60*75)亚健康40.60>不健康0.40)劣态表1水质优劣程度赋分标准指南中的水质优劣程

9、度计算方法可以概括为如下数学模型。设某河流/湖泊共有m项水质指标参评，每年进行n次监测(其中«>4),并将第，项指标在第j次监测中的实测值记作Xig依据文献14和各地的水质考核要求，将第i个指标对应于第k个等级的理想最优最后，该河流/湖泊的水质评分值z根据最差的水质指标进行计算，即：2.2传统水质优劣程度横型的缺点在本节中，结合如下简单而直观的反例，揭示目前水质优劣程度算法的缺点。设某河流的水质目标为m类，且控制性污染物为高链酸盐指数(cod赤)和总氮(7N)。该河流的水质监测频率为每季度1次,且实测值见表2,水质等级见表3。值和理想最劣值分别记作opti(k)和infi(0,

10、其中仁6对应着劣V类。首先，根据式(1)计算评价指标i的年均值。乏心7=i'ti(1)而后，根据各计算指标的分段线性函数，计算指标，的评分值对于越大越好的指标，如溶解氧的计算公式为：_fXi-inf,(2)90+1075+15-J叩把标(03)60+15'opth)-inf(4)40+20i,污染物春季夏季秋季冬季年均值皿类上限CODim6.54.55.07.05.756.0TN0.4161.4040.951.0表3评价河流控制性污染物的水质等级污染物春季夏季秋季冬季年均值CODMnIVmmIVmTNnVIVn贝综合评价IVVIVIV皿表2评价河流控制性污染物的实测值y,=in

11、f<(2)XiopL(1)(3)<_<(3)injxoptiiiinfA)<x,<opfK4)(5)<_<(5)infxopt由表2可知，该河流不同污染物的时程分布具有显著差异。其中，CODMn在春季和冬季含量较高，蜿耕瓣新鲜疑较年遍鲜鼬踌强低，水体的稀释降解能力弱：而夏季和秋季水量较大，流速和温度均较高，水体的稀释降解能力较强opt(5)-inf(5)I40叩标衡淑6)对于越小越好的指标，如高镭酸盐指数的计算公式为：所致。而TN的时程分布与CODMn刚好相反，其在亲雯够麴鼎滞主哂涵漩iffi源污染，且该河流流域内的降水主要集中在夏季和%春奴这一时期坡

12、面汇流较大，由携带的氮负荷较+1075+15(1)<<.(2)optxm)op/'(3)<x<nt/(3)由表3可知，污染物的时程分布差异造成不同60+15-季俩蔽增帮标再思仃彻地峡:瑞桐期蹄制野黯映端褊粮勰艇炳勰S蹦殳；(5)<<J(5)°PL?inf叩f(6)齐可(3)40+20"州引5济&”)itif(5)-opf(5)40infi(6)-x'infi(6)-opt；(6)震策乎的水质状况均不能达到水质保护目标nr类的血据传统模型，评估该河流的水质优劣程度，结果详见表4。表4传统水质优劣程度模型评价结果污染物

13、年均值m类最优值m类最劣值评右CODm5.754676.88TN0.950.5176.50'冶换驰传统桩型，发4巾CODm,和I的评序愀分别为76.88和76.50°因此，TN为最劣指标。相应地，该河流的水质评分值也为76.50。对照表1、表3、表4可知，虽然该河流4个季度的水质状况均无法醍瞬燧教翳勰水牌碣辟翱该勰可见，指南中的水质优劣程度模型无法反映该河流实际的污染状况，评价结果过于乐观。由表3可知，造成这问题的根源是，当污染物的年内分布不均匀且不同污染物的时程分布有较大差异时，年均值不能准确反映污染物的实际超标状况。比如，在该河流中，CODMn虽然在春季和冬季均超标,但由

