城市建成区黑臭水体评价方法比较

顾 强，丁 磊

(华东师范大学生态与环境科学学院，上海 200241)

城市建成区黑臭水体评价方法比较

顾 强，丁 磊

(华东师范大学生态与环境科学学院，上海 200241)

对黑臭多因子加权指数模型、有机污染指数模型和中华人民共和国住房和城乡建设部提出的城市建成区黑臭水体评价方法(简称住建部的评价方法)3种城市建成区黑臭水体评价方法进行比较。结果表明：①对水体常规状态的评价，3种方法的黑臭水体评价结果均具有客观合理性；②黑臭多因子加权指数模型和有机污染指数模型均能客观评价泵站放江导致水体发生间歇性黑臭和污水直排导致水体长期重度黑臭的状态；③住建部的评价方法能客观评价水体的间歇性黑臭状态，但对水体长期重度黑臭状态的评价结果误差较大，与黑臭多因子加权指数模型和有机污染指数模型评价的结果相比，住建部的评价方法对水体的长期重度黑臭的评价偏轻。对3种黑臭水体方法对水体的间歇性黑臭和长期黑臭两种状态评价得出的黑臭指数进行相关性分析，均属中度相关，说明3种方法得出的评价结果具有相似性。

黑臭水体评价；评价方法；相关性分析；黑臭多因子加权指数模型；有机污染指数模型

随着城市土地的高度开发利用，下垫面的径流系数随之增高，城市河流成为城市污水和雨水的主要排泄场所而受到不同程度的污染，部分城市河流出现季节性或者常年性的黑臭现象[1-3]。如今，城市河流黑臭问题的治理已成为政府和学界关注的城市环境改善的重点和难点[4]。水体黑臭评价不仅可对河道的重污染起到预警作用，也可为城市污染河道的治理提供一定的技术支撑和理论依据。水体黑臭评价应用较多的评价方法有：有机污染指数模型[5]、多元线性回归模型[6]、黑臭多因子加权指数模型[7]和综合水质标识指数法[8]。1993年，方宇翘等[7]利用黑臭多因子加权指数模型对上海市苏州河进行评价，评价结果基本符合水体的客观情况；2002年，巢亚萍等[9]利用有机污染指数模型评价常州运河支流的黑臭情况，取得了较好的效果。上述4种城市水体黑臭评价方法在评价城市内河黑臭问题中起到积极的作用，但却没有明确提出针对水体何种黑臭类型，而且不能及时在现场取得评价结果，具有滞后性。水体黑臭评价方法至今没有统一的标准，2015年中华人民共和国住房和城乡建设部(以下简称住建部)提出的城市建成区黑臭水体评价方法(以下简称住建部的评价方法)，针对所有黑臭水体类型，应用广泛，而且可通过现场指标的检测直接评价水体黑臭情况，旨在为黑臭水体整治工作的开展起到积极的作用。

黑臭多因子加权指数模型、有机污染指数模型和住建部的评价方法，对水体的评价结果均有黑臭程度的分级，因此本文选取黑臭多因子加权指数模型和有机污染指数模型作为参考评价方法，选取上海市苏州河和上海浦东新区的常年生活污水直排导致的长期重度黑臭河流康花河为评价对象，探讨住建部的评价方法与参考评价方法的区别与联系。分别使用参考评价方法和住建部的评价方法对水体进行评价，并对评价的结果进行显著性检验和相关性分析，分析住建部的评价方法的客观合理性，旨在为黑臭水体整治工作的顺利进行提供理论支撑和针对性的建议。

1 水体黑臭评价方法

1.1 住建部的评价方法

2015年9月住建部编制了《城市黑臭水体整治工作指南》，明确提出了城市建成区内水体黑臭评价的指标和指标阈值以及评价原则，见表1。

表1 城市黑臭水体黑臭程度分级标准

注：* 水深小于25 cm时，透明度按水深的40%进行取值。

住建部的评价方法中，就检测点的评价而言，在某一检测点监测的4项指标中，其中一项指标检测的数据有60%以上或者两项指标的数据有30%以上达到重度黑臭，则这一检测点为重度黑臭，否则为轻度黑臭；就河流某一段区域的评价而言，连续3个监测点(每个监测点之间的距离在200～600 m)的评价结果为重度黑臭，则3个点之间的区域也为重度黑臭；就整个河流的评价而言，如果河流60%以上的检测点为重度黑臭，则整个河流为重度黑臭水体。

