柳河流域阜新段水质评价

赵雁红

(辽宁省阜新市水文局，辽宁 阜新123000)

0 引 言

在水资源管理和水环境保护中对河湖的水环境的科学评价十分必要，通过科学分析水质状况可为推动流域水资源保护、有针对性的制定河湖水环境管理决策以及准确诊断河湖水质状况等提供科学的指导[1]。将水系统功能和水环境目标依据相关规范划分为不同的5个等级，对不同水质类别下24项基本项目的浓度边界给出了相应的规定。针对我国主要湖泊、河流的水质状况，许多学者自20世纪中期就开展了水质评价研究，如岳霞等研究认为全国七大水系均存在不同程度的污染现象，局部水域的污染治理取得一定的成效；郭蓉等[3]提出水质评价中综合评价和单因子指数法应用较为普遍，该方法能够直观的反映评价标准与水质状况之间的关系，具有原理清晰、简单明了等优点；刘荣荣等对浏河水环境质量运用单因子标准法评价，结果显示该流域水环境受到一定程度的污染，现已无法满足地表水质要求；易文利等对典型河段的6个断面水质状况采用模糊综合评价法分析，结果发现参评的所有断面均能满足水功能区标准要求[2-5]。

目前，模糊综合法、灰色关联法、污染指数法、BP网络法、、主成分法、单因子法及层次分析法等为水质评价的常用方法。20世纪60年代提出的一种应用简便、原理清晰的污染指数评价法，在世界范围内多个河湖水质评价中得到普遍应用。该方法能够定量的描述水体的整体状况，考虑多方面不同因素综合体现河流的受污染程度和特征。

柳河作为阜新市重要的饮用水源，现有研究涉及该河流水质的评价分析较少，且对其污染现状的调查分析比较缺乏，有必要对该河段水质状况进行科学的评价研究[6-7]。另外，针对传统的内梅罗法未考虑权重因素且过于强调水质污染受最大污染因子影响的不足，本文综合考虑其概念清晰、运算方便的优点对其加以改进，并对柳河阜新段水质状况运用改进后的方法进行评价，以期为柳河流域管理部门有针对性的制定水环境管理决策提供科学的依据。

1 评价方法

1.1 内梅罗综合污染指数法

综合考虑极值和多环境因素的内梅罗指数法，可利用下式计算确定指数值，即：

式中：lij、ci为评价因子i关于等级j的标准值及其实测值；Iimax、Iiave为评价因子污染指数最大值和平均值；Ii、PIj为评价因子i的污染指数及评价标准j的内梅罗污染指数；m、n为评价标准数和参评因子个数。

1.2 改进的内梅罗污染指数法

在评价过程中，为解决传统的内梅罗法存在的未考虑权重因素和过于强调水质污染受最大污染因子影响的问题，将各因子对水体的影响程度采取赋予每种评价因子权重的方法进行量化，从而提高评价结果的准确性和科学性。采用下式确定各因子权重，即：

式中：ci、wi为因子i的相关性比值和权重值；lij、lmax为评价因子i及各类因子关于评价等级j的标准值和最大值。

采用下式反映改进的内梅罗法，其表达式为：

2 实例应用

2.1 流域概况

柳河流域发源于内蒙古奈曼旗的双山子，流域全长302km，面积5798km2，为辽河中下游右侧的一条多泥沙、洪水泛滥频繁的支流，主要径流阜新、彰武、新民及内蒙古地区。柳河上游乌根稿河养畜牧河及上游新开河三条支流，修建有三家子、白庙子、石门子水文站。流域内地形地貌总体呈现出东北低、西南高的变化趋势，地势迭代起伏，主要有坨甸区、漫岗区、丘陵沟壑区和低山丘陵区[9-10]。水质监测项目主要选择总磷、氨氮、高锰酸盐指数、BOD5、溶解氧5项指标，自上游至下游共设置10个监测断面，其中1#监测断面的CODMn、BOD5、NH3-N、TP、DO实测浓度值分别为12.55、3.21、0.64、0.037、7.26mg/L；2#监测断面各因子浓度值为11.26、2.68、0.57、0.024、7.45mg/L；3#监测断面各因子浓度值为10.86、3.48、0.61、0.035、4.45mg/L；4#监测断面各因子浓度值为14.52、4.51、0.67、0.106、6.75mg/L；5#监测断面各因子浓度值为10.86、1.05、0.77、0.036、8.12mg/L；6#监测断面各因子浓度值为11.52、1.80、0.46、0.048、6.25mg/L；7#监测断面各因子浓度值为9.52、0.48、0.36、0.018、5.35mg/L；8#监测断面各因子浓度值为10.25、2.76、0.72、0.062、8.10mg/L；9#监测断面各因子浓度值为13.51、1.77、0.62、0.030、6.55mg/L；10#监测断面各因子浓度值为15.24、1.52、0.81、0.052、5.68mg/L。

