中国地表水资源质量评价方法的研究样本

中华人民共和国地表水资源质量评价办法研究摘要：作者分析了国内现行水资源质量评价办法中存在问题，简介了国外该项工作思路和作法。在此基本上，建立了一套基于水质项目环境影响分区、分类、分级多指标综合指数评价体系，克服了国内老式评价办法假达标、一票否决，不能描述级内优劣等弊病。对全国160个重点站进行计算成果表白，该办法基本实现了与国际接轨，更为科学合理。

核心词：水质；评价；指数；办法

中图分类号：X824

文献标记码：A1国内现行水资源质量评价办法科学性与合理性分析

第一次全国水质评价开始于1981年，而后水利部约每5年组织一次全国范畴水质评价，评价河长约10万km。近几年作为《中华人民共和国水资源公报》某些内容向公众刊登。因第一次全国水质评价潮流无国家环境和资源水质原则可依，因而依照各专项原则值综合拟定了一种分5级评价原则。其评价办法有单项评价，采用年度时空均值与原则值比较指数法；分类和河流综合评价采用单项参数地图重叠法（最差参数赋100%权）以及按河长加权水质指数算术均值法。而后全国水质评价虽在评价项目选定、分类、污染级别划分等有所变动之外，其思路和技术办法均沿袭了这一格局。

1983年后例行水质评价更趋简朴化，采用了所有评价项目地图重叠法。而评价办法研究方面，重要集中在评价指数数学解决上，几乎用尽了所有数学手段，但在评价成果合理性方面仍进展不大。人们十分关怀国内现行水资源质量评价办法科学性和合理性。从评价成果表达上看，地图重叠法将水质级别空间分布表达较为清晰、直观。如果单元河长划分较为符合实际话，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达办法（特别是地下水区域分布图等）。但这种评价办法仍有许多局限性之处。第一，无论是单项评价还是分类评价都采用最差项目赋百分之百权单指标法，导致了评价成果与实际偏离。不同项目对环境影响是有差别，如BOD、氨氮等普通污染项目通过水体流动可以自净，它们对环境影响重要是耗氧。它们与毒性物质对环境生态及人体健康影响有着本质差别。第二，单元河段代表值选用年均值，后改中值也是有缺陷。虽然中值克服了水质数据非正态性分布影响，但无论是用中值还是均值来鉴定其符合哪一类水都显得过于粗糙，这种所谓达标与否只有50%把握，置信度太低。第三，由于水质评价原则是全国一刀切，许多重要天然水化学组份只能弃之不用，导致评价成果失真。显然，像悬浮物、水温和pH等项目在不同水域自然背景值相距甚远，无法参加一刀切评价，使水质评价作为度量环境生态变化工具大打折扣。毒性与硬度密切有关重金属由于各水域硬度差别很大，用全国一刀切原则评价也导致成果不合理。第四，当前商定俗成地把Ⅲ类水作为水质污染与否分界线（符合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类为达标，否则为污染河段）是一种虚假达标记录。事实上有些河段，如源头或自然保护区应按Ⅰ类管理，可是这种评价办法，该河段如为Ⅱ、Ⅲ类也计为达标导致虚假成果。第五，现行评价办法不能表征同一水质类别内水质优劣以及缺少度量水量变化对水质影响变量，使得河流水量变化影响不能得到合理反映。总之，当前沿用水资源质量评价办法有不少缺陷，使国内水资源质量评价与发达国家拉大了差距。2发达国家水质评价思路和作法

发达国家，如美国水资源质量评价是为了弄清如下问题：（1）有问题水域在哪里，即水质空间分布；（2）自然水质变化如何，变化速率多大；（3）国家如果采用办法恢复变化了水质应对哪些水域下手，即排出治理优先序。重要工作内容为：（1）对水域进行尽量全面监测。该监测涉及水体三种介质：水柱(可溶态)、悬浮物和底质、水生生物。其监测项目应含括无机痕量组份，有机有毒物质，放射性及其水文因素。（2）评价项目中天然水化学组份和人为污染组份并重。由于水质自然性状变化是生态环境变迁度量，其成因涉及人们左右不了因素，如火山爆发、气候变化等，也有人为长期作用而难以度量因素如土地运用，植被退化，这些生态环境变化必然反映在水质上。如水温是区域生态（植被）水文（流量）变化晴雨表，pH是水体富营养化趋向反映之一，悬浮物是区域士地运用和土壤侵蚀度量，粪大肠菌是温血动物和人类密度变化量度指标。（3）在数据解决技术办法上，多用记录学办法。由于她们以为水质数据最大特点是随机性，因此数据应给出最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各不同百分度值及最大值，再与其相应原则值比较，就能得出达标不达标以及达标置信度有多大。