住建部的评价方法选取的因子基本是综合性指标，能较准确地反应黑臭水体的黑臭程度，此方法根据最差因子判别原则，选取因子中最差的因子作为评价指标，指标选取灵活，因地制宜，操作性强，可在现场快速得到评价结果，了解水体的黑臭情况，而且也指出了分点、区域和整体水体进行黑臭评价。然而针对城市黑臭水体分级，提出的监测数据百分比对时间标准和监测次数标准的界定模糊，选取的时间跨度不同，可能导致评价结果不同；在评价城市内河黑臭时，没有明确提出水体黑臭持续时间的跨度，对是冲击性污染导致的间歇性黑臭还是长期处于黑臭没有界定，因此进行评价时要重点考虑。

1.2 参考评价方法

黑臭多因子加权指数模型和有机污染指数模型均是根据上海地区的水质特征提出的评价方法。其中，黑臭多因子加权指数模型是对苏州河水质特点建立的关系式，针对性较强；有机污染指数模型是针对黄浦江建立的关系式，并与溶解氧指数法、黑臭指数法等其他黑臭评估方法进行有效性对比，得出较好的黑臭评估指标和方法。这两种方法对河道水体黑臭程度进行了分级。两种城市黑臭水体判别式及应用河流见表2。

表2 两种城市黑臭水体判别式及应用河流

2 数据的选取与处理

根据上述3种评价方法，所需要的水质数据有：温度(T)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氧化还原电位(ORP)、透明度。笔者选取了间歇性黑臭的水质数据、无黑臭的水质数据和长期黑臭水质数据，从3个方面探讨3种水体黑臭评价方法的合理性。

2.1 常规水体和间歇性黑臭状态水体的水质数据

苏州河经过3期环境综合整治工程，点源污染被逐步控制，苏州河水质状况改善明显，基本在Ⅴ类左右。但大量污水以及雨污混合污水排入苏州河，使苏州河水受到间歇性污染的冲击，出现水体间歇性黑臭现象。由于苏州河沿岸泵站检修率高、截流倍数低形成的雨天溢流等原因，导致沿岸市政泵站发生雨天放江、试车放江和检修放江，成为苏州河发生冲击性污染导致苏州河发生间歇性黑臭现象的主要原因[10]。为了更好评价水质实时动态变化，笔者选取苏州河武宁路桥断面2015年4月份一次放江时发生轻度黑臭现象的水质在线连续监测数据，同时选取了12月18日无放江事件发生的常规水质在线监测数据进一步验证。在线监测原始数据来源于上海市环境监测中心。

武宁监测站在线监测指标中没有COD、BOD5，通过整理统计手工实验数据，利用SPSS软件对各断面的水质相关性进行Pearson相关性分析(双侧检验)，武宁断面NH3-N与COD、BOD5相关性较好，相关系数分别为0.81、0.86。由此可计算苏州河武宁断面放江时的COD、BOD5的指标值。

2.2 长期重度黑臭水体数据

康花河位于上海市浦东新区锦绣路康花路交叉路口，该河道一侧紧邻居民区，另一侧靠近马路，河岸旁边居民种植蔬菜等植物，邻近有御桥垃圾处理厂，河段内设有排污口，污水未经处理直接排入河道。经实地观测和居民走访，了解到此河段水体长期处于重度黑臭状态。2015年10月16日、10月23日和10月30日在康花河采样3次。由于缺少CODMn指标，本文利用温灼如等[11]在评价河流黑臭中采用的ρ(BOD5)/ρ(CODMn)>1.3时即出现黑臭这一关系式计算康花河CODMn的质量浓度值。

