中國(guó)地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究樣本

中華人民共和國(guó)地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法研究摘要：作者分析了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法中存在問(wèn)題，簡(jiǎn)介了國(guó)外該項(xiàng)工作思路和作法。在此基本上，建立了一套基于水質(zhì)項(xiàng)目環(huán)境影響分區(qū)、分類(lèi)、分級(jí)多指標(biāo)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)體系，克服了國(guó)內(nèi)老式評(píng)價(jià)辦法假達(dá)標(biāo)、一票否決，不能描述級(jí)內(nèi)優(yōu)劣等弊病。對(duì)全國(guó)160個(gè)重點(diǎn)站進(jìn)行計(jì)算成果表白，該辦法基本實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際接軌，更為科學(xué)合理。

核心詞：水質(zhì)；評(píng)價(jià)；指數(shù)；辦法

中圖分類(lèi)號(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)記碼：A1國(guó)內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法科學(xué)性與合理性分析

第一次全國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)開(kāi)始于1981年，而后水利部約每5年組織一次全國(guó)范疇水質(zhì)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)河長(zhǎng)約10萬(wàn)km。近幾年作為《中華人民共和國(guó)水資源公報(bào)》某些內(nèi)容向公眾刊登。因第一次全國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)潮流無(wú)國(guó)家環(huán)境和資源水質(zhì)原則可依，因而依照各專(zhuān)項(xiàng)原則值綜合擬定了一種分5級(jí)評(píng)價(jià)原則。其評(píng)價(jià)辦法有單項(xiàng)評(píng)價(jià)，采用年度時(shí)空均值與原則值比較指數(shù)法；分類(lèi)和河流綜合評(píng)價(jià)采用單項(xiàng)參數(shù)地圖重疊法（最差參數(shù)賦100%權(quán)）以及按河長(zhǎng)加權(quán)水質(zhì)指數(shù)算術(shù)均值法。而后全國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)雖在評(píng)價(jià)項(xiàng)目選定、分類(lèi)、污染級(jí)別劃分等有所變動(dòng)之外，其思路和技術(shù)辦法均沿襲了這一格局。

1983年后例行水質(zhì)評(píng)價(jià)更趨簡(jiǎn)樸化，采用了所有評(píng)價(jià)項(xiàng)目地圖重疊法。而評(píng)價(jià)辦法研究方面，重要集中在評(píng)價(jià)指數(shù)數(shù)學(xué)解決上，幾乎用盡了所有數(shù)學(xué)手段，但在評(píng)價(jià)成果合理性方面仍進(jìn)展不大。人們十分關(guān)懷國(guó)內(nèi)現(xiàn)行水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法科學(xué)性和合理性。從評(píng)價(jià)成果表達(dá)上看，地圖重疊法將水質(zhì)級(jí)別空間分布表達(dá)較為清晰、直觀。如果單元河長(zhǎng)劃分較為符合實(shí)際話(huà)，這種表達(dá)也有可取之處。國(guó)外有些國(guó)家如法國(guó)也用過(guò)此類(lèi)表達(dá)辦法（特別是地下水區(qū)域分布圖等）。但這種評(píng)價(jià)辦法仍有許多局限性之處。第一，無(wú)論是單項(xiàng)評(píng)價(jià)還是分類(lèi)評(píng)價(jià)都采用最差項(xiàng)目賦百分之百權(quán)單指標(biāo)法，導(dǎo)致了評(píng)價(jià)成果與實(shí)際偏離。不同項(xiàng)目對(duì)環(huán)境影響是有差別，如BOD、氨氮等普通污染項(xiàng)目通過(guò)水體流動(dòng)可以自?xún)?，它們?duì)環(huán)境影響重要是耗氧。它們與毒性物質(zhì)對(duì)環(huán)境生態(tài)及人體健康影響有著本質(zhì)差別。第二，單元河段代表值選用年均值，后改中值也是有缺陷。雖然中值克服了水質(zhì)數(shù)據(jù)非正態(tài)性分布影響，但無(wú)論是用中值還是均值來(lái)鑒定其符合哪一類(lèi)水都顯得過(guò)于粗糙，這種所謂達(dá)標(biāo)與否只有50%把握，置信度太低。第三，由于水質(zhì)評(píng)價(jià)原則是全國(guó)一刀切，許多重要天然水化學(xué)組份只能棄之不用，導(dǎo)致評(píng)價(jià)成果失真。顯然，像懸浮物、水溫和pH等項(xiàng)目在不同水域自然背景值相距甚遠(yuǎn)，無(wú)法參加一刀切評(píng)價(jià)，使水質(zhì)評(píng)價(jià)作為度量環(huán)境生態(tài)變化工具大打折扣。毒性與硬度密切有關(guān)重金屬由于各水域硬度差別很大，用全國(guó)一刀切原則評(píng)價(jià)也導(dǎo)致成果不合理。第四，當(dāng)前商定俗成地把Ⅲ類(lèi)水作為水質(zhì)污染與否分界線（符合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)為達(dá)標(biāo)，否則為污染河段）是一種虛假達(dá)標(biāo)記錄。事實(shí)上有些河段，如源頭或自然保護(hù)區(qū)應(yīng)按Ⅰ類(lèi)管理，可是這種評(píng)價(jià)辦法，該河段如為Ⅱ、Ⅲ類(lèi)也計(jì)為達(dá)標(biāo)導(dǎo)致虛假成果。第五，現(xiàn)行評(píng)價(jià)辦法不能表征同一水質(zhì)類(lèi)別內(nèi)水質(zhì)優(yōu)劣以及缺少度量水量變化對(duì)水質(zhì)影響變量，使得河流水量變化影響不能得到合理反映。總之，當(dāng)前沿用水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法有不少缺陷，使國(guó)內(nèi)水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)與發(fā)達(dá)國(guó)家拉大了差距。2發(fā)達(dá)國(guó)家水質(zhì)評(píng)價(jià)思路和作法

