不同水质评价方法在城市河道水质评价中的应用比较

陈 辉，顾建辉，李治源

（1.苏州市轨道交通集团有限公司，江苏 苏州 215004；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

不同水质评价方法在城市河道水质评价中的应用比较

陈 辉1，顾建辉2，李治源2

（1.苏州市轨道交通集团有限公司，江苏 苏州 215004；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215009）

为研究城市建设项目施工对城市河道水质的影响，选出科学合理的河流水质评价方法，文章选用单因子评价法、综合污染指数法、模糊综合评价法、灰色关联分析法、综合水质标识指数法对受城市建设项目施工影响的河道断面进行水质评价。对比评价结果发现，施工前河流水质多为Ⅳ和Ⅴ类，施工后水质略有变差。其中，综合水质标识指数法能对水质进行定性和定量的评价，客观准确地区分同一类别水体，细化比较不同水体，对同一河流断面施工前后的评价结果进行纵向比较,对不同河流断面的评价结果进行横向比较，且评价结果直观明了，操作简便。因此，5种河流水质评价方法中，综合水质标识指数法是本研究的最佳选择。

河流水质评价；评价方法；综合水质标识指数法；城市建设项目施工

随着城市化进程的加剧，城市建设项目日益增多，城市建设项目施工不可避免的会对周围的水环境造成一定的影响[1-3]，为研究具体的影响情况，必须对施工前后的河流水质进行长期监测，而如何评价河流水质是第一步工作，是水环境管理的重要基础，选用科学合理的方法进行评价，才能制定出有针对性的整治规划和措施。

目前，国内采用的水质评价方法主要有单因子评价法[4]、指数评价法[5]、模糊评价法[6]、灰色评价法[7]、人工神经网络法[8]、综合污染标识指数法[9]等。文中选用单因子评价法、综合污染指数法、模糊综合评价法、灰色关联分析法、综合水质标识指数法对城市建设项目施工前后的7个河流断面水质水质进行评价，综合分析评价结果，为施工前后河流水质评价方法的选取提供参考，并为施工后的水环境补偿措施提供依据。

1 选用的评价方法简介

1.1 单因子评价法

单因子评价法是《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中规定的评价方法，其基本思想是：将各评价指标的监测值与评价标准相比，根据对比结果判定各评价指标的水质类别，以最差的水质类别作为该水体的评价结果[10-11]。其计算公式如下：G=max（Gi），Gi为第i项评价指标的水质类别。

1.2 综合污染指数法

1.3 模糊综合评价法

1.4 灰色关联分析法

灰色关联分析方法，是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度，亦即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法。在进行河流水质评价时，选择水体实测值作为参考数列，地表水的分级标准为比较数列，这样对于参考数列，所求出的五个关联度中最大关联度所对应比较数列的级别，就是待评价水体所对应的水质分类标准。灰色关联分析法的计算步骤如下[18-19]：（1）确定比较数列xi（k）={xi（1），xi（2），…，xi（n）}和参考数列yi（k）={yi（1），yi（2），…，yi（n）}，xi（k）表示 i级水质标准中第 k项评价指标的取值，yi（k）表示第 j个水体样本中第k项评价指标的实测值；（2）数列归一化，为保证各因素具有同序性和等效性，需对原始数据进行归一化和无量纲化，得数列求差数列；（4）求关联系数，其中，ρ取 0.5；（5）求关联度（6）关联度排序。在计算出的关联度矩阵中找出每行的最大者，即可确定该监测断面水体所属的水质等级。

1.5 综合水质标识指数法

综合水质标识指数由整数位和小数点后3～4位有效数字组成，其表达式为Iwq=X1·X2·X3·X4，X1为河流的综合水质等级；X2为水质在该类水质变化区间中的位置；X3为参与水质评价的水质指标中，劣于水环境功能区目标的水质指标个数；X4为综合水质等级与水体功能区等级的比较结果[20]。

