中國地表水資源質(zhì)量評價方法的研究樣本

中華人民共和國地表水資源質(zhì)量評價辦法研究摘要：作者分析了國內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評價辦法中存在問題，簡介了國外該項工作思路和作法。在此基本上，建立了一套基于水質(zhì)項目環(huán)境影響分區(qū)、分類、分級多指標綜合指數(shù)評價體系，克服了國內(nèi)老式評價辦法假達標、一票否決，不能描述級內(nèi)優(yōu)劣等弊病。對全國160個重點站進行計算成果表白，該辦法基本實現(xiàn)了與國際接軌，更為科學合理。

核心詞：水質(zhì)；評價；指數(shù)；辦法

中圖分類號：X824

文獻標記碼：A1國內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評價辦法科學性與合理性分析

第一次全國水質(zhì)評價開始于1981年，而后水利部約每5年組織一次全國范疇水質(zhì)評價，評價河長約10萬km。近幾年作為《中華人民共和國水資源公報》某些內(nèi)容向公眾刊登。因第一次全國水質(zhì)評價潮流無國家環(huán)境和資源水質(zhì)原則可依，因而依照各專項原則值綜合擬定了一種分5級評價原則。其評價辦法有單項評價，采用年度時空均值與原則值比較指數(shù)法；分類和河流綜合評價采用單項參數(shù)地圖重疊法（最差參數(shù)賦100%權）以及按河長加權水質(zhì)指數(shù)算術均值法。而后全國水質(zhì)評價雖在評價項目選定、分類、污染級別劃分等有所變動之外，其思路和技術辦法均沿襲了這一格局。

1983年后例行水質(zhì)評價更趨簡樸化，采用了所有評價項目地圖重疊法。而評價辦法研究方面，重要集中在評價指數(shù)數(shù)學解決上，幾乎用盡了所有數(shù)學手段，但在評價成果合理性方面仍進展不大。人們十分關懷國內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評價辦法科學性和合理性。從評價成果表達上看，地圖重疊法將水質(zhì)級別空間分布表達較為清晰、直觀。如果單元河長劃分較為符合實際話，這種表達也有可取之處。國外有些國家如法國也用過此類表達辦法（特別是地下水區(qū)域分布圖等）。但這種評價辦法仍有許多局限性之處。第一，無論是單項評價還是分類評價都采用最差項目賦百分之百權單指標法，導致了評價成果與實際偏離。不同項目對環(huán)境影響是有差別，如BOD、氨氮等普通污染項目通過水體流動可以自凈，它們對環(huán)境影響重要是耗氧。它們與毒性物質(zhì)對環(huán)境生態(tài)及人體健康影響有著本質(zhì)差別。第二，單元河段代表值選用年均值，后改中值也是有缺陷。雖然中值克服了水質(zhì)數(shù)據(jù)非正態(tài)性分布影響，但無論是用中值還是均值來鑒定其符合哪一類水都顯得過于粗糙，這種所謂達標與否只有50%把握，置信度太低。第三，由于水質(zhì)評價原則是全國一刀切，許多重要天然水化學組份只能棄之不用，導致評價成果失真。顯然，像懸浮物、水溫和pH等項目在不同水域自然背景值相距甚遠，無法參加一刀切評價，使水質(zhì)評價作為度量環(huán)境生態(tài)變化工具大打折扣。毒性與硬度密切有關重金屬由于各水域硬度差別很大，用全國一刀切原則評價也導致成果不合理。第四，當前商定俗成地把Ⅲ類水作為水質(zhì)污染與否分界線（符合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類為達標，否則為污染河段）是一種虛假達標記錄。事實上有些河段，如源頭或自然保護區(qū)應按Ⅰ類管理，可是這種評價辦法，該河段如為Ⅱ、Ⅲ類也計為達標導致虛假成果。第五，現(xiàn)行評價辦法不能表征同一水質(zhì)類別內(nèi)水質(zhì)優(yōu)劣以及缺少度量水量變化對水質(zhì)影響變量，使得河流水量變化影響不能得到合理反映?？傊?，當前沿用水資源質(zhì)量評價辦法有不少缺陷，使國內(nèi)水資源質(zhì)量評價與發(fā)達國家拉大了差距。2發(fā)達國家水質(zhì)評價思路和作法