發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)是為了弄清如下問(wèn)題：（1）有問(wèn)題水域在哪里，即水質(zhì)空間分布；（2）自然水質(zhì)變化如何，變化速率多大；（3）國(guó)家如果采用辦法恢復(fù)變化了水質(zhì)應(yīng)對(duì)哪些水域下手，即排出治理優(yōu)先序。重要工作內(nèi)容為：（1）對(duì)水域進(jìn)行盡量全面監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)涉及水體三種介質(zhì)：水柱(可溶態(tài))、懸浮物和底質(zhì)、水生生物。其監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)含括無(wú)機(jī)痕量組份，有機(jī)有毒物質(zhì)，放射性及其水文因素。（2）評(píng)價(jià)項(xiàng)目中天然水化學(xué)組份和人為污染組份并重。由于水質(zhì)自然性狀變化是生態(tài)環(huán)境變遷度量，其成因涉及人們左右不了因素，如火山爆發(fā)、氣候變化等，也有人為長(zhǎng)期作用而難以度量因素如土地運(yùn)用，植被退化，這些生態(tài)環(huán)境變化必然反映在水質(zhì)上。如水溫是區(qū)域生態(tài)（植被）水文（流量）變化晴雨表，pH是水體富營(yíng)養(yǎng)化趨向反映之一，懸浮物是區(qū)域士地運(yùn)用和土壤侵蝕度量，糞大腸菌是溫血?jiǎng)游锖腿祟?lèi)密度變化量度指標(biāo)。（3）在數(shù)據(jù)解決技術(shù)辦法上，多用記錄學(xué)辦法。由于她們以為水質(zhì)數(shù)據(jù)最大特點(diǎn)是隨機(jī)性，因此數(shù)據(jù)應(yīng)給出最小值以及10%、25%、50%、75%、90%各不同百分度值及最大值，再與其相應(yīng)原則值比較，就能得出達(dá)標(biāo)不達(dá)標(biāo)以及達(dá)標(biāo)置信度有多大。

總之，國(guó)外水質(zhì)評(píng)價(jià)是個(gè)多學(xué)科對(duì)多介質(zhì)、多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程。水質(zhì)評(píng)價(jià)是針對(duì)詳細(xì)水域而言，目的是擬定有問(wèn)題水域和問(wèn)題之所在。因而，不存在國(guó)內(nèi)水質(zhì)評(píng)價(jià)中，只記錄各類(lèi)水占多少百分?jǐn)?shù)和虛假達(dá)標(biāo)問(wèn)題。國(guó)外不但要考慮水質(zhì)人為用途并且要考慮水域生態(tài)保護(hù)，生物多樣性規(guī)定。當(dāng)前國(guó)內(nèi)這種不分生態(tài)區(qū)不分水域人為水質(zhì)分類(lèi)不能滿(mǎn)足生態(tài)保護(hù)規(guī)定，也衡量不出生態(tài)環(huán)境變化及其損益。

3基于水質(zhì)參數(shù)環(huán)境影響多指標(biāo)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)體系建立

