综合水质标识指数法在水库水质评价中的应用_汪红军

位或 2 位有效数字 。 当水质介于 Ⅰ 类水和 Ⅴ 类水 之间时 , 可以根 据水质 监测
数据与国家标准的比较确定 x 1 , 其 意义为 :x1 = 1 , 表示该 指标 为 Ⅰ 类水 ;x1 =2, 表示该指标为 Ⅱ 类水 ;x1 =3, 表示该指标为 Ⅲ 类水 ;x1 =4 , 表示该指标为 Ⅳ 类水 ;x 1 =5, 表示该指标为 Ⅴ 类水 。
x 1 .x2 = 6 +(ri - ri5上) ri5上
(3)
式中 ri5上 为第 i 项指标 Ⅴ 类水质量 浓度上限值 。
x3 要 通过 判断 得出 , 如 果水 质类 别好 于或 达 到功 能区 类
别 , 则 x 3 =0 ;如果水质类别差于功能区 类别且 x2 不为零 , 则 x3
其次 ;在枯水期 , 高锰酸 盐指 数 、COD 、总 氮 、总磷 4 项指 标不 能
达标 , 标识指数大小比较为 :PTP > PTN > PCOD > P 高锰酸盐 指数 。
结果表 明 :对 浮桥河水 库水质而言 , 影响 最大的因子 为总磷 , 其
次为总氮 。 这与彭建华等人[ 3] 认为的磷是水库第一限制性 因子
能大于 10, 相应 x3 由两位有效数字组成 。
1 .2 综合水质标识指数
综合水质标识指数由整数位和 4 位或 5 位小数位组成 , 其结
构为 I = X1 .X2 X3 X 4 X5 , 式中的 X1 .X2 由计算获得 , X3 和 X4 根 据比较结果得 到 。其中 , X1 为水库 总体的 综合水 质类 别 ;X2 为 综合水质在 X1 类水质变化区间内所 处位置 , 从而实现在同类水 中进行水质优劣比较 ;X3 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 ;X4 为综合水 质类别与 水体功能区 类别的比较结 果 , 表示 综合水 质的 污染程 度 , X4 为 一位或两位有效数字 ;X5 为参与评价的因子数量 。
收稿日期 :2006 -06 -07 基金项目 :科技部农业科技成果资金转化 项目基金资助(04EFN216800346) 作者简介 :汪红军 , 男 , 水利部中国科学院水工程生 态研究所 , 助理工程师 。
第 1期
汪红军等 :综合水质标识指数法在水库水质评价中的应用
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质指标污染特别严重 , 水质 类别与 水环境 功能区 目标的 差值可
由此可见 , 如 果 X4 = 1, 说 明综合水 质劣于 功能区 1 个类 别 ;如果 X4 =2 , 说明综合水质劣于 功能区 2 个类别 ;依此类推 。 对综合水质为劣 Ⅴ 类的情况 , 如果水库总体的综合水质污染特
别严重 , X 4 可能超过 10, 这时 X4 由 2 位有效数字组成 。
2 综合水质标识指数法在浮桥河水库的应用
X4 意义为判别综合水质类别是否劣于水环 境功能区 类别 。 如果综合水质类别好于或达到功能区类别 , 则 X4 =0 ;如果水质 类别差于水环境功能区类别且综合水质标识指 数中 X2 不为 0 , 则 X 4 =X 1 -F ;如果水质类别差于水环境功能区类别且综合水 质标识指数中 X 2 为 0, 则 X4 = X1 -F -1;式中 F 为水环境功 能区类别 。
有效数字组 成 , 表示为 P = x1 .x 2 x3 。x1 代表第 i 项水质指标的 水质类别 ;x2 代表监 测数据 在 x 1 类水 质变 化区间 中所 处的 位 置 , 根据 公式按 四舍五 入的原则 计算确 定 ;x3 代表水 质类 别与 功能区划设定类别的 比较结果 , 表示 评价指标的 污染程度 , 为 1
x2 分为非溶解氧 、溶解氧两类 。非溶解氧指标为 :
x 2 =(ri - rik下 )(rik上 - rik下)×10
(1)
式中 ri 为第 i 项实测质量浓度 ;rik下 为第 i 项水质指标第 k 类水
