沁河晋城段水质综合评价对比及变化趋势分析

乔 俊，李志芬，张海军，张素芳∗

（1.山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同037009;2.黑龙江省环境工程评估中心，黑龙江哈尔滨150001）

沁河晋城段水质综合评价对比及变化趋势分析

乔 俊1，李志芬1，张海军2，张素芳1∗

（1.山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同037009;2.黑龙江省环境工程评估中心，黑龙江哈尔滨150001）

研究以沁河晋城段4个断面水质为目标，采用综合水质标识指数法、最近邻法和灰色关联分析法对其在2006-2010年间的水质进行了综合评价对比分析。结果表明，氨氮和总氮在沁河晋城段超标频次较高，超标程度较深，是影响沁河水质的主要污染物。最近邻法和灰色关联分析法的评价结果基本上与综合水质标识指数法保持一致。同时应用Speraman秩相关系数法对沁河晋城段4个断面在近5年间的水质变化趋势进行探究，分析结果表明润城断面水质明显好转，其他3个断面水质在5年间变化不大。

水质评价；水质变化趋势；沁河

随着我国经济的快速增长和城市化水平的不断提升，给水资源带来了极大的压力，水生态系统也遭受到了破坏和污染。2014年的《中国环境状况公报》中报道，全国423条主要河流、62个重点湖泊（水库）的968个国控地表水监测断面中，IV类水质断面比例高达20.9%，劣于IV的水质断面（含V类和劣V类水质断面）比例为16%，两者合计占36.9%，地表水质状况依然有待改善[1]。水体污染会给水体的生态带来危害，也给生活在其中的水生生物和周边环境带来严重的污染，从而给人类和社会的健康发展产生消极影响。因此，定期监测水质情况、合理评价地表水水质，可为防治地表水污染提供线索和依据，具有重要的价值和意义。

沁河是晋城第一大河流，也是晋城的母亲河，发源于山西省沁源县西北太岳山东麓，向南流经安泽、沁水、阳城、泽州县，最后流入河南省济源县。沁河全长约485 km，流域面积约1.35万km2，在晋城市内长约160 km，流域面积0.46万km2。作为晋城市内的主要淡水来源，沁河水质的优劣直接关系到晋城市各个地方的工农业生产生活、人民群众的饮水安全、还有社会经济的可持续发展。本研究采用3种方法对沁河晋城段2006-2010年的水质进行评价对比分析，此外还分析了5年间的沁河水质变化趋势，为该流域的水环境防治提供依据。

1 水质监测资料和方法

1.1 沁河水质监测资料的来源

本文选取沁河晋城段的4个水质监测断面：郑庄、曲堤、润城和拴驴泉的水质监测数据进行分析。4个断面在2006-2010年间的水质监测数据来源于晋城市环保监测站。水质指标选定为溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮和五日生化需氧量（BOD5）共5项，利用各指标数据的年均值进行地表水质综合评价对比分析和水质变化趋势分析。

1.2 沁河水质的评价方法

水质综合评价方法常用的有综合水质标识指数法[2-4]，模糊评价法[5-6]，层次分析法[7-8]，最近邻法[9]，神经网络法[10]和灰色关联分析法[11-12]等。其中综合水质标识指数法应用较方便，可对河流的综合水质进行定性、定量评价[2-3]，此外最近邻法和灰色关联分析法也属于较为简便、易用的方法。沁河晋城段4个水质监测断面在2006-2010年间的水质状况采用综合水质标识指数法进行综合评价，在此基础上研究还采用了最近邻法和灰色关联分析法对2010的水质进行对比评价分析。

综合水质标识指数法应用时要先确定单因子水质标识指数P，再由单因子水质标识指数P为基础确定某断面的综合水质标识指数I：

P及I的各项组成含义及具体的计算方法详见徐祖信等的研究[2-3]，总的来讲，I数值越大，说明水质越差。

最近邻法是一种基于实例的分类法，该方法的宗旨是：对于一待评价的河流样本，计算该样本与每一类水质之间的距离di，与其距离最近的一类（即最小di值）就判为该样本的水质类别[9]。

灰色关联分析法是对一个系统发展变化态势的定量描述方法。应用时先需要确定参考数列（母数列）与若干比较数列（子数列）之间的关联系数和关联度r，将关联度r进行排序，找到最大的关联度值从而判断水质类别[11-12]。

1.3 沁河水质变化趋势评价方法

本研究采用国家环保部的《地表水环境质量评价办法》中推荐的Spearman秩相关系数法对沁河晋城段的4个断面水质变化趋势进行分析，根据计算结果可判断在评价时间段内地表水水质变化趋势[13]。

2 结果和讨论

2.1 沁河晋城段各断面水质评价

沁河晋城段在2006-2010年间各断面的单因子水质标识指数评价结果见表1。

表1 2006-2010年沁河晋城段各断面单因子水质标识指数评价结果

结合各断面的水质功能区划类别，4个断面中只有润城断面的水质在2006-2008年间存在不达标的情况，2009年水质达标，2010年时又存在超标现象。润城断面超标的水质指标具体为氨氮和总氮，说明该断面的主要污染物为氨氮和总氮。其余3个断面都能够满足其对应的水质功能区划类别，总体而言沁河水质情况较好。