总之，国外水质评价是个多学科对多介质、多参数水质数据分析过程。水质评价是针对详细水域而言，目的是拟定有问题水域和问题之所在。因而，不存在国内水质评价中，只记录各类水占多少百分数和虚假达标问题。国外不但要考虑水质人为用途并且要考虑水域生态保护，生物多样性规定。当前国内这种不分生态区不分水域人为水质分类不能满足生态保护规定，也衡量不出生态环境变化及其损益。

3基于水质参数环境影响多指标综合指数评价体系建立

依照国内外水资源评价实践，咱们提出了一种基于水质参数环境影响多指标综合评价体系。这是一种分区、分类、分级多项目水质指数系统。该系统涉及水质评价原则，单元河段水质代表值拟定，水质评价指数及其叠加办法，综合水质指数及其级别判断等。

3.1评价分区及分级要克服评价假达标现象就必要将评价指标值贯彻到详细水域。因而依照气候、高程、地理位置、地形地貌、植被差别等因素，将全国提成八大水质区，即东北、海河、黄河中下游、淮河、长江中下游、东南沿海、西北内陆和青藏云贵高原水质区。在每个水质区考虑到子区域环境差别和人类活动（如都市化、人口增长、土地运用形式、水利工程等非可逆因素）影响，又将每大区别为三个子区，它们各自相应一种本区水质级别。一级区属背景区，水质应达到1级；二级区属农林渔牧生态区，水质应达到2级；三级区属都市生态区，水质应达到3级。此外，考虑到水质严重污染现状，增长了4、5级水质，描述生态受到严重破坏区域现状水质。

3.2水质评价项目及分类该多指标综合评价体系共拟定了地表水水质评价项目四类66项。其中，湖泊营养状态评价项目5项。项目选自现行地面水环境质量原则，地表水资源质量原则，以及饮用水源地、渔业、工业、农田灌溉等专业原则。为了评价人工有毒有机物影响，还依照美国EPA和中华人民共和国环保局优先检出物及其在地表水中检出频率拟定了有机毒物共45项。依照上述项目对水生态影响将其分三大类。一是代表水体自然性状综合项目：水温、pH、悬浮物、溶解氧和粪大肠菌。二是以耗氧为主受人类排污影响且可随水流自净普通污染项目：高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮及挥发酚(氨氮和挥发酚在一定浓度下才有毒，现行水质原则不是以其毒性浓度界定)。三是在水中含量微而毒性大，在生物体内富集且普通不降解有毒项目，它即涉及了自然界有背景值无机毒物又涉及了人工有机毒物，其中涉及许多有致癌、致畸、致突变作用所谓“三致物质”。

3.3水质评价项目环境影响指数拟定水质优劣取决于水体受损害限度（与背景偏高度），它影响着生态环境和人类使用。对一种水质区一方面依照背景值监测资料稍许放宽拟定1级值，再依照该水质区水质基本规定拟定能勉强维持生态可接受最差界限值，即3级值。对于毒性物质，3级值以水生生物急性毒性值为根据拟定，再依照国外有关研究拟定各水质参数上述界限值生态环境影响指数。研究发现，3级界限值环境指数平均波动于50～60之间；参照既有各专业原则拟定2级值（农牧生态区），对照国外研究，2级值生态环境影响指数平均波动于75左右；5级值普通按污水排放原则拟定，对毒性物质，该级生态环境影响指数普通状况下视为零，表白其天然水体性质丧失贻尽。对某些非毒性物质，虽然浓度达到污水排放原则值依然有一定可用性，可以满足低规定农田灌溉或保持植被功能，因而5级值指数仍保存8～20不等。个别有机毒物也有类似状况；当排放原则未达到半致死浓度时，5级生态环境指数仍定为7，而零指数设定为实验毒性浓度值。拟定了各级别浓度及其环境指数之后，接下来问题是如何计算实测值和评价代表值指数，严格地讲应查阅浓度和生态环境影响指数曲线拟定，但为了简化计算，在每个级别内部采用线性内插来计算单元河段实测值或代表值生态环境影响指数。