区间质量浓度的下限 值 ;rik上 为第 i 项水质指标第 k 类水区间质
量浓度的上限值 ;k = x1 , x2 值按四舍五 入取一位整数位 。
浮桥河 水库位于湖北省 麻城市 , 是一 座以灌 溉为主兼 有供 水 、旅游 、防 洪 、发电和渔 业等功 能的大 型水库 。 水 库集雨 面积 为 3.81 万 hm2 , 设计洪水位 70 .27 m , 正常 高水位 66 .75 m, 总库 容 5 .95 亿 m3 , 平均水深 为 5.6 m , 年 水交 换系数 为 1 .65 。 随着 麻城市城区 人口的急剧增长 , 供水 已成为 该水库 一项重 要经济 来源 , 旅游业也正在发 展之中 。 因 而水质 状况成 为水库 管理人 员 、水产 养殖工作者 、自来 水部门和 旅游部门共 同关心的 问题 。 2005 年 5～ 12 月 , 笔者对浮桥河水 库水质进行了监测 , 本文试图 以综合水质 标识指数法对浮 桥河水 库水质进 行评价 , 并 根据评 价结果分析 该水库的主要污 染因子 , 定量 评价污 染因子 的污染 程度 , 旨 在为水库水 环境保护 、健康养 殖 、旅 游等可持 续发展提 供基础资料 。
综合水质标识指数法在水库水质评价中的应用
汪 红 军 彭 建 华 梁 开 封
(水利部 中国科学院水工程生态研究所 , 湖北 武汉 430079)
摘要 :目前 , 评价水质的因子有总磷 、总氮 、重金属元素 、溶解氧 等多项指 标 , 评价 方法一般 有模糊 数学法 、隶属 度法 、灰色建模法及层次分析法等 。 但这些评价方法大都针对水体等级的评价 , 而对主要污染因子的污染程度 定量描述相对较少 。 运用综合水质标识指数法 , 对浮桥河水库水质进行评价 , 结果表明水质达到地表水标准 Ⅱ 类 , 但有恶化为 Ⅲ 类的趋势 , 主要污染因子为 氮 、磷营养盐及有机物 , 表明水库富营养化趋势明显 。 关 键 词 :综合水质标识指数法 ;水质评 价 ;浮桥河水库 中图分类号 :X824 文献标识码 :A
的结论一致 。
表 1 代表性水库不同水质指标污染程度排序
mg L
水库名称
监测 时间
功能
区 目标 TN
水质单因子水质标识指数 高锰酸 TP 盐指数 BOD5 DO NH3 -N COD Cu
福建山仔水库 2002 年 Ⅰ 3 .22 3 .02 2 .41 1 .30 1 .20
北京官厅水库 2000 年 Ⅱ 4 .32
湖北隔河岩水库 2000 年 Ⅰ 2 .11 1 .50
1.50 1.00
湖北高坝洲水库 2005 年 Ⅱ 6 .24 3 .41
2 .00 1 .90 2.10 1.60
表 2 浮桥河水库 2005 年监测结果
mg L
监测 时间 丰水期
枯水期
监测 溶解 高锰酸 断面 氧 盐指数 COD BOD5
1 综合水质标识指数法评价内容
综合水质标识指数评价法分单因子水质标识指数和综合水 质标 识 指 数 两 步 进 行 。 评 价 标 准 为 地 表 水 环 境 质 量 标 准 (GB3 838 -2002)。
1 .1 单因子水质标识指数
单因子水质标识指数[2] P 由一位整数 、小数点后 2 位或 3 位
X1 .X2 计算公式为 :
X1 .X2 =(P1 + P2 + … +Pm)m
(4)
Pi = x1i .x2i
(5)
式中 m 为 参加综合水质评价的水质单项指标数目 ;x 1i .x2i 为单
因子水质标识指数的整数位和一位小数位 。
X3 是参与评价的水质指标中 , 劣于水环境功能区 目标的单 项指标数目 。如果 X3 =0, 说明所有参与评价的水质指标均达到 水环境功能区目标 ;如果 X3 =1, 说明参与综合水质评价的指标 中有一个指标不能达到功能区目标 ;如果 X3 =2 , 说明有两个指 标不能达到功能区目标 , 依此类推 。
氨氮
0 .38 0 .16 0 .14 0 .18 0 .17 0 .21 0 .46 0 .41 0 .33 0 .38 0 .40 0 .40