發(fā)達國家，如美國水資源質(zhì)量評價是為了弄清如下問題：（1）有問題水域在哪里，即水質(zhì)空間分布；（2）自然水質(zhì)變化如何，變化速率多大；（3）國家如果采用辦法恢復變化了水質(zhì)應對哪些水域下手，即排出治理優(yōu)先序。重要工作內(nèi)容為：（1）對水域進行盡量全面監(jiān)測。該監(jiān)測涉及水體三種介質(zhì)：水柱(可溶態(tài))、懸浮物和底質(zhì)、水生生物。其監(jiān)測項目應含括無機痕量組份，有機有毒物質(zhì)，放射性及其水文因素。（2）評價項目中天然水化學組份和人為污染組份并重。由于水質(zhì)自然性狀變化是生態(tài)環(huán)境變遷度量，其成因涉及人們左右不了因素，如火山爆發(fā)、氣候變化等，也有人為長期作用而難以度量因素如土地運用，植被退化，這些生態(tài)環(huán)境變化必然反映在水質(zhì)上。如水溫是區(qū)域生態(tài)（植被）水文（流量）變化晴雨表，pH是水體富營養(yǎng)化趨向反映之一，懸浮物是區(qū)域士地運用和土壤侵蝕度量，糞大腸菌是溫血動物和人類密度變化量度指標。（3）在數(shù)據(jù)解決技術辦法上，多用記錄學辦法。由于她們以為水質(zhì)數(shù)據(jù)最大特點是隨機性，因此數(shù)據(jù)應給出最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各不同百分度值及最大值，再與其相應原則值比較，就能得出達標不達標以及達標置信度有多大。

總之，國外水質(zhì)評價是個多學科對多介質(zhì)、多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)分析過程。水質(zhì)評價是針對詳細水域而言，目的是擬定有問題水域和問題之所在。因而，不存在國內(nèi)水質(zhì)評價中，只記錄各類水占多少百分數(shù)和虛假達標問題。國外不但要考慮水質(zhì)人為用途并且要考慮水域生態(tài)保護，生物多樣性規(guī)定。當前國內(nèi)這種不分生態(tài)區(qū)不分水域人為水質(zhì)分類不能滿足生態(tài)保護規(guī)定，也衡量不出生態(tài)環(huán)境變化及其損益。

3基于水質(zhì)參數(shù)環(huán)境影響多指標綜合指數(shù)評價體系建立

依照國內(nèi)外水資源評價實踐，咱們提出了一種基于水質(zhì)參數(shù)環(huán)境影響多指標綜合評價體系。這是一種分區(qū)、分類、分級多項目水質(zhì)指數(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及水質(zhì)評價原則，單元河段水質(zhì)代表值擬定，水質(zhì)評價指數(shù)及其疊加辦法，綜合水質(zhì)指數(shù)及其級別判斷等。

3.1評價分區(qū)及分級要克服評價假達標現(xiàn)象就必要將評價指標值貫徹到詳細水域。因而依照氣候、高程、地理位置、地形地貌、植被差別等因素，將全國提成八大水質(zhì)區(qū)，即東北、海河、黃河中下游、淮河、長江中下游、東南沿海、西北內(nèi)陸和青藏云貴高原水質(zhì)區(qū)。在每個水質(zhì)區(qū)考慮到子區(qū)域環(huán)境差別和人類活動（如都市化、人口增長、土地運用形式、水利工程等非可逆因素）影響，又將每大區(qū)別為三個子區(qū)，它們各自相應一種本區(qū)水質(zhì)級別。一級區(qū)屬背景區(qū)，水質(zhì)應達到1級；二級區(qū)屬農(nóng)林漁牧生態(tài)區(qū)，水質(zhì)應達到2級；三級區(qū)屬都市生態(tài)區(qū)，水質(zhì)應達到3級。此外，考慮到水質(zhì)嚴重污染現(xiàn)狀，增長了4、5級水質(zhì)，描述生態(tài)受到嚴重破壞區(qū)域現(xiàn)狀水質(zhì)。

