祁 玥，周雙喜，吳蓉蓉，賈學(xué)蓉，盧素錦 (青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海西寧810016)

目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了十幾種水質(zhì)評價(jià)的數(shù)學(xué)模型，主要有灰色關(guān)聯(lián)法、模糊概率綜合評價(jià)法、特征分析法等方法［1－5］。但因影響河流的因素較多，評價(jià)因子與標(biāo)準(zhǔn)級別之間的關(guān)系是極復(fù)雜和非線性的，而且評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和各級別之間的關(guān)系也是模糊的，因而目前還沒有一種統(tǒng)一的、確定的、規(guī)范的水質(zhì)綜合評價(jià)的模型。張東升等［6］、黃勝偉［7］采用BP 算法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià);王瑞［8］、蔣福興等［9］采用改進(jìn)的 BP算法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià);陳永燦等［10］采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。同濟(jì)大學(xué)的徐祖信教授于2005年提出水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法［11］，該方法是一種全新的水質(zhì)評價(jià)方法，能夠?qū)υu價(jià)水質(zhì)做出綜合性評價(jià)。

李家峽水庫位于青海省尖扎縣西北，主要用于發(fā)電，是具有灌溉、防洪等功能的大型水庫。利用湖區(qū)特有的景色及水量、水質(zhì)開發(fā)了湖區(qū)旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，作為水庫的另一經(jīng)濟(jì)來源。筆者利用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法，對李家峽水庫的水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)。

1 材料與方法

1．1 水質(zhì)監(jiān)測斷面選取及樣本采集 李家峽水庫共設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測斷面，分別于水庫的平水期(2014年5月)、豐水期(2014年7月)和枯水期(2014年11月)3個(gè)時(shí)期采集水樣，每次采集3個(gè)平行樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定。

1．2 監(jiān)測項(xiàng)目及測定方法 監(jiān)測項(xiàng)目包括溫度、pH、DO、BOD5、TN、TP等6個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)。TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)測定;TP采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)測定;DO采用碘量法(GB 7489-87)測定;采樣時(shí)分別測定水溫(水銀精確溫度計(jì))、pH(便攜式pH計(jì))。測定所用藥品均為分析純。

1．3 李家峽水庫水質(zhì)評價(jià)方法 采用單因子污染指數(shù)法和水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法，對李家峽水庫的水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)項(xiàng)目分別為DO、TN、TP，3期數(shù)據(jù)取均值，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1．3．1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)［12］Pi是由1位整數(shù)、小數(shù)點(diǎn)后2位或3位有效數(shù)字組成，表示為:

Pi=X1．X2X3

式中，X1代表第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別;X2代表監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，根據(jù)公式按四舍五入的原則計(jì)算確定;X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果，表示評價(jià)指標(biāo)的污染程度，為1位或2位有效數(shù)字。

1．3．1．1 X1．X2的確定。當(dāng)水質(zhì)介于Ⅰ類水與Ⅴ類水之間時(shí):

一般指標(biāo)(除溶解氧、pH、水溫等外):X1．X2=a+

式中，Ci第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測濃度;C標(biāo)上第i項(xiàng)指標(biāo)在a類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的上限值;C標(biāo)下第i項(xiàng)指標(biāo)在a類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的下限值。a=1，2，3，4，5，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)比較確定;當(dāng)水質(zhì)劣于或等于V類水時(shí)，a=6。

當(dāng)水質(zhì)劣于或等于V類水時(shí):

一般指標(biāo)(除溶解氧、pH、水溫等外):X1．X2=a+

式中，CV標(biāo)上為第i項(xiàng)指標(biāo)V類水標(biāo)準(zhǔn)上限值;m為修正系數(shù)，m=4。

1．3．1．2 X3的確定。X3表達(dá)式為:

X3=X1－f

式中，f為水環(huán)境功能區(qū)類別說明，當(dāng)X3＞9時(shí)，取最大值9。

1．3．2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq是由單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值(∑Pi/n)與代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果(X3)、參加整體水質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)中劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù)(X4)組成，其公式為:

Iwq=(∑Pi/n)X3X4

式中，(∑Pi/n)為單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值;n為參加水質(zhì)評價(jià)因子的個(gè)數(shù);X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果;X4為參加整體水質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)中，劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù)，通過參評的單因子標(biāo)識指數(shù)中X3不為0的個(gè)數(shù)來確定。