表 1 基于综合水质标识指数的综合水质判定

2 应用实例

为研究苏州轨道交通3号线施工断河对周围河流水环境的影响，不仅需要对同一河流断面施工前后的水质进行比较，还需要对施工周围不同河流断面的水质进行比较，文章通过5种常见河流水质评价方法的研究比较，选出一种适合本研究的水质评价方法。研究选取4个施工站点（衡山路站、沧浪新城站、宝带西路站、群星二路站）所影响的7条河流（环山河、一号河、吴宫港、九曲港、中心河、四号河、通园河）作为监测对象，每条河流各设置1个监测断面，监测区域范围涉及苏州的高新区、姑苏区、吴中区、工业园区，使样本更具代表性，见图1。本研究所采用的水质数据为这7个断面2015年1～3月 （未施工前），2015年4～6月（施工后）的平均监测数据，选取溶解氧、化学需氧量、5日生化需氧量、氨氮、总磷5项评价指标。

图 1 施工站点和监测断面的位置

3 评价结果与分析

3.1 五种评价方法的综合比较

3.1.1 单因子评价法 单因子评价法根据各评价指标的水质类别，选取最差的水质类别作为该水体的评价结果，评价结果显示除了一号河施工前为Ⅳ类水，其他河流施工前后水质级别都为Ⅴ类，相对于其他4种评价方法过于悲观，而且未考虑各评价指标之间的联系，不能客观反映水体的综合水质情况。

3.1.2 综合污染指数法 综合污染指数法评价结果显示水质最差断面为环山河，一号河水质相对较好，与其他几种评价方法的评价结果和趋势基本一致。由评价结果可知，综合污染指数法在进行水质综合评价时，其值越大水质越差，但数值大小只能反映水体的相对污染程度，无法对断面水质类别进行定性判断。水质综合评价定量值变化较大，这是因为当某个评价指标过量超标时，对评价结果的影响比较大。如环山河施工前后的评价结果分别为30.98和31.98，主要是因为NH3-N过量超标导致的。

3.1.3 模糊综合评价法 模糊综合评价法考虑了水环境系统中的不确定性和模糊性，并对参与综合评价的水质指标赋予相应的权重。模糊综合评价法的评价结果相对于单因子评价法较好，相对于灰色关联分析法和综合水质标识指数法略差，这是因为对评价指标赋予权重后，超标的评价指标对水质等级的决定程度较大。结合综合评价结果看，该法存在水质级别判断不准的情况。如施工前中心河断面的评价结果B={0.003 2，0.138 1，0.169 3，0.340 4，0.349 0}，水质综合评价结果对Ⅳ类和Ⅴ类的隶属度几乎一样，这样会丢失较多有用信息。该法计算过程繁琐，不便于大量数据的处理。

3.1.4 灰色关联分析法 灰色关联分析法的水质类别评价结果除个别点外（施工后的吴宫港断面）和综合水质标识指数法完全一致，由图2可知，两种方法的评价结果趋势基本一致。灰色关联分析法和模糊综合评价法一样也存在水质类别判断不准的情况，如施工前四号河的评价结果Rj6={0.52，0.66，0.65，0.68，0.60}。在区分同一类别的水体时，模糊综合评价法根据隶属度的大小（如九曲港断面水质施工前对Ⅴ类的隶属度为0.77，施工后为0.91）来比较同类别的水体，灰色关联分析法根据关联度的大小（如吴宫港断面水质施工前和Ⅳ类的关联度为0.74，施工后为0.78）来比较同类别的水体。但这种区分同一类别水体的方法不直观明了，且只能对同一河流断面施工前后的水质进行比较分析，不同河流断面之间没有可比性。

3.1.5 综合水质标识指数法 根据综合评价结果表2可知，当参与综合评价的指标水质为劣Ⅴ类时，灰色关联分析法和模糊综合分析法的评价结果一律为Ⅴ类，不能对劣Ⅴ类水的细化比较。综合水质标识指数法以单因子指数法为基础，解决了水质连续性描述问题，可以对劣Ⅴ类水进行合理的评价，评价结果更为接近水质的真实情况。综合水质标识指数法能对河流水质进行定性和定量的评价，也能客观准确的区分同一类别水体，而且同一河流断面施工前后的评价结果能进行纵向比较（如吴宫港施工前后的评价结果分别为4.4和5.2，施工后水质变差），不同河流断面的评价结果也能进行横向比较（如施工前环山河和通园河的评价结果分别为8.1和5.7，相比较而言环山河水质较差）。评价结果直观明了，操作简便。

