水功能区水质达标评价方法分析

乔倩倩，许 鑫，骆素娜

（1.松辽流域水资源保护局，吉林 长春 130021；2.吉林省环境保护厅，吉林 长春 130033）

2011年底《全国重要江河湖泊水功能区划》（2011—2030年）获国务院批复，成为今后一段时期水资源开发利用和保护的主要依据。2012年，国务院发布《关于实行最严格水资源管理制度的意见》（国发〔2012〕3号），提出到 2015年，重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到60%以上；到2020年，重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到80%以上，城镇供水水源地水质全面达标；到2030年主要污染物入河湖总量控制在水功能区纳污能力范围之内，水功能区水质达标率提高到95%以上。由此不难看出，进行水功能区水质达标评价已经迫在眉睫，建立科学完善的水功能区水质达标评价体系意义重大。目前，在我国关于水质评价方法的探讨较多，得到学者和水质工作者关注和认可的方法主要有：单因子评价法、污染指数法、模糊数学法、层次分析法、灰色系统评价法、灰色关联法、水质标识指数法和BP人工神经网络法[1-2]。关于水功能区达标评价的方法暂未形成统一的体系，现有评价方法均按照SL395-2007《地表水资源质量评价技术规程》，采用平均值法或频次法。

1 水质评价方法比较分析

1.1 单因子评价法

其基本思想是：在所有参与水质评价的水质指标中，选择水质最差的单项指标所属类别作为评价对象的综合水质类别。目前，我国水质评价领域大多采用该方法进行评价，主要原因一是该方法简单明了，易于操作；二是从实行最严格水资源管理制度出发，该方法对于保障供水安全起到了一定的促进作用。虽然该方法的评价结论表现为过保护，但是在进行水功能区水质达标评价时，从逻辑角度来讲，这种方法较为合理。

1.2 污染指数法

也叫综合指数法，该方法以水功能区划为基础，其基本思想是：对某个水功能区，针对单项指标，将其实测值与该水功能区水质目标对应的标准值相比，形成单项污染指数；对所有参与综合水质评价的单项水质指标，将各指标的单项污染指标通过算数平均、加权平均、连乘及指数等各种数学方法得到一个综合指数，来评价综合水质[3-5]。该方法可以直观判断某个水功能区的综合污染程度，但多指标混合后，削弱了有毒有害等指标对水体影响严重的指标的重要性和权重，在水功能区水质达标评价中并不适用，也不能作为水功能区管理的参考依据。

1.3 模糊数学法、层次分析法、灰色系统评价法、灰色关联法

这四种方法都基于矩阵运算，得出综合水质对某类水质类别的隶属程度（关联度），最大隶属度（关联度）对应的水质类别即为综合水质类别。模糊数学评价法的基本思想是构造隶属函数和模糊关系矩阵；层次分析法的基本思想是构造基于递阶层次结构模型的判断矩阵；灰色系统评价法的基本思想是构造白化函数和灰色聚类矩阵；灰色关联法的基本思想是构造水体实测值和水质质量标准关系矩阵。由于基本思想和评价过程比较类似，这四种方法得出的水质评价结果较为接近，这一结论已得到学者验证，也证明这几种方法对水质综合评价的科学合理性[1,6]。

1.4 （综合）水质标识指数法

水质标识指数法是一种基于代数运算的水质连续性刻画评价方法，其基本思想是[7-8]：

式中：Pi为第i项评价指标的单因子水质指数；X1为第i项评价指标的评价类别；X2为监测数据在X1类水质变化区间中所处的位置。基于单因子水质指数，采用加权法计算出综合水质评价指数，通过判断水功能区达标情况，得出综合水质标识码，最终形成综合水质标识指数。最有结果由整数位和小数点后3位有效数字组成。

该方法解决了劣Ⅴ类水质的连续性描述问题，能够对水质进行科学合理的定性与定量评价。

1.5 人工神经网络法

人工神经网络法是基于样本训练的评价方法，在水质评价领域，最典型的方法是基于BP（Black propagation）网络的水质评价，其基本思想是：选定样本后通过不断的正向和反向反馈，对BP网络进行训练，直至得出满意的、与样本预期输出相符合的计算结果，再基于训练好的BP网络，对评价样本进行综合水质评价[1,9]。该方法经过大量的实测样品反复评价才可应用，具有相当高的精度与准确率。

2 水功能区水质达标评价方法分析

水功能区水质达标评价是评价水功能区的水质是否达到水功能区使用目的，是否以水功能区划为依据，对水功能区水质是否满足规划要求水质目标作出的评价。其评价结果分为达标或不达标，若水功能区水质评价结果达到或优于水功能区划中的水质目标，则为达标，否则为不达标。从某种程度上说，水功能区达标评价是水资源管理范畴的术语，不能反映水功能区的自然属性。当水功能区划进行水功能区的水质目标随着水功能区的功能发生变化，相应地，达标评价结果也会发生变化。