14、于其在夏季和秋季含量较低，因此年均值为5.75mg.L,仍能达到BI类。TN虽然在夏季和秋季均超标，但由于其在春季和冬季含量较低，因此年均值为0.95mg，'L,也能达到HI类。3水质优劣程度评价模型的改进方法研究针对传统模型的缺点，本研究提出了如下改进的水质优劣程度评价模型。设某河流/湖泊共有，项水质指标参评，每年进行次监测(其中，企4),并将第i项指标在第j次监测中的实测值记作行。依据文献14和各地的水质考核要求，将第7个指标对应于第k个等级的理想最优值和理想最劣值分别记作opti(k)和infi(k),其中灯6对应着劣V类。首先，根据评分指标的分段线性函数，计算污染物在各次监测中

15、的评分值州对于越大越好的指标,如溶解氧计算公式为：90+10X”-infi(2)7inf(2)<x<opt(1)opf(1)-inf1(2)iiji75+15x-成,矿(3。inf(3)<x<opt(3)opt'(3)-时(3)inf(4)4*<op?(4)60+15了冰(4L,.opt(<)-77Ttv47f140+20x-i矶5)(5)<<(5)Iinfxoptopt'(5)-inf(5)1iji二iuf：(6)祯(6)*气*6)4Uopt(6)-infi(Q)(5)对于越小越好的指标，如高镒酸盐指数计算公式为：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时(5)-opt'(5)40f(6)opf(1)<x</7zf(2)r*(3)<'(3)'-optxinfopf'(4)<x'(4)(5)<"<(5)optxinf6)<"<'(6)ophXyitlfi(6)对于第j次监测，其水质评分值Zj根据最差的水质指标进行计算，即：斗二=瞰疽卯

17、将第j次监测的代表时长记作h，河，窟湖泊的水质综合评分值Z根据各次监测评分按代表时长的加权平均值进行计算，即：.Azt，/Z=(8)J=|根据改进的水质优劣程度评价模型，对该河流进行评价，结果详见表5。表5改进的水质优劣程度模型评分值污染物春季夏季秋季冬季综合评价CODMn73.1386.2582.5071.251TN92.0056.0063.0092.00/单次评分73.1356.0063.0071.2565.85由表5可知，改进的水质优劣程度模型中，春季和冬季的水质监测评分值根据CODMn进行评估，夏季和秋季的水质监测评分值根据TN进行评估。由于4次监测的代表时长一致(均为1个季度)，因此

18、河流水质的综合评分值根据均值计算，为65.85,属于“亚健康”等级。由2.2节讨论可知，该河流全年水质苓寸藩黑，其中春季和冬季COD超标、夏季和秋季对比表45可知，改进后的水质优劣程度模型首先计算各次水质监测的评分值，而后按代表时长加权平均，计算水质综合评分值，这有效地解决了年均值不能准确反映污染物实际超标状况的问题。4结论指南中的水质优劣程度模型直接根据年均值进行水质评估。当污染物年内分布(下转第96页)移分析.水利规划与设计,2020(10):150-154.12 王磊.喀左县李杖了水库均质土坝防渗加固方案优化比选J.吉林水利，2020(3):21-24.【13庞敏敏.基于Fluent-A

19、baqus的水利I：程闸门结构设计分析.水电站机电技术,2020,43(9)：50-54.14 双学珍，李桢，张智涌.基于Abaqus的混凝土面板堆石坝.4擒T9页不专HI同哩拗肘窃彻arfowia6S-RNnepiic(nsquerrirg较大差异时，这种算法不能准确反映污染物的实际超标状况，评价结果过于乐观。改进后的水质优劣程度模型首先计算各次水质监测的评分值，而后按代表时长加权平均，计算水质综合评分值，有效地解决了年均值不能准确反映污染物的实际超标状况的问题。参考文献1】王浩，王建华，胡啊.水资源保护的新内涵:"最-质-域-流-生”协同保护和修复.水资源保护，2021,37(2

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