3.2水質(zhì)評價項目及分類該多指標綜合評價體系共擬定了地表水水質(zhì)評價項目四類66項。其中，湖泊營養(yǎng)狀態(tài)評價項目5項。項目選自現(xiàn)行地面水環(huán)境質(zhì)量原則，地表水資源質(zhì)量原則，以及飲用水源地、漁業(yè)、工業(yè)、農(nóng)田灌溉等專業(yè)原則。為了評價人工有毒有機物影響，還依照美國EPA和中華人民共和國環(huán)保局優(yōu)先檢出物及其在地表水中檢出頻率擬定了有機毒物共45項。依照上述項目對水生態(tài)影響將其分三大類。一是代表水體自然性狀綜合項目：水溫、pH、懸浮物、溶解氧和糞大腸菌。二是以耗氧為主受人類排污影響且可隨水流自凈普通污染項目：高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮及揮發(fā)酚(氨氮和揮發(fā)酚在一定濃度下才有毒，現(xiàn)行水質(zhì)原則不是以其毒性濃度界定)。三是在水中含量微而毒性大，在生物體內(nèi)富集且普通不降解有毒項目，它即涉及了自然界有背景值無機毒物又涉及了人工有機毒物，其中涉及許多有致癌、致畸、致突變作用所謂“三致物質(zhì)”。

3.3水質(zhì)評價項目環(huán)境影響指數(shù)擬定水質(zhì)優(yōu)劣取決于水體受損害限度（與背景偏高度），它影響著生態(tài)環(huán)境和人類使用。對一種水質(zhì)區(qū)一方面依照背景值監(jiān)測資料稍許放寬擬定1級值，再依照該水質(zhì)區(qū)水質(zhì)基本規(guī)定擬定能勉強維持生態(tài)可接受最差界限值，即3級值。對于毒性物質(zhì)，3級值以水生生物急性毒性值為根據(jù)擬定，再依照國外有關研究擬定各水質(zhì)參數(shù)上述界限值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，3級界限值環(huán)境指數(shù)平均波動于50～60之間；參照既有各專業(yè)原則擬定2級值（農(nóng)牧生態(tài)區(qū)），對照國外研究，2級值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)平均波動于75左右；5級值普通按污水排放原則擬定，對毒性物質(zhì)，該級生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)普通狀況下視為零，表白其天然水體性質(zhì)喪失貽盡。對某些非毒性物質(zhì)，雖然濃度達到污水排放原則值依然有一定可用性，可以滿足低規(guī)定農(nóng)田灌溉或保持植被功能，因而5級值指數(shù)仍保存8～20不等。個別有機毒物也有類似狀況；當排放原則未達到半致死濃度時，5級生態(tài)環(huán)境指數(shù)仍定為7，而零指數(shù)設定為實驗毒性濃度值。擬定了各級別濃度及其環(huán)境指數(shù)之后，接下來問題是如何計算實測值和評價代表值指數(shù)，嚴格地講應查閱濃度和生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)曲線擬定，但為了簡化計算，在每個級別內(nèi)部采用線性內(nèi)插來計算單元河段實測值或代表值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)。

3.4綜合評價模式和權重擬定在綜合評價中必要解決好各項目指數(shù)之間關系，疊加辦法取決于評價項目代表水質(zhì)特性。不同類項目施以不同疊加和賦權方式。

本研究綜合項目類內(nèi)指數(shù)疊加選取加權聯(lián)乘模式，這是由于這種模式中任何項目都是獨立地對整體發(fā)生影響。只要一項指數(shù)為零，整體指數(shù)為零即整個水體喪失功能。綜合項目類內(nèi)指數(shù)所賦權重采用美國使用DELPMI法，這是一種沒有權威壓力下專家無記名投票并經(jīng)多次反饋賦分法，它是一種平等集思廣義辦法。

對普通污染物類項目，它們都屬于耗氧指標，并且彼此關于聯(lián)，對該類采用均權算術平均法，這樣好處在于可消除某一項監(jiān)測夫真影響。

無機毒物和有機毒物類內(nèi)指數(shù)用污染最重項目指數(shù)作代表，其因素是若取平均就掩蓋了有問題項目作用，由于這些有毒物不是每一項均有問題，大某些是未檢出，只要發(fā)現(xiàn)一項有問題就會對環(huán)境有影響。對于環(huán)境中有背景值無機毒物和環(huán)境中原本沒有有機毒物不能等量齊觀，后者生態(tài)影響更大，因生物對其沒有任何適應能力，在這兩類毒物之間疊加仍采用加權聯(lián)乘模式。