2 結(jié)果與分析

2．1 單因子污染指數(shù)法評價(jià)結(jié)果 由表1可知，利用單因子污染指數(shù)法對李家峽水庫水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，3期水質(zhì)類別分別為Ⅲ類、Ⅲ類、Ⅳ類。因單因子評價(jià)法將最差的指標(biāo)作為該區(qū)域水質(zhì)的質(zhì)量級別，盡管該方法能夠比較直觀地反映各水質(zhì)指標(biāo)的現(xiàn)狀及其超標(biāo)狀況，但存在著評價(jià)過保護(hù)的缺點(diǎn)，同時(shí)該方法也無法判斷水質(zhì)今后的變化趨勢。

表1 2014年李家峽水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及單因子污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果

2．2 標(biāo)識指數(shù)法評價(jià)結(jié)果 由表2可知，對于該水庫影響較大的水質(zhì)指標(biāo)是TN和TP，特別是豐水期的TP和枯水期的TN、TP對該水庫的水質(zhì)類別有極大貢獻(xiàn)，且兩種方法對單一指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果相同，但標(biāo)識指數(shù)法可以給出該指標(biāo)的近期變化趨勢，即豐水期水質(zhì)指標(biāo)向Ⅳ類過渡較枯水期水質(zhì)向Ⅳ類的概率大。由表1和2可知，標(biāo)識指數(shù)法與單因子污染指數(shù)法的評價(jià)結(jié)果大致相同，即李家峽水庫水質(zhì)在平水期、豐水期水質(zhì)均為Ⅲ類水;而枯水期水質(zhì)評價(jià)結(jié)果存在差異，單因子污染指數(shù)法評價(jià)結(jié)果為Ⅳ類，而標(biāo)識指數(shù)法評價(jià)結(jié)果為Ⅲ類。

表2 基于水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的2014年李家峽水庫水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

李家峽水庫水質(zhì)的監(jiān)測與評價(jià)結(jié)果表明，2014年該水庫水質(zhì)達(dá)到了該功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì)要求。單因子污染指數(shù)法評價(jià)結(jié)果表明，該水庫枯水期的水質(zhì)指標(biāo)超過了該功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì)要求;而水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價(jià)結(jié)果表明，該水庫水質(zhì)符合水質(zhì)類別要求。

水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是一種全新的水質(zhì)評價(jià)方法，它能夠綜合地反映所評價(jià)水質(zhì)的真實(shí)情況。單因子標(biāo)識指數(shù)能夠全面地對水體中某項(xiàng)指標(biāo)的類別做出評價(jià)，以及該項(xiàng)指標(biāo)超出某類水的范圍;綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法可以綜合各種單因子標(biāo)識指數(shù)，得出一個(gè)較接近真實(shí)情況的水質(zhì)狀況。水指標(biāo)識指數(shù)法計(jì)算過程簡便，相較于其他的水質(zhì)評價(jià)方法更加易懂，且評價(jià)方法科學(xué)合理，能夠?yàn)橐话悱h(huán)境科學(xué)人員所接受，可操作性強(qiáng)。

［1］鄒曉雯．水質(zhì)評價(jià)的灰色關(guān)聯(lián)的方法［J］．水資源保護(hù)，1994，18(3):78－80．

［2］馬建華，季凡．水質(zhì)評價(jià)模糊概率綜合評價(jià)法［J］．水文，1994，23(3):116－120．

［3］朱雷，陳威．模糊綜合指數(shù)法在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23(3):61 －65．

［4］曾勇，攀引琴，王麗偉．水質(zhì)模糊綜合評價(jià)法與單因子指數(shù)評價(jià)法比較［J］．人民黃河，2007，29(2):64 －65．

［5］鄭成德．水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的灰色聚類法［J］．水文，1998，23(4):23 －27．

［6］張東升，徐征．基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的臥虎山水庫水質(zhì)評價(jià)［J］．濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，4(2):188 －190．

［7］黃勝偉．自適應(yīng)變步長BP網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用［J］．水利學(xué)報(bào)，2002，26(10):122 －125．

［8］王瑞．基于遺傳優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理水質(zhì)預(yù)測研究［D］．廣州:華南理工大學(xué)，2012．

［9］蔣福興，田麗慧．改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在渾河水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用［J］．遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23(5):616 －617．

［10］陳永燦，陳燕．概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)評價(jià)模型及其對三峽近壩水域的水質(zhì)評價(jià)分析［J］．水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2004，23(3):7 －12．

［11］徐祖信．我國河流綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法研究［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，33(4):482 －488．

［12］徐祖信．我國河流單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)方法研究［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，33(3):321－325．