由于水功能区管理制度，因此目前针对水功能区评价方法的对比研究还在探索阶段，没有形成科学、合理的评价体系。目前，在水功能区的监督管理工作中，采用较多的是水质浓度加权法和评价结果加权法两种评价方法。

SL395-2007《地表水资源质量评价技术规程》对不同类型水功能区水质达标评价的条件从评价周期、监测频次等方面提出了具体要求。评价周期内监测次数达到6次，水功能区水质达标评价宜采用评价结果加权法进行评价。但是，现实工作中水质监测的基础薄弱影响，部分水功能区监测不到位，监测数据缺失，使得水功能区评价只能采用浓度加权法。

采用浓度加权法进行评价，容易导致排污企业在80%的评价期内按水质目标排污，但是在20%的评价期内，严重超标排放。这既不利于进行限制排污总量控制的制定，又为水资源保护和水污染防治工作埋下了安全隐患和工作盲点。

因此，不能单纯地评判浓度加权法与评价结果加权法那种方法更合理，建议现阶段采用二者同时评价，为水功能区监督管理提供较全面的依据。

3 水功能区达标率计算

水功能区水质达标率是根据水功能区设定的水质目标，对水功能区水质类别状况和湖库富营养化状况与目标的符合性进行评价。因此，水功能区达标率指标的内涵可以覆盖水功能区水质类别状况和湖库水功能区富营养化状况指标。

鉴于目前我国水资源监控能力覆盖度较低，尤其是北方河流多山区、受自然条件影响，未能实现常规监测，甚至很多水功能区无水质监测数据，这就导致计算某个行政区水功能区达标率时，出现个别水功能区无水质评价结果的情况。

以单个评价断面为例：

该公式中，无水质监测数据的月份不计入评价周期。笔者认为这种计算方式存在弊端，若为了实现达标率合格，将水质超标的数据扣除，视为无监测数据，将会使评价结果偏高，脱离监管范围。从督促相关部门加强水资源监控能力建设角度考虑，建议将“评价断面总监测次数”调整为“评价周期内最大监测次数”。如评价期为一年，按月评价，则评价周期内最大监测次数取“12”。

4 水功能区达标评价存在的问题

1）水功能区监督管理能力与现行水功能区水质达标评价标准不协调。

现行的水功能区评价相关技术规程和国家标准是以监测能力完备、技术人才保障、数据传输及时为前提的，然而目前水功能区的监督管理能力并未达到标准中的要求，导致现阶段的水功能区水质达标评价工作无法可依，众说纷纭。

2）特殊条件下的水功能达标评价方法缺失

目前，水功能区达标评价中有一些特殊情况是现有水功能区达标评价体系中不能解决的，存在诸如受天然背景值影响、上游来水超标严重、监测频次少以及左右岸缓冲区水功能区水质达标评价方法缺失等问题，这导致部分功能区达标评价工作无法进行，也为区域限制纳污指标考核带来阻力。

3）水功能区水质达标评价一概而论，过于单一。

既然水功能区是按照水域的适用功能划定的水质目标，对于不同功能的水功能区理应按照不同的使用功能，采取与之相对应的技术评价方法。例如：对于以饮用水为主导功能的水功能区和以景观用水为主导功能的水功能区在水质评价过程中，二者的评价指标、达标率要求应该分别规定。

4）水功能区划管理目标单一。目前的水功能区划体系仅从水功能区的起止断面、长度、用途、水质目标等方面做出规定，尚处于水功能区管理的初级阶段。其他关键性指标，如流量、水位、流速、泥沙及生态保护方面的基本指标均空缺，不利于更好地衡量水功能区水体是否正常发挥作用[10]。水功能区达标评价应是融合了用水总量、开发利用率、水质达标率三方面相关指标的综合体系，可称之为水功能区达标评价体系。

5 建议

1）加强水功能区水质监测监控能力建设。为实现“水质、水量并重”打下坚实的基础。

2）加大理论创新的投入。做好特殊条件下水功能区的基础调研，开展专题研究，为相关技术标准的修订，完善水功能区水质达标评价体系提供理论依据和方法。

3）因地制宜，根据流域的自然条件建立水功能区水质达标评价体系。

4）建立水功能区水质评价系统。运用计算机科学技术，将科学合理但计算过于复杂的水质评价方法和水功能区达标评价方法转化为操作简单、便于广泛推广的软件操作，实现水质监测数据到评价结果的一键转换。为水功能区日常监督管理提供更为便捷的手段。

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［3］刘硕，朱建平，蒋火华.对几种环境质量综合指数评价方法的探讨［J］.中国环境监测，2003，15（5）：33～37.

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