近年来，阜新市依托优越的自然条件和独特的区位优势其经济发展迅速，生活污水和工业废水排放急剧增大，对人们的生产生活和水体环境影响较为显著。因此，对柳河阜新段水质状况及其变化特征利用合理的方法进行评价分析，可为流域水环境保护和管理决策的制定提供科学的指导[11]。

2.2 采样点布设

柳河流域阜新段10个水质监测断面的水环境状况利用辽宁省水质监测中心2018年发布的相关数据进行评价，按照水环境监测规范采集和布设采样点位。

2.3 参数的选取

遵循灵敏性、可获取性和可比性原则选择水质影响因子，结合柳河流域水质实测结果中常年低于检出限评价因子和当地水环境实际情况，对柳河水质状况选取CODMn、BOD5、NH3-N、TP、DO5个因子进行评价。采用水杨酸分光-连续流动法、钼酸铵分光光度法和滴定法测定氨氮、总磷和高锰酸盐指数值；采用接种与稀释法、电化学探头法测定生化需氧量和溶解氧。

2.4 污染等级划分

不同评价时段各水质类别的综合指数利用改进内梅罗法进行计算分析，结果见表1。然后将各类污染标准以Ⅲ类水质为基准进行等级划分，不同水质类别下综合污染指数的取值区间见表2。相同水质因子不同污染浓度及不同水质因子的贡献率不同，根据表1可确定权重最大的因子为总磷，其次为高锰酸盐指数，由此表明对水质评价贡献率最大的因子为总磷。

2.5 结果分析

对2018年柳河阜新段10个典型监测断面的综合污染指数利用改进的内梅罗法进行计算分析，通过分析与单因子法水质等级验证该方法的准确性，如表3所示。

表1 不同水质标准下各评价因子权重值

表2 水质类别和内梅罗污染等级

表3 两种不同方法的水质评价结果

从表3可以看出，单因子评价法与改进的内梅罗法评价结果基本相同，除个别断面外其它河段的水质评价等级整体一致。采用单因子法计算得到的5#、6#、7#断面的水质等级为Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅲ类，而采用改进的内梅罗法为Ⅱ类。基于单因子法的各断面的水质等级的确定，通常以所有的指标中最差的因子所处的等级确定。对于水质的评价这种一票否决的原则要求过高，对于水体的综合质量状况分析无法给出客观、合理的结论[12-13]。例如，溶解氧在6#断面中的超标倍数达到0.95，在评价体系中该因子权值仅为0.15，该方法过于强调超标因子对评价等级的影响。综合考虑了各评价因子权重的改进的内梅罗法，对于超标因子的评判没有那么的突出。综合分析以上不同方法的水质等级，达到Ⅲ类水质的监测断面有10#、9#、8#、3#、2#、1#，这些断面的水污染程度较轻；能够达到Ⅱ类水质的断面有4#，水环境处于清洁状态；采用单因子法确定的7#、6#、5#断面水质为中度和轻度污染，而采用改进的内梅罗法评价为清洁等级。

根据表3计算结果，对比分析改进的内梅罗法和单因子法，10个断面中单因子评价结果达到Ⅲ类水质的8个，占比为80%，优于和劣于Ⅲ类水质的断面各占1个；参与水质监测的10个断面中改进内梅罗法能够满足Ⅲ类水质的6个，达到Ⅱ类标准的有4个，占比分别为60%和40%。总体而言，对柳河阜新段水质状况利用改进的内梅罗法和单因子法，二者评价结果均以Ⅲ类水质为主，可见该河段的水环境质量总体较高，评价结果处于良好的水平。

3 结 论

本文对柳河阜新段水质状况运用改进的内梅罗法评价，为解决传统的内梅罗法存在的未考虑权重因素和过于强调水质污染受最大污染因子影响的问题，将各因子对水体的影响程度采取赋予每种评价因子权重的方法进行量化，从而更加系统、准确的反映河流水质状况，评价结果较单因子法更加客观准确。选择CODMn、BOD5、NH3-N、TP、DO5个指标评价水质状况，研究表明污染最为严重的因子为总磷。参评的10个断面中均能，满足Ⅲ类标准要求，该河段的水环境整体处于较高水平。