图 2 5种河流水质评价方法的评价结果

表 2 5种河流水质评价方法的评价结果汇总

根据上述比较分析，将5种河流水质评价方法的特征进行归纳，结果见表3。

表 3 5种河流水质评价方法的特征

3.2 施工前后综合比较

从表2和图2中各种方法的评价结果来看，各河流断面的水质都有所变差。单因子评价法施工前后的评价结果除一号河外没有变化，都是Ⅳ类水，因此这种评价方法的评价结果很难反映出施工前后的水质变化情况；综合污染指数法能通过评价结果直观的看出施工前后水质的变化情况，但不能给出施工前后水质等级的变化；模糊综合评价法和灰色关联分析法能通过水质级别看出水质的变化情况，但当施工前后水质都为同一类水时，对比起来不够直观，不适合大量数据的比较分析；综合水质标识指数法能通过定性和定量两个方面对同一河流断面施工前后的水质作出全面的评价，不同的河流断面之间也能进行对比分析，评价结果直观明了，易于分析，见图3。施工前后，环山河和通园河的水质变化不大，主要因为环山河周围河流众多，施工并未阻止环山河与外界水系的沟通，通园河断面施工处增加了涵管，左右水系仍有沟通，因此轨道交通施工对这两条河流水质的影响不显著。

图 3 施工前后水质评价结果对比

4 结语

河流水质评价方法众多，每种评价方法各有特色，适用条件也有所差异，评价时应根据水体的实际情况来选择最佳的评价方法。基于此，文中选用单因子评价法、综合污染指数法、模糊综合评价法、灰色关联分析法、综合水质标识指数法对城市建设项目施工断河前后的7个河流断面进行水质评价。单因子评价法评价方式简单，但评价结果很难反映施工前后的水质变化情况；综合污染指数法能通过评价结果直观的看出施工前后水质的变化情况，但不能给出施工前后水质等级的变化；模糊综合评价法和灰色关联分析法能通过水质级别看出水质的变化情况，但当施工前后水质都为同一类水时，对比起来不够直观，不适合大量数据的比较分析；相比之下，综合水质标识指数法能对水质进行定性和定量的评价，客观准确地区分同一类别水体，能对劣Ⅴ类水进行细化比较，同一河流断面施工前后的评价结果能进行纵向比较，不同河流断面的评价结果也能进行横向比较，且评价结果直观明了，操作简便。

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Comparison of application of different water quality evaluation methods in urban river water quality assessment

CHEN Hui1,GU Jianhui2,LI Zhiyuan2

（1.Suzhou Rail Transportation Group Co.,Ltd,Suzhou 215004,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China)

In order to study the influence of the construction of urban construction projects on the water quality of urban river and select the scientific and reasonable method for the river water quality assessment,different methods such as the single factor evaluation,the comprehensive pollution index,the fuzzy comprehensive evaluation,the grey correlation analysis and the comprehensive water quality identification index were used to assess the water quality of typical section of the river influenced by the construction of urban construction projects. Comparative evaluation results show that river water quality mostly belongs to IV and V before construction and deteriorates slightly after construction.Among the methods,the comprehensive water quality identification index can be used for qualitative and quantitative evaluation of water quality,distinguishes the same type of water body objectively and accurately,and compares in detail different kinds of water,making longitudinal comparison of evaluation results before and after construction of the same river section and horizontal comparison of the evaluation results of different river sections.The evaluation results are intuitive and clear,and the evaluation is easy to operate.Therefore,the comprehensive water quality identification index method is the best choice in the five kinds of evaluations on river water quality in this study.

river water quality evaluation;evaluation method;comprehensive water quality identification index method;construction of urban construction projects

X824

A

2096-3270（2017）01-0042-05

（责任编辑：经朝明）

2016-10-31

江苏省水利科技项目（2014060）；苏州市水利科技项目（SZZG06YJ1030010）

陈 辉（1984-），男，陕西蒲城人，中级工程师，硕士。