3 结果与分析

利用参考评价方法和住建部的评价方法分别评价苏州河2015年武宁断面4月5日放江时产生的间歇性黑臭的水质数据、12月18日常规水质数据和康花河2015年10月3个断面进行3次采样的水质数据，对水体的评价结果为无黑臭时用“0”表示，为轻度黑臭时用“1”表示，为重度黑臭时用“2”表示。

黑臭多因子加权指数模型和有机污染综合指数模型是通过计算得出的数值(黑臭指数)来评价水体黑臭状况，住建部的评价方法是通过4个指标的实测值(黑臭指数)来评价水体黑臭状况，无法直接利用3种评价方法的黑臭指数进行分析，需利用公式对黑臭指数进行转化。在黑臭范围内，选取黑臭范围内的指标，对正相关指数(黑臭指数越小水质越好)采用公式(1)对黑臭指数进行转化，对负相关性指数(黑臭指数越大水质越坏)采用公式(2)对黑臭指数进行转化。黑臭多因子加权指数模型和有机污染综合指数模型得出的黑臭指数转化值的平均值(R标准)与住建部的评价方法得出的黑臭指数转化值(以下简称R住建部)做进一步分析。R标准与R住建部的显著性检验使用t检验法[12-13]，相关性分析[14]采用一元线性回归，通过计算相关系数(r)对标准方法和住建部的评价方法进行相关性检验。

正相关指数：

(1)

负相关性指数：

(2)

式中：R为黑臭指数转化值；I为黑臭指数；I上为轻度黑臭上限值；I下为轻度黑臭下限值。

3.1 常规水体评价结果

为全面验证黑臭多因子加权指数模型、有机污染综合指数模型和住建部提出的评价方法这3种黑臭水体评价方法的客观性，选取了武宁断面2015年12月18日水质较好的常规水质数据进行评价，评价结果显示，选取的参考评价方法与住建部的评价方法对常规水体的评价结果均为无黑臭。可见，针对常规的水体，上述3种方法均能准确评价出水体的客观状态。

3.2 间歇性黑臭水体评价结果

选取参考评价方法和住建部的评价方法对2015年4月5日苏州河武宁断面连续放江20 h水质数据的评价结果以及黑臭指数转化值平均值R标准和住建部黑臭评价方法得出的黑臭指数转化值R住建部之间的相对误差，见表3。

表3 上海市苏州河武宁路桥断面2015年4月5日放江时的水体黑臭评价结果

选取的参考评价方法对间歇性黑臭水体的水质数据评价结果中，轻度黑臭占100%，住建部的评价方法利用最差因子评价水体的黑臭状态，选取了最差因子DO指标评价的结果均为轻度黑臭状态，相对误差为0。在轻度黑臭程度上，R标准在0.42～0.71，R住建部在0.37～0.81，同一测次的总平均R标准为0.53、总平均R住建部为0.64，总相对误差为24.4%。综上分析，住建部的评价方法能准确评判出由放江产生的冲击性污染导致的间歇性轻度水体黑臭情况，但是在进一步评价轻度黑臭的程度上，住建部的评价方法的评价结果偏重，误差偏大。

3.3 长期重度黑臭水体评价结果

分析选取的参考评价方法和住建部的评价方法对康花河水体的评价结果，见表4。住建部的评价方法中的评价指标DO和ORP均在黑臭范围内，R验证值为RDO和RORP的平均值。

参考的评价方法评价结果中，重度黑臭占87.5%，轻度黑臭占12.5%；住建部的评价方法得出的结果均为轻度黑臭。由R值检验黑臭程度的一致性，可以看出相对误差均大于80%。可见，住建部的评价方法虽能评价出康花河处于黑臭状态，但评价结果均为轻度黑臭。对长期处于黑臭状态的水体，住建部的评价方法利用DO和ORP指标能快速得出评价结果，但是评价结果轻于水体的客观黑臭程度。