3.4综合评价模式和权重拟定在综合评价中必要解决好各项目指数之间关系，叠加办法取决于评价项目代表水质特性。不同类项目施以不同叠加和赋权方式。

本研究综合项目类内指数叠加选取加权联乘模式，这是由于这种模式中任何项目都是独立地对整体发生影响。只要一项指数为零，整体指数为零即整个水体丧失功能。综合项目类内指数所赋权重采用美国使用DELPMI法，这是一种没有权威压力下专家无记名投票并经多次反馈赋分法，它是一种平等集思广义办法。

对普通污染物类项目，它们都属于耗氧指标，并且彼此关于联，对该类采用均权算术平均法，这样好处在于可消除某一项监测夫真影响。

无机毒物和有机毒物类内指数用污染最重项目指数作代表，其因素是若取平均就掩盖了有问题项目作用，由于这些有毒物不是每一项均有问题，大某些是未检出，只要发现一项有问题就会对环境有影响。对于环境中有背景值无机毒物和环境中原本没有有机毒物不能等量齐观，后者生态影响更大，因生物对其没有任何适应能力，在这两类毒物之间叠加仍采用加权联乘模式。

水质综合评价指数叠加也采用加权联乘模式，而类间权重采用有代表性数据试算及合理性判断法拟定，这种合理性判断是基于近年水质评价经验。例如有毒物指数己为5级了，而算得综合指数仍为3级，显然是有毒物权重不够，如此重复调节各类权重，达到水质综合指数相对合理。

事实上水质评价从一开始就是一项基于专家判断工作，用水质指数表达水质目是考虑到非专业人员和行政领导更容易更直观理解评价成果。类内、类间及综合指数叠加模式及权重见表1。

3.5基于综合指数水质分级及其水质含义据以上办法最后获得综合水质指数，其水质指数和水质级别对照见表2。各级水质含义为：1级为区域内基本保持原始状态或虽有人为影响但水体能自行恢复水质，普通为河源区或自然保护区应有水质；2级为农牧生态区应有水质，它能维系生物多样性并能满足水源地、渔业、工农业和与人体直接接触娱乐等用途。3级水质普通为都市生态区应有水质，它在生物多样性方面己有所损害，但仍能维持普通生物生存，在使用上尚能满足除饮用及与人体直接接触水上娱乐之外所有用途。4、5级水质分别为污染和严重污染，不符合水资源质量起码规定超标水质。表1水质评价叠加模式及权重参数类内指数

综合指数公式权重Wi公式权重Wi公式综

合

项

目温度(℃)(偏离度)

pH值(偏离度)

悬浮物(偏离度)

溶解氧

(粪大肠菌)(个/L)

大肠菌群(个/L)

0.1

0.1

0.2

0.4

0.20.15一

般

污

染

项

目高锰酸盐指数(CODMn)

五日生化需氧量(BOD5)

氨氮

挥发酚

0.35有

毒

项

目无机毒物有机毒物QIwd=QIminQIyd=QImin0.4

0.60.5

i表达评价项目，j表达类别表2水质综合指数与水质分级对照水质级别1级2级3级4级5级综合指数91～10076～9051～7526～50

0～254评价办法科学性和合理性分析这种评价办法突破了国内老式模式，克服了不分区假达标现象。同步避免了因某一项普通污染项目超标就断定整个水体超标一票否决办法片面性。除此之外，本办法还可以拟定水质偏离自然状态限度，估算人类活动对水质影响。以通俗水质指数方式表达水质优劣，指数值越小，水质越差，水污染限度越重，使评价成果更加直观并可描述同水质级别内水质优劣限度。引入了水质保证率和断流系数等概念，反映了水质达标可信度及断流影响。本研究对全国近160个重点站水质进行了评价计算，表3给出了以1999年和1月数据为基本评价成果几种实例。表3某些水质评价计算成果河流

河段测值类型年月综合类指数污染类指数有毒类指数综合指数备注松花江干流吉林月值1991-156.280.216.935多环芳烃浓度为1.63μg/L松花江干流吉林月值1991-156.280.263.368未计有机毒物嫩江齐齐哈尔中值199979.481.483.382嫩江齐齐哈尔75%值199974.4

75.770.773黄河干流利津中值199980.176.578.578未进行断流修正黄河干流利津75%值1999

69.171.761.566未进行断流修正黄河干流利津75%值断流1999

61.671.761.557断流42天渭河西安75%值19996.524.247.928汾河入黄口75%值19990.54.549.611太子河本溪月值-172.416.272.343大