依照國(guó)內(nèi)外水資源評(píng)價(jià)實(shí)踐，咱們提出了一種基于水質(zhì)參數(shù)環(huán)境影響多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系。這是一種分區(qū)、分類(lèi)、分級(jí)多項(xiàng)目水質(zhì)指數(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)涉及水質(zhì)評(píng)價(jià)原則，單元河段水質(zhì)代表值擬定，水質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)及其疊加辦法，綜合水質(zhì)指數(shù)及其級(jí)別判斷等。

3.1評(píng)價(jià)分區(qū)及分級(jí)要克服評(píng)價(jià)假達(dá)標(biāo)現(xiàn)象就必要將評(píng)價(jià)指標(biāo)值貫徹到詳細(xì)水域。因而依照氣候、高程、地理位置、地形地貌、植被差別等因素，將全國(guó)提成八大水質(zhì)區(qū)，即東北、海河、黃河中下游、淮河、長(zhǎng)江中下游、東南沿海、西北內(nèi)陸和青藏云貴高原水質(zhì)區(qū)。在每個(gè)水質(zhì)區(qū)考慮到子區(qū)域環(huán)境差別和人類(lèi)活動(dòng)（如都市化、人口增長(zhǎng)、土地運(yùn)用形式、水利工程等非可逆因素）影響，又將每大區(qū)別為三個(gè)子區(qū)，它們各自相應(yīng)一種本區(qū)水質(zhì)級(jí)別。一級(jí)區(qū)屬背景區(qū)，水質(zhì)應(yīng)達(dá)到1級(jí)；二級(jí)區(qū)屬農(nóng)林漁牧生態(tài)區(qū)，水質(zhì)應(yīng)達(dá)到2級(jí)；三級(jí)區(qū)屬都市生態(tài)區(qū)，水質(zhì)應(yīng)達(dá)到3級(jí)。此外，考慮到水質(zhì)嚴(yán)重污染現(xiàn)狀，增長(zhǎng)了4、5級(jí)水質(zhì)，描述生態(tài)受到嚴(yán)重破壞區(qū)域現(xiàn)狀水質(zhì)。

3.2水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目及分類(lèi)該多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系共擬定了地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目四類(lèi)66項(xiàng)。其中，湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)項(xiàng)目5項(xiàng)。項(xiàng)目選自現(xiàn)行地面水環(huán)境質(zhì)量原則，地表水資源質(zhì)量原則，以及飲用水源地、漁業(yè)、工業(yè)、農(nóng)田灌溉等專(zhuān)業(yè)原則。為了評(píng)價(jià)人工有毒有機(jī)物影響，還依照美國(guó)EPA和中華人民共和國(guó)環(huán)保局優(yōu)先檢出物及其在地表水中檢出頻率擬定了有機(jī)毒物共45項(xiàng)。依照上述項(xiàng)目對(duì)水生態(tài)影響將其分三大類(lèi)。一是代表水體自然性狀綜合項(xiàng)目：水溫、pH、懸浮物、溶解氧和糞大腸菌。二是以耗氧為主受人類(lèi)排污影響且可隨水流自?xún)羝胀ㄎ廴卷?xiàng)目：高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮及揮發(fā)酚(氨氮和揮發(fā)酚在一定濃度下才有毒，現(xiàn)行水質(zhì)原則不是以其毒性濃度界定)。三是在水中含量微而毒性大，在生物體內(nèi)富集且普通不降解有毒項(xiàng)目，它即涉及了自然界有背景值無(wú)機(jī)毒物又涉及了人工有機(jī)毒物，其中涉及許多有致癌、致畸、致突變作用所謂“三致物質(zhì)”。

