陳 輝，顧建輝，李治源

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

不同水質評價方法在城市河道水質評價中的應用比較

陳 輝1，顧建輝2，李治源2

（1.蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇 蘇州 215004；2.蘇州科技大學 環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215009）

為研究城市建設項目施工對城市河道水質的影響，選出科學合理的河流水質評價方法，文章選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)分析法、綜合水質標識指數(shù)法對受城市建設項目施工影響的河道斷面進行水質評價。對比評價結果發(fā)現(xiàn)，施工前河流水質多為Ⅳ和Ⅴ類，施工后水質略有變差。其中，綜合水質標識指數(shù)法能對水質進行定性和定量的評價，客觀準確地區(qū)分同一類別水體，細化比較不同水體，對同一河流斷面施工前后的評價結果進行縱向比較,對不同河流斷面的評價結果進行橫向比較，且評價結果直觀明了，操作簡便。因此，5種河流水質評價方法中，綜合水質標識指數(shù)法是本研究的最佳選擇。

河流水質評價；評價方法；綜合水質標識指數(shù)法；城市建設項目施工

隨著城市化進程的加劇，城市建設項目日益增多，城市建設項目施工不可避免的會對周圍的水環(huán)境造成一定的影響[1-3]，為研究具體的影響情況，必須對施工前后的河流水質進行長期監(jiān)測，而如何評價河流水質是第一步工作，是水環(huán)境管理的重要基礎，選用科學合理的方法進行評價，才能制定出有針對性的整治規(guī)劃和措施。

目前，國內采用的水質評價方法主要有單因子評價法[4]、指數(shù)評價法[5]、模糊評價法[6]、灰色評價法[7]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法[8]、綜合污染標識指數(shù)法[9]等。文中選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)分析法、綜合水質標識指數(shù)法對城市建設項目施工前后的7個河流斷面水質水質進行評價，綜合分析評價結果，為施工前后河流水質評價方法的選取提供參考，并為施工后的水環(huán)境補償措施提供依據(jù)。

1 選用的評價方法簡介

1.1 單因子評價法

單因子評價法是《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002）中規(guī)定的評價方法，其基本思想是：將各評價指標的監(jiān)測值與評價標準相比，根據(jù)對比結果判定各評價指標的水質類別，以最差的水質類別作為該水體的評價結果[10-11]。其計算公式如下：G=max（Gi），Gi為第i項評價指標的水質類別。

1.2 綜合污染指數(shù)法

1.3 模糊綜合評價法

1.4 灰色關聯(lián)分析法

灰色關聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，亦即“灰色關聯(lián)度”，作為衡量因素間關聯(lián)程度的一種方法。在進行河流水質評價時，選擇水體實測值作為參考數(shù)列，地表水的分級標準為比較數(shù)列，這樣對于參考數(shù)列，所求出的五個關聯(lián)度中最大關聯(lián)度所對應比較數(shù)列的級別，就是待評價水體所對應的水質分類標準?；疑P聯(lián)分析法的計算步驟如下[18-19]：（1）確定比較數(shù)列xi（k）={xi（1），xi（2），…，xi（n）}和參考數(shù)列yi（k）={yi（1），yi（2），…，yi（n）}，xi（k）表示 i級水質標準中第 k項評價指標的取值，yi（k）表示第 j個水體樣本中第k項評價指標的實測值；（2）數(shù)列歸一化，為保證各因素具有同序性和等效性，需對原始數(shù)據(jù)進行歸一化和無量綱化，得數(shù)列求差數(shù)列；（4）求關聯(lián)系數(shù)，其中，ρ取 0.5；（5）求關聯(lián)度（6）關聯(lián)度排序。在計算出的關聯(lián)度矩陣中找出每行的最大者，即可確定該監(jiān)測斷面水體所屬的水質等級。

1.5 綜合水質標識指數(shù)法

綜合水質標識指數(shù)由整數(shù)位和小數(shù)點后3～4位有效數(shù)字組成，其表達式為Iwq=X1·X2·X3·X4，X1為河流的綜合水質等級；X2為水質在該類水質變化區(qū)間中的位置；X3為參與水質評價的水質指標中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標的水質指標個數(shù)；X4為綜合水質等級與水體功能區(qū)等級的比較結果[20]。

