东辽河重点断面水质评价方法研究

张宏星，暴瑞玲，林 岚，郑国臣

（1.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2.水利部松辽水利委员会，吉林长春 130021）

0 引言

辽河流域水环境污染严重，是国家重点治理的河段之一，经过多年的治理，污染情况有所改善。东辽河流域是吉林省农业种植和畜牧业养殖的重点区域，农业和畜禽养殖业的迅猛发展使水资源利用率逐渐增加，土地被大规模开发利用，加上数量占比很大的传统工业废水的大量排放，水资源短缺、水体污染的情况十分严峻，对供水安全和环境安全构成严重威胁。流域水质监测与评价是水环境保护的基础工作，因此对东辽河流域开展水质评价十分必要。

东辽河重点断面的水质处于Ⅳ类、Ⅴ类及劣Ⅴ类较多。目前，单因子评价法是最为常用的评价方法，该方法直观，且操作性强，在水资源保护中具有较强的指导性[1，2]，但就流域水质评价而言，其所采用的一票否决原则表现为过保护，不能科学合理地评判水质类别，值得进一步探讨。

水质标识指数可完整表达河流总体的综合水质信息，是目前适合评价超标的水体（如黑臭水体）水质评价的方法。模糊综合评价考虑了数据的不充分性和水环境决策本身具有的模糊概念等特点，很好地体现了水质级别的模糊性[3-5]。因此，采用单因子评价法、综合水质标识指数法及模糊综合评价法来对东辽河水质进行评价，从中选择更适合东辽河流域水质评价的方法。

1 东辽河概况

吉林省境内辽河的主要河流是西辽河和东辽河，其中东辽河发源于东辽县，全长406km，在吉林省境内长321km，流域面积为10136km2，是流域内长度最长、流域面积最大的河流。东辽河所属的流域水资源量时空分布不均匀，季节和年际变化大[6]。东辽河最枯年份的来水量占多年平均来水量的9.3%，河道干涸、断流、生态环境不断恶化，严重影响了流域的可持续发展。

2 水质分析与评价

2.1 东辽河重点断面水质分析

本文选取东辽河的7个重点监测断面，即西孟桥、辽河源、拦河闸、河清（入二龙山水库）、城子上、周家河口、四双大桥。由2017—2019年吉林省东辽河水质数据可知，除辽河源断面属水源保护区未受污染外，其余监测断面多为Ⅳ类、Ⅴ类及劣Ⅴ类，西孟桥断面污染最严重时，氨氮、五日生化需氧量、化学需氧量、总磷、阴离子表面活性剂、高锰酸盐指数、挥发酚、氟化物均超标，至2019年10—12月，断面监测结果已为轻度污染。河清和拦河闸及城子上断面的2017年水质数据显示超标项目为总磷、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、化学需氧量，2018至2019年有所改善。周家河口断面2017年水质重度污染，通过治理，2019年该断面已有所改善。四双大桥断面的水质重轻度反复交替，2019年水质总体轻度污染。

2.2 单因子评价法

单因子评价项目：pH、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、总磷、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、铬、铅、氰化物、阴离子表面活性剂、硫化物。单因子污染指数法的计算结果见表1。

表12017 —2019年吉林省东辽河重点断面的水质状况

依据监测数据，计算东辽河2017—2019年的水质超标倍数，东辽河11项水质评价指标超标严重的有氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）。

2.3 水质标识指数法

水质标识指数法是徐祖信提出的一种水质评价方法[7，8]，分单因子水质标识指数法和综合水质标识指数法，该法解决了劣Ⅴ类水质的连续性描述问题，能够对劣Ⅴ类水进行科学合理评价[4]。综合水质标识指数由整数位和3位或4位小数位组成，其结构为

式中的X1.X2由计算获得[9]，X3和X4根据比较结果得到。其中，X1为河流总体的综合水质类别；X2为综合水质在X1类水质变化区间内所处位置，从而实现在同类水中进行水质优劣比较；X3为参与综合水质评价的水质指标中，劣于水功能区目标的单项指标个数；X4为综合水质类别与水功能区类别的比较结果，视综合水质的污染程度，X4为一位或两位有效数字。研究选取溶解氧（DO）、高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）共7项具有代表性的水质监测项目指标进行分析评价，具体的水质标识指数和评价结果见表2。

表2 东辽河水质标识指数与综合水质评价结果

2.4 评价结论

与其他评价方法相比，水质标识指数法将定性、定量评价有机结合，对劣Ⅴ类河流可进行水质评价，并判别河流水体是否黑臭。与单因子评价法相比，水质标识指数法充分考虑了最差水质因子的影响，避免了单因子评价法以偏概全的缺陷，可直观地表达水质类别和达标情况，达到定性和定量评估。从7个断面的单因子水质标识指数评价结果来看，2017—2018年水质总体变化不明显，2019年均有不同程度的改善，周家河口和四双大桥断面氨氮指标水质有转好的趋势，达到河流水质目标的只有辽河源断面，2017—2019年水质均为Ⅱ类水。

3 模糊综合评价法

模糊综合评价法首先通过单指标评价分别计算各个评价指标在各评价等级的隶属度，建立模糊关系矩阵；然后确定各评价指标在所有指标中的指标权重；最后通过模糊关系运算对水质进行分析评价。

3.1 建立模糊关系

根据监测河段的水质状况及现有的监测数据，选择各污染指标对某一标准超标倍数的次数统计结果，采用溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）为评价因子，取评价集V={Ⅰ类，Ⅱ类，Ⅲ类，Ⅳ类，Ⅴ类}。

考虑到运算的实际性，采用“降半梯形分布法”[1]来计算。将各监测断面的监测数据代入隶属函数中，建立每个断面的单因子模糊评价矩阵R。

3.2 组合赋权法确定权重

超标倍数赋权法[9]是一种主要因素突出型赋权方法，突出了主要污染物的影响，强调污染较为严重的水质指标在所有指标中的重要性，并同时增加其对最终评分的影响力，其计算式：

式中：Wi为第i项指标的权重值；Si为第i项指标n个类别的平均值；xi为第i项指标的实际质量浓度。

将利用熵权法[1]对评价指标的权重进行调整：

式中：wi——第i项指标熵权后的权重值；hi——计算的熵权值。

3.3 模糊运算与综合评价

根据两种不同的计算权重方法改进了传统的模糊评价法，采用最大隶属度原则，其综合评判结果见表3。

表3 改进熵权法水质评价结果

3.4 评价结论

采用基于超标倍数法和熵权法的组合赋权法，对东辽河水质指标进行权重赋值，不仅考虑了最大污染指标对水质的影响，也综合考虑了各评价指标间的相互影响，使权重系数能准确、客观地反映各指标对水质的作用。从水质数据结果来看，除辽河源断面属Ⅱ类水水质较好外，其余断面水质中主要的污染物为氨氮、总氮、总磷。

4 结语

综上所述，从2017—2019年的水质监测数据来看，除辽河源观测断面的水质满足水功能区要求外，其他6个断面均处于Ⅴ类、劣Ⅴ类或黑臭（采用综合水质标识指数结果）。造成东辽河各断面水质达不到水功能区要求的原因是氨氮、总氮和总磷严重超标。东辽河水质有改善的趋势，但受总氮、总磷及氨氮污染因子的影响，东辽河依然存在河道富营养化和黑臭水体的情况，需引起重视。