表4 上海市浦东新区康花河水体黑臭评价结果

3.4 黑臭指数显著性检验和相关性分析

对R标准和住建部提出的评价方法得出的RDO和RORP进行显著性检验，结果见表5。

表5 标准评价方法与住建部的评价方法评价结果的显著性检验

注：显著性水平均取值为0.01。

选取的参考评价方法对间歇性轻度黑臭水体和长期重度黑臭水体的评价结果与住建部的评价方法对这两种黑臭水体的评价结果在0.01水平上均存在显著性差异，说明选取的参考评价方法和住建部的评价方法对间歇性黑臭的评价结果在轻度黑臭程度上差别显著，对重度黑臭河流康花河的评价结果在黑臭程度上存在显著性差异。

选取的参考评价方法得出的R标准与住建部的评价方法得出的RDO、RORP进行相关性分析，见表6。

表6 住建部黑臭指数转化值与标准黑臭指数转化值的相关程度验证结果

通过相关系数的计算，在河流受到冲击性污染导致的间歇性黑臭时，R验证值与R标准中度相关，这可能是由于排水管道里的污水含有大量的COD、BOD5等营养物质，这些物质进入河流，其分解需要消耗大量的溶解氧，导致水体中溶解氧降低。在长期黑臭的河流中，若只以出现黑臭为标准，住建部的评价方法以DO为评价标准得出的RDO与选取的参考评价方法得出的R标准高度相关，原因可能是DO为水质重要指标，当其含量较低时，水体处于缺氧或者厌氧状态，水体就出现黑臭现象；住建部的评价方法得出的黑臭指数RORP与标准评价方法得出的R标准中度相关，由于氧化还原电位是综合性指标，与水体的营养物质含量有关，当水体有机物含量高时，其还原性能力较高，导致氧化还原电位降低。总体表明，进行水体黑臭评价时，DO和ORP是更能反映水体黑臭程度的指标。

4 结 论

黑臭多因子加权指数模型和有机物污染综合指数模型，能客观评价放江造成的冲击式污染导致的间歇性黑臭水体和受污水直排而产生的长期重度黑臭水体。但住建部的评价方法对冲击性污染导致的水体间歇性黑臭的评判在黑臭级别上有很高的准确度，在评价水体黑臭状态时可重点观测DO和ORP值。对水体不同类型的黑臭状态，住建部的评价方法的评价结果客观合理性强，可作为常规的黑臭评价方法。

致谢：感谢上海市环境监测中心在上海市苏州河武宁断面在线监测数据上提供的帮助和支持；感谢黄小雅同学在上海市浦东新区康花河采样实验过程中给予的帮助；感谢王玉和廖瑜欣同学在论文修改中提出的意见和建议。

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Comparative study on evaluation methods for black and odorous water in urban built-up area

GU Qiang, DING Lei

(SchoolofEcologicalandEnvironmentalSciences,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200241,China)

The organic pollution index model, the multi-factor weighting index model of black and odorous water, and the method for evaluating black and odorous water in urban districts put forward by the Ministry of Housing and Urban-Rural Development (MOHURD) of the People’s Republic of China were compared and analyzed. The results are as follows: (1) For the normal water bodies, all the three models had rational evaluation results. (2) Both the organic pollution index model and the multi-factor weighting index model could objectively evaluate the intermittent black-odor and the long-term severe black and smelly state of the water body caused by the sewage discharge without treatment. (3) The evaluation method proposed by the MOHURD could accurately evaluate the status of intermittent black and odorous water, but in terms of long-term black and odorous water, the results were relatively conservative, as all water samples were indicated as low black and odorous levels. The correlation analysis of the three evaluation models showed a moderately correlated relationship, indicating that the results of the three models were similar.

black and odorous water evaluation; evaluation method; correlation analysis; multi-factor weighting index model of black and odorous water; organic pollution index model

10.3880/j.issn.1004-6933.2017.04.011

上海市环保科研项目(沪环科2015-15，沪环科2015-11)

顾 强(1988—)，男，硕士研究生，主要从事城市水环境规划与管理研究。E-mail：525456812@qq.com

X52

A

1004-6933(2017)04-0070-05

2016-09-06 编辑：彭桃英)