水質(zhì)綜合評價指數(shù)疊加也采用加權聯(lián)乘模式，而類間權重采用有代表性數(shù)據(jù)試算及合理性判斷法擬定，這種合理性判斷是基于近年水質(zhì)評價經(jīng)驗。例如有毒物指數(shù)己為5級了，而算得綜合指數(shù)仍為3級，顯然是有毒物權重不夠，如此重復調(diào)節(jié)各類權重，達到水質(zhì)綜合指數(shù)相對合理。

事實上水質(zhì)評價從一開始就是一項基于專家判斷工作，用水質(zhì)指數(shù)表達水質(zhì)目是考慮到非專業(yè)人員和行政領導更容易更直觀理解評價成果。類內(nèi)、類間及綜合指數(shù)疊加模式及權重見表1。

3.5基于綜合指數(shù)水質(zhì)分級及其水質(zhì)含義據(jù)以上辦法最后獲得綜合水質(zhì)指數(shù)，其水質(zhì)指數(shù)和水質(zhì)級別對照見表2。各級水質(zhì)含義為：1級為區(qū)域內(nèi)基本保持原始狀態(tài)或雖有人為影響但水體能自行恢復水質(zhì)，普通為河源區(qū)或自然保護區(qū)應有水質(zhì)；2級為農(nóng)牧生態(tài)區(qū)應有水質(zhì)，它能維系生物多樣性并能滿足水源地、漁業(yè)、工農(nóng)業(yè)和與人體直接接觸娛樂等用途。3級水質(zhì)普通為都市生態(tài)區(qū)應有水質(zhì)，它在生物多樣性方面己有所損害，但仍能維持普通生物生存，在使用上尚能滿足除飲用及與人體直接接觸水上娛樂之外所有用途。4、5級水質(zhì)分別為污染和嚴重污染，不符合水資源質(zhì)量起碼規(guī)定超標水質(zhì)。表1水質(zhì)評價疊加模式及權重參數(shù)類內(nèi)指數(shù)

綜合指數(shù)公式權重Wi公式權重Wi公式綜

合

項

目溫度(℃)(偏離度)

pH值(偏離度)

懸浮物(偏離度)

溶解氧

(糞大腸菌)(個/L)

大腸菌群(個/L)

0.1

0.1

0.2

0.4

0.20.15一

般

污

染

項

目高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)

五日生化需氧量(BOD5)

氨氮

揮發(fā)酚

0.35有

毒

項

目無機毒物有機毒物QIwd=QIminQIyd=QImin0.4

0.60.5

i表達評價項目，j表達類別表2水質(zhì)綜合指數(shù)與水質(zhì)分級對照水質(zhì)級別1級2級3級4級5級綜合指數(shù)91～10076～9051～7526～50

0～254評價辦法科學性和合理性分析這種評價辦法突破了國內(nèi)老式模式，克服了不分區(qū)假達標現(xiàn)象。同步避免了因某一項普通污染項目超標就斷定整個水體超標一票否決辦法片面性。除此之外，本辦法還可以擬定水質(zhì)偏離自然狀態(tài)限度，估算人類活動對水質(zhì)影響。以通俗水質(zhì)指數(shù)方式表達水質(zhì)優(yōu)劣，指數(shù)值越小，水質(zhì)越差，水污染限度越重，使評價成果更加直觀并可描述同水質(zhì)級別內(nèi)水質(zhì)優(yōu)劣限度。引入了水質(zhì)保證率和斷流系數(shù)等概念，反映了水質(zhì)達標可信度及斷流影響。本研究對全國近160個重點站水質(zhì)進行了評價計算，表3給出了以1999年和1月數(shù)據(jù)為基本評價成果幾種實例。表3某些水質(zhì)評價計算成果河流

河段測值類型年月綜合類指數(shù)污染類指數(shù)有毒類指數(shù)綜合指數(shù)備注松花江干流吉林月值1991-156.280.216.935多環(huán)芳烴濃度為1.63μg/L松花江干流吉林月值1991-156.280.263.368未計有機毒物嫩江齊齊哈爾中值199979.481.483.382嫩江齊齊哈爾75%值199974.4

75.770.773黃河干流利津中值199980.176.578.578未進行斷流修正黃河干流利津75%值1999

69.171.761.566未進行斷流修正黃河干流利津75%值斷流1999

61.671.761.557斷流42天渭河西安75%值19996.524.247.928汾河入黃口75%值19990.54.549.611太子河本溪月值-172.416.272.343大