3.3水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目環(huán)境影響指數(shù)擬定水質(zhì)優(yōu)劣取決于水體受損害限度（與背景偏高度），它影響著生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)使用。對(duì)一種水質(zhì)區(qū)一方面依照背景值監(jiān)測(cè)資料稍許放寬擬定1級(jí)值，再依照該水質(zhì)區(qū)水質(zhì)基本規(guī)定擬定能勉強(qiáng)維持生態(tài)可接受最差界限值，即3級(jí)值。對(duì)于毒性物質(zhì)，3級(jí)值以水生生物急性毒性值為根據(jù)擬定，再依照國(guó)外有關(guān)研究擬定各水質(zhì)參數(shù)上述界限值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，3級(jí)界限值環(huán)境指數(shù)平均波動(dòng)于50～60之間；參照既有各專(zhuān)業(yè)原則擬定2級(jí)值（農(nóng)牧生態(tài)區(qū)），對(duì)照國(guó)外研究，2級(jí)值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)平均波動(dòng)于75左右；5級(jí)值普通按污水排放原則擬定，對(duì)毒性物質(zhì)，該級(jí)生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)普通狀況下視為零，表白其天然水體性質(zhì)喪失貽盡。對(duì)某些非毒性物質(zhì)，雖然濃度達(dá)到污水排放原則值依然有一定可用性，可以滿(mǎn)足低規(guī)定農(nóng)田灌溉或保持植被功能，因而5級(jí)值指數(shù)仍保存8～20不等。個(gè)別有機(jī)毒物也有類(lèi)似狀況；當(dāng)排放原則未達(dá)到半致死濃度時(shí)，5級(jí)生態(tài)環(huán)境指數(shù)仍定為7，而零指數(shù)設(shè)定為實(shí)驗(yàn)毒性濃度值。擬定了各級(jí)別濃度及其環(huán)境指數(shù)之后，接下來(lái)問(wèn)題是如何計(jì)算實(shí)測(cè)值和評(píng)價(jià)代表值指數(shù)，嚴(yán)格地講應(yīng)查閱濃度和生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)曲線擬定，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在每個(gè)級(jí)別內(nèi)部采用線性?xún)?nèi)插來(lái)計(jì)算單元河段實(shí)測(cè)值或代表值生態(tài)環(huán)境影響指數(shù)。

3.4綜合評(píng)價(jià)模式和權(quán)重?cái)M定在綜合評(píng)價(jià)中必要解決好各項(xiàng)目指數(shù)之間關(guān)系，疊加辦法取決于評(píng)價(jià)項(xiàng)目代表水質(zhì)特性。不同類(lèi)項(xiàng)目施以不同疊加和賦權(quán)方式。

本研究綜合項(xiàng)目類(lèi)內(nèi)指數(shù)疊加選取加權(quán)聯(lián)乘模式，這是由于這種模式中任何項(xiàng)目都是獨(dú)立地對(duì)整體發(fā)生影響。只要一項(xiàng)指數(shù)為零，整體指數(shù)為零即整個(gè)水體喪失功能。綜合項(xiàng)目類(lèi)內(nèi)指數(shù)所賦權(quán)重采用美國(guó)使用DELPMI法，這是一種沒(méi)有權(quán)威壓力下專(zhuān)家無(wú)記名投票并經(jīng)多次反饋賦分法，它是一種平等集思廣義辦法。

對(duì)普通污染物類(lèi)項(xiàng)目，它們都屬于耗氧指標(biāo)，并且彼此關(guān)于聯(lián)，對(duì)該類(lèi)采用均權(quán)算術(shù)平均法，這樣好處在于可消除某一項(xiàng)監(jiān)測(cè)夫真影響。

無(wú)機(jī)毒物和有機(jī)毒物類(lèi)內(nèi)指數(shù)用污染最重項(xiàng)目指數(shù)作代表，其因素是若取平均就掩蓋了有問(wèn)題項(xiàng)目作用，由于這些有毒物不是每一項(xiàng)均有問(wèn)題，大某些是未檢出，只要發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)有問(wèn)題就會(huì)對(duì)環(huán)境有影響。對(duì)于環(huán)境中有背景值無(wú)機(jī)毒物和環(huán)境中原本沒(méi)有有機(jī)毒物不能等量齊觀，后者生態(tài)影響更大，因生物對(duì)其沒(méi)有任何適應(yīng)能力，在這兩類(lèi)毒物之間疊加仍采用加權(quán)聯(lián)乘模式。

水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)疊加也采用加權(quán)聯(lián)乘模式，而類(lèi)間權(quán)重采用有代表性數(shù)據(jù)試算及合理性判斷法擬定，這種合理性判斷是基于近年水質(zhì)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)。例如有毒物指數(shù)己為5級(jí)了，而算得綜合指數(shù)仍為3級(jí)，顯然是有毒物權(quán)重不夠，如此重復(fù)調(diào)節(jié)各類(lèi)權(quán)重，達(dá)到水質(zhì)綜合指數(shù)相對(duì)合理。

事實(shí)上水質(zhì)評(píng)價(jià)從一開(kāi)始就是一項(xiàng)基于專(zhuān)家判斷工作，用水質(zhì)指數(shù)表達(dá)水質(zhì)目是考慮到非專(zhuān)業(yè)人員和行政領(lǐng)導(dǎo)更容易更直觀理解評(píng)價(jià)成果。類(lèi)內(nèi)、類(lèi)間及綜合指數(shù)疊加模式及權(quán)重見(jiàn)表1。

