仪征市地表水水质现状分析

裴习军 曹松宝 赵国彬

(仪征市水利工程总队， 江苏 仪征 211400)

仪征市地表水水质现状分析

裴习军 曹松宝 赵国彬

(仪征市水利工程总队， 江苏 仪征 211400)

本文利用水质采样、指标测试、统计分析、模糊逻辑以及GIS等技术对仪征市的地表水水质现状进行了分析。共收集仪征市17个采样点的204个样品，并对其进行指标测试，得到各水质指标的浓度及统计特征值。采用模糊逻辑法对各样点的水质状况进行量化，并结合GIS技术得到研究区域内地表水水质的分布情况。

仪征市； 地表水； 水质采样； 模糊逻辑

1 概 述

水质与水环境恶化问题已成为我国社会、经济发展的主要制约因素之一，其相关研究得到了越来越广泛的关注。水质评价是饮用水源地选址、工农业发展规划以及环境风险控制的基础，也是解决水质问题的关键，因此具有十分重要的应用意义。然而，目前的相关研究在三个方面存在不足：ⓐ大多数研究对象为某一流域或河流而不是某一行政区划或地区；ⓑ研究所得到的大多为定性结论而非明确的定量结论；ⓒ很少有研究分析了水质状况的空间分布情况。

针对以上三点不足，本文选择仪征市为研究区域，利用水质采样、指标测试、统计分析法得到17个采样点204个地表水样品的水质指标及统计特征值，应用模糊逻辑法将水质评价定性结论转变为定量结论，并采用GIS技术得到研究区间内的地表水水质现状分布地图。为水质评价领域的研究与分析提供了补充方法，为研究区域内的水质保护与治理提供了科学依据。

2 研究区域与方法

研究区域为仪征市(见图1)，其隶属于江苏省扬州市，位于扬州市西部，属于亚热带湿润气候区，降雨充沛，季风特征明显。总面积901km2，总人口61万，是长江中下游地区重要的石油化学工业城市。如图1中圆点所示，共选择研究区域内的17个采样点进行地表水采样，所选采样点基本包括仪征市最重要的地表水区域，包括长江、仪扬河、龙河、胥浦河、鸭嘴桥水库、风岭水库、塔山水库等。2015年1—12月期间，每月在各采样点取样1次，共收集样品204个。对所收集样品进行物理化学测试，得到总硬度、生化需氧量、化学耗氧量、溶解氧、氨氮、悬浮物、氟化物、总氮、总磷、高锰酸盐等代表水质状况的指标。

图1 研究范围及地表水采样位置

数据的统计分析采用FORTRAN语言编程法，所编写的程序可以对所有参数进行汇总，计算其平均值、中间值、最大值、最小值以及正态分布规律等统计特性，其中最重要的是75%概率范围，该范围相较于平均值或中间值更能表达研究区域内的水质水平。

在传统的水质评价工作中，主要通过我国的《地表水环境质量标准》和《地表水资源质量标准》等规范对水质情况进行分级，但这种分级结论属于定性结论，其反映实际情况的能力有限。因此采用模糊逻辑法对评价结果进行量化。这两种表达方式的主要区别在于前者只能表达二项元(例如“是”或者“否“)，其普通的量化结果只能是0(代表“否”)或者1(代表“是”)，而后者则可以表达连续区间，其量化结果介于0与1之间。例如,前者只能表达某样品水质是否属于水质标准Ⅱ类，但后者却可以表达该水质属于水质标准Ⅱ类的程度，因此后者可实现水质表达的完整量化过程。

在以往的地表水水质分析中，很少分析某一区域的水质空间分布情况，主要因为地表水在某一研究区域中不连续，即研究区域内还有农田、城市以及山林等非水体，而且所得采样点的水质为定性结果。本文将采样点水质标准量化后，则可以基于这些样点的水质指数通过空间插值法得到整个研究内的水质空间分布情况。所采用的GIS平台为ArcGIS，所采用的空间插值法为Kring法。所得结果中非水体处结果并无实际意义，但却有助于分析水质的空间分布趋势及某一小区域的水质水平。