总氮 总磷 铜 氟 化物
1.056 0.164 0.002 0 .10 0.594 0.126 0.003 0 .10 0.730 0.124 0.002 0 .10 0.757 0.090 0.004 0 .08 0.544 0.091 0.002 0 .10 0.736 0.119 0.003 0 .10 0.681 0.073 0.004 0 .10 0.652 0.061 0.005 0 .15 0.609 0.050 0.004 0 .13 1.127 0.052 0.003 0 .08 0.524 0.061 0.003 0 .02 0.719 0.059 0.004 0 .10
丰水期总磷指数为 5 .23, “5” 表示总磷为 Ⅴ类 ,“ 2”表示值位 于 Ⅴ
类水区间中距下 限值 20%的位置 , “ 3” 表 示水 质监 测值 劣于 目
标值 3 个类别 。 从表 3 中知 道 , 在 丰水 期 , 总氮 、总磷 两项 指标
劣于目标值 , 分别为 Ⅲ 类和 Ⅴ类 , 比较指 数值发现 PTP 最 大 , PTN
DO I :10.16232/j .cnki .1001 -4179.2007.01.034 第 38 卷 第 1 期 20 07 年 1 月
文章编号 :1001 -4179(2007)01-0092 -03
人 民 长 江 Yangtze River
Vol.38 , No .1 Jan., 2007
溶解氧指标为 :
x 2 =(rk上 - r)(rk上 - rk下)×10
(2)
式中 r 为溶解氧实测质量浓度 ;rk上 为溶解氧第 k 类水区间质量
浓 度的上限值 ;rk下 为溶解氧第k 类水区间质量浓度的下限值 ;k
= x1 , x2 值按四舍五入取一位整数位 。
当水质劣于 Ⅴ 类水时 :
= x 1 -fi ;如果水质类别差于功能区类别且 x2 为零 , 则 x3 = x1
-fi-1 。fi 为水环境功能区类别 。由此可见 , 如果 x3 =1, 说明水质
类别劣于功能区 1 个类别 , 如果 x3 = 2, 说明水质 劣于功能区 2
个类别 , 依此类推 。需要说 明的是 :对劣 Ⅴ 类 水的情况 , 如 果水
1 7 .78 1 .2 5 1.0 2 7 .43 3 .5 12 2.4 3 7 .67 1 .8 6 1.3 4 7 .89 3 .9 11 2.1 5 8 .15 1 .5 6 1.1 平均值 7 .78 2 .4 8 1.6 1 9 .74 7 .2 35 5.0 2 9 .71 3 .2 9 1.0 3 9 .86 4 .8 18 2.2 4 9 .83 3 .0 11 1.5 5 9 .73 3 .5 14 3.0 平均值 9 .77 4 .3 17 2.5
2.90 2.70 2.00
福建山美水库 2002 年 Ⅱ 5 .63 3 .41 1 .90 1 .30 2 .90 2.30
河南香山水库 2005 年 Ⅱ 5 .43 4 .62
3 .11 2 .40 2.10 1.10
四川黑龙滩水库 1993 年 Ⅱ 4 .12 3 .91
2.10 1.20
水库水域有其自身的特点 , 水体更新速度远比河流 慢得多 , 稀释自净能力也相对较低 。 另外 , 水库多具有防洪 、灌溉 、发电 、 供水 、旅游和渔业等功能 。 因此 , 评价水库水质应当跟水库功能 相结合 。 目前 , 评价水库水质的方法一般有模糊数学法 、隶属度 法 、灰色建模法及层次 分析法 等 。 这些方 法都对 我国水 库水质 评价起到了 积极的作用 , 但 不能说 明水库 水质是 否达到 功能区 标准 , 也不能说明参与评价 的参数 中有几 个指标 不能达 到功能 区要求 。 综合水质标识指数法[ 1] 是一种全新的可以完整表达水 体综合水质信 息的评价 方法 , 它既能定性 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 能对水 体综合 水质做出合理的评价 。