3.5基于綜合指數(shù)水質(zhì)分級(jí)及其水質(zhì)含義據(jù)以上辦法最后獲得綜合水質(zhì)指數(shù)，其水質(zhì)指數(shù)和水質(zhì)級(jí)別對(duì)照見(jiàn)表2。各級(jí)水質(zhì)含義為：1級(jí)為區(qū)域內(nèi)基本保持原始狀態(tài)或雖有人為影響但水體能自行恢復(fù)水質(zhì)，普通為河源區(qū)或自然保護(hù)區(qū)應(yīng)有水質(zhì)；2級(jí)為農(nóng)牧生態(tài)區(qū)應(yīng)有水質(zhì)，它能維系生物多樣性并能滿(mǎn)足水源地、漁業(yè)、工農(nóng)業(yè)和與人體直接接觸娛樂(lè)等用途。3級(jí)水質(zhì)普通為都市生態(tài)區(qū)應(yīng)有水質(zhì)，它在生物多樣性方面己有所損害，但仍能維持普通生物生存，在使用上尚能滿(mǎn)足除飲用及與人體直接接觸水上娛樂(lè)之外所有用途。4、5級(jí)水質(zhì)分別為污染和嚴(yán)重污染，不符合水資源質(zhì)量起碼規(guī)定超標(biāo)水質(zhì)。表1水質(zhì)評(píng)價(jià)疊加模式及權(quán)重參數(shù)類(lèi)內(nèi)指數(shù)

綜合指數(shù)公式權(quán)重Wi公式權(quán)重Wi公式綜

合

項(xiàng)

目溫度(℃)(偏離度)

pH值(偏離度)

懸浮物(偏離度)

溶解氧

(糞大腸菌)(個(gè)/L)

大腸菌群(個(gè)/L)

0.1

0.1

0.2

0.4

0.20.15一

般

污

染

項(xiàng)

目高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)

五日生化需氧量(BOD5)

氨氮

揮發(fā)酚

0.35有

毒

項(xiàng)

目無(wú)機(jī)毒物有機(jī)毒物QIwd=QIminQIyd=QImin0.4

0.60.5

i表達(dá)評(píng)價(jià)項(xiàng)目，j表達(dá)類(lèi)別表2水質(zhì)綜合指數(shù)與水質(zhì)分級(jí)對(duì)照水質(zhì)級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)綜合指數(shù)91～10076～9051～7526～50

0～254評(píng)價(jià)辦法科學(xué)性和合理性分析這種評(píng)價(jià)辦法突破了國(guó)內(nèi)老式模式，克服了不分區(qū)假達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。同步避免了因某一項(xiàng)普通污染項(xiàng)目超標(biāo)就斷定整個(gè)水體超標(biāo)一票否決辦法片面性。除此之外，本辦法還可以擬定水質(zhì)偏離自然狀態(tài)限度，估算人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水質(zhì)影響。以通俗水質(zhì)指數(shù)方式表達(dá)水質(zhì)優(yōu)劣，指數(shù)值越小，水質(zhì)越差，水污染限度越重，使評(píng)價(jià)成果更加直觀并可描述同水質(zhì)級(jí)別內(nèi)水質(zhì)優(yōu)劣限度。引入了水質(zhì)保證率和斷流系數(shù)等概念，反映了水質(zhì)達(dá)標(biāo)可信度及斷流影響。本研究對(duì)全國(guó)近160個(gè)重點(diǎn)站水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)計(jì)算，表3給出了以1999年和1月數(shù)據(jù)為基本評(píng)價(jià)成果幾種實(shí)例。表3某些水質(zhì)評(píng)價(jià)計(jì)算成果河流

河段測(cè)值類(lèi)型年月綜合類(lèi)指數(shù)污染類(lèi)指數(shù)有毒類(lèi)指數(shù)綜合指數(shù)備注松花江干流吉林月值1991-156.280.216.935多環(huán)芳烴濃度為1.63μg/L松花江干流吉林月值1991-156.280.263.368未計(jì)有機(jī)毒物嫩江齊齊哈爾中值199979.481.483.382嫩江齊齊哈爾75%值199974.4

75.770.773黃河干流利津中值199980.176.578.578未進(jìn)行斷流修正黃河干流利津75%值1999

69.171.761.566未進(jìn)行斷流修正黃河干流利津75%值斷流1999

61.671.761.557斷流42天渭河西安75%值19996.524.247.928汾河入黃口75%值19990.54.549.611太子河本溪月值-172.416.272.343大