3 结果与分析

水质指标的测试结果表明：仪征市地表水的主要水质参数有总硬度、溶解氧、生化需氧量、化学耗氧量、氨氮、悬浮物、氟化物、总氮、总磷以及高锰酸盐10项，而其他参数的浓度则可忽略不计。这些主要参数的统计结果如图2所示。由于各参数浓度差异较大，因此采用对数表格，从而可在一张图中显示所有参数值。图2中下端横线表示各样品中的最低值，例如，总硬度的最低值约为85mg/L；上端横线表示各样品中的最大值，例如，总硬度的最大值约为185mg/L；方块范围表达的为75%概率范围，例如，在所有样品中75%样品的总硬度值介于103mg/L和148mg/L之间，方块中的横线代表中间值，例如，总硬度值的中间值为110mg/L，当该横线居中时可认为各样品中的水质状况呈正态分布趋势。图2中氨氮量和总磷量的图形不完整，其主要原因是这两者的中间值、75%概率范围低值以及最小值都低于0.1mg/L，因此几乎可以忽略不计。

图2 水质参数值及统计特性

将图2数据与《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行比较，说明仪征市地表水按水域环境功能和保护目标划分，可被认为是水质Ⅲ类，即适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及旅游区。

然而，各采样点的水质情况不尽相同，为更精确地表达出仪征市各地区的水质现状，需对各水质参数进行模糊逻辑处理。根据闫晓惠等人提出的模糊逻辑在水利工程环境评价中的应用方法，对不同的选项进行比较，选择出最适合水质评价模糊逻辑化方案。其最终步骤如下：ⓐ对各水质参数定义论域，选用经验最低浓度值为论域最低值、经验最高浓度为论域最高值；ⓑ选择模糊逻辑隶属方程，其中高斯式方程最为适合；ⓒ定义输出量，在水质评价中可定义为水质指数，认为该值越大水质越好，反之亦然；ⓓ建立计算规则，经检验，其中最常用的“IF-THEN”规则完全适用于水质评价，其基本规则为“浓度越高水质越差”；ⓔ去模糊化，这里可将输出结果即水质指数值定义为介于0与1之间的数值。基于以上量化结果，利用ArcGIS平台及Kring空间插值法，得到仪征市的地表水水质现状分布地图，如图3所示。

图3 仪征市地表水水质现状分布情况

在图3中，水质指数值越小表明污染指标浓度越高、水质越差，反之亦然。当某一点的水质指数值低于0.2时，说明该处水体污染严重；当大于0.2而小于0.5时，说明该处水体受污染，但污染程度较轻；当该值大于0.5而小于0.7时，说明该处水体基本符合饮用标准；当该值大于0.7时，说明该处水体水质较好。仪征市各处水质指数均大于0.75，因此水质合格。总体而言，仪征市水质中部地区好于南部和北部地区，农村地区好于城市地区。枣林水库、塔山水库以及龙河流域水质指数甚至高于0.95，说明这些区域的水质非常优异，最适合作为优质饮水水源。而仪扬河、胥浦河以及风岭水库的水质指数为0.8左右，相对其他地区较低，应加强这些区域的水质污染源排查并加强水质污染防治。

4 结 语

在仪征市17采样点采集样品204个，并进行物理化学检测，得到各水质指标参数的浓度值。将各水质指标与水质标准规范进行比较并应用模糊逻辑法进行量化分析，再利用GIS技术得到研究区域内的水质现状空间分布地图，并为该地区的饮水水源选址及水污染防治重点提出建议。本文主要结论为：ⓐ仪征市地表水水质较好，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)可将其划为Ⅲ类水质；ⓑ总体而言，仪征市水质中部地区好于南部和北部地区，农村地区好于城市地区；ⓒ枣林水库、塔山水库以及龙河流域水质非常优异，最适合作为饮水水源；ⓓ仪扬河、胥浦河流域以及风岭水库的水质指数相对较低，应加强这些区域的水质污染源排查并加强水质污染防治。

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Analysis on Yizheng surface water quality present situation

PEI Xijun, CAO Songbao, ZHAO Guobin

(Yizheng Water Conservancy Engineering Team, Jiangsu 211400, China)

In the paper, water quality sampling, index testing, statistical analysis, fuzzy logics, GIS and other technology are utilized to analyze surface water quality present situation in Yizheng. 204 samples in 17 sampling points in Yizheng are collected totally. Indexes are tested for obtaining concentration and statistic characteristic values of all water quality indexes. Fuzzy logic method is adopted to quantify the water quality situation of every sampling point. GIS technology is combined to get the distribution condition of surface water quality in the study area.

Yizheng; surface water; water quality sampling; fuzzy logic

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.007

TV213.9

B

2096- 0131(2016)06- 0021- 03