影响水质的主要污染因子一般可借助单因子水质标识指数法快速锁定，但在对水质进行综合评价时，应考虑各种污染因子的共同影响从而能够较为科学、合理的确定水质的类别。沁河晋城段各断面水质的综合水质标识指数在表2中列出。结合各断面的水质功能区划类别，沁河晋城段的润城断面仅在2006年为IV类水，没达到其功能区划类别标准（III类）。其余所有断面在各个年份的水质都能满足各自相应的功能区划类别标准。在2010年，润城断面在沁河晋城段的4个断面中综合水质标识指数数值最高（数值为2.600）。

为比较几种不同的水质综合评价方法的差异，研究采用了最近邻法和灰色关联分析法对2010年沁河晋城段各断面的水质进行综合评价，见表3和表4。

表2 2006-2010年沁河晋城段各断面综合水质标识指数水质评价结果

表3 2010年沁河晋城段各断面最近邻法水质评价结果

表4 2010年沁河晋城段各断面灰色关联分析法水质评价结果

将表3和表4的结果与综合水质标识指数法给出的结果（表2）进行对比后可以发现，总体而言3种方法给出的结果基本一致，其中最近邻法与综合水质标识指数法分析结果没有差异，而灰色关联分析法在对润城断面进行综合水质评价时给出的结果是III类水，前2种方法给出的结果均为II类水。这说明灰色关联分析法比起其他2种方法较为严格，在对水质相对较差的润城断面进行水质综合评价时，给出的评价结果较为严格。总之，3种方法在应对水质综合评价时都较为准确、可信，其中综合水质标识指数法计算过程较简便，且可对劣V类水质也能进行定量评价，能够适应多种水质评价情景[14-15]。

2.2 沁河晋城段各断面水质变化趋势

除了关注水质现状外，对较长时期内的水质监测数据进行分析，观察其水质变化趋势，能够检验现行的地表水污染管理方式、防治措施是否发挥作用，是否达到预期的效果[4]。基于此，水质变化趋势分析对于制定更为合理、有效的地表水防治方法显得尤为重要。

2006-2010年间沁河晋城段各断面水质连续变化趋势分析结果在表5给出。沁河晋城段的郑庄、曲堤和拴驴泉3个断面|rs|＜W0.05（0.9），说明这些断面的水质在这5年间水质比较稳定，无明显变化趋势。润城断面|rs|＞W0.05（0.9），说明这个断面的水质在这5年间显著好转。

表5 2006-2010年沁河晋城段各断面水质变化趋势分析

3 结论

1）沁河晋城段影响地表水水质的主要指标为总氮和氨氮，尤其在润城断面表现较为突出。

2）采用综合水质标识指数法对沁河晋城段4个断面水质进行评价后发现，沁河晋城段的润城断面仅在2006年为IV类水，没达到其功能区划类别标准；其余所有断面在2006-2010年间的水质都能满足各自相应的功能区划类别要求。

3）最近邻法、灰色关联分析法和综合水质标识指数法均能对地表水质进行准确的综合评价，其中灰色关联分析法的评价结果较为严格。

4）在2006-2010年间，沁河晋城段4个断面中润城断面的水质呈明显好转趋势，其它3个断面水质在这期间变化平稳。

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Comparative Study on Water Quality Comprehensive Assessment and Variation Trend Analysis of Qinhe River’s Jincheng Section

QIAO Jun1,LI Zhi-fen1,ZHANG Hai-jun2,ZHANG Su-fang1*
(1.College of Chemistry and Environment Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009;2.Heilongjiang Provincial Assessment Center for Environmental Engineering,Harbin Heilongjiang,150001)

This study used comprehensive water quality identification index method,the neighbor algorithm and Grey relational analysis method to comparatively evaluate the water quality of Jincheng section of Qinhe River based on the observation data of four river segments during 2006-2010.The results showed that the ammonia nitrogen and total nitrogen were the main pollutants in Qinhe River’s Jincheng section due to their high frequency and degree over the standard.The nearest neighbor algorithm and Grey relational analysis method of the evaluation results are basically consistent with the comprehensive water quality identification index method.At the same time,the Speraman rank correlation coefficient method was applied to analyze the water quality variation trend of the four segments during the past 5 years.The result showed that the water quality of Runcheng segment was improved intensively.However,the water quality of the three other segments was stable during the past 5 years.

water quality assessment;water quality variation trend;Qinhe River

X522

A

1674-0874(2016)01-0041-04

2015-11-15

乔俊(1983-)，男，山西大同人，博士，研究方向：环境化学，污染防治技术；∗张素芳，女，副教授，通信作者。

〔责任编辑 杨德兵〕