表 1 基于綜合水質標識指數(shù)的綜合水質判定

2 應用實例

為研究蘇州軌道交通3號線施工斷河對周圍河流水環(huán)境的影響，不僅需要對同一河流斷面施工前后的水質進行比較，還需要對施工周圍不同河流斷面的水質進行比較，文章通過5種常見河流水質評價方法的研究比較，選出一種適合本研究的水質評價方法。研究選取4個施工站點（衡山路站、滄浪新城站、寶帶西路站、群星二路站）所影響的7條河流（環(huán)山河、一號河、吳宮港、九曲港、中心河、四號河、通園河）作為監(jiān)測對象，每條河流各設置1個監(jiān)測斷面，監(jiān)測區(qū)域范圍涉及蘇州的高新區(qū)、姑蘇區(qū)、吳中區(qū)、工業(yè)園區(qū)，使樣本更具代表性，見圖1。本研究所采用的水質數(shù)據(jù)為這7個斷面2015年1～3月 （未施工前），2015年4～6月（施工后）的平均監(jiān)測數(shù)據(jù)，選取溶解氧、化學需氧量、5日生化需氧量、氨氮、總磷5項評價指標。

圖 1 施工站點和監(jiān)測斷面的位置

3 評價結果與分析

3.1 五種評價方法的綜合比較

3.1.1 單因子評價法 單因子評價法根據(jù)各評價指標的水質類別，選取最差的水質類別作為該水體的評價結果，評價結果顯示除了一號河施工前為Ⅳ類水，其他河流施工前后水質級別都為Ⅴ類，相對于其他4種評價方法過于悲觀，而且未考慮各評價指標之間的聯(lián)系，不能客觀反映水體的綜合水質情況。

3.1.2 綜合污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)法評價結果顯示水質最差斷面為環(huán)山河，一號河水質相對較好，與其他幾種評價方法的評價結果和趨勢基本一致。由評價結果可知，綜合污染指數(shù)法在進行水質綜合評價時，其值越大水質越差，但數(shù)值大小只能反映水體的相對污染程度，無法對斷面水質類別進行定性判斷。水質綜合評價定量值變化較大，這是因為當某個評價指標過量超標時，對評價結果的影響比較大。如環(huán)山河施工前后的評價結果分別為30.98和31.98，主要是因為NH3-N過量超標導致的。

3.1.3 模糊綜合評價法 模糊綜合評價法考慮了水環(huán)境系統(tǒng)中的不確定性和模糊性，并對參與綜合評價的水質指標賦予相應的權重。模糊綜合評價法的評價結果相對于單因子評價法較好，相對于灰色關聯(lián)分析法和綜合水質標識指數(shù)法略差，這是因為對評價指標賦予權重后，超標的評價指標對水質等級的決定程度較大。結合綜合評價結果看，該法存在水質級別判斷不準的情況。如施工前中心河斷面的評價結果B={0.003 2，0.138 1，0.169 3，0.340 4，0.349 0}，水質綜合評價結果對Ⅳ類和Ⅴ類的隸屬度幾乎一樣，這樣會丟失較多有用信息。該法計算過程繁瑣，不便于大量數(shù)據(jù)的處理。

3.1.4 灰色關聯(lián)分析法 灰色關聯(lián)分析法的水質類別評價結果除個別點外（施工后的吳宮港斷面）和綜合水質標識指數(shù)法完全一致，由圖2可知，兩種方法的評價結果趨勢基本一致?；疑P聯(lián)分析法和模糊綜合評價法一樣也存在水質類別判斷不準的情況，如施工前四號河的評價結果Rj6={0.52，0.66，0.65，0.68，0.60}。在區(qū)分同一類別的水體時，模糊綜合評價法根據(jù)隸屬度的大小（如九曲港斷面水質施工前對Ⅴ類的隸屬度為0.77，施工后為0.91）來比較同類別的水體，灰色關聯(lián)分析法根據(jù)關聯(lián)度的大?。ㄈ鐓菍m港斷面水質施工前和Ⅳ類的關聯(lián)度為0.74，施工后為0.78）來比較同類別的水體。但這種區(qū)分同一類別水體的方法不直觀明了，且只能對同一河流斷面施工前后的水質進行比較分析，不同河流斷面之間沒有可比性。

3.1.5 綜合水質標識指數(shù)法 根據(jù)綜合評價結果表2可知，當參與綜合評價的指標水質為劣Ⅴ類時，灰色關聯(lián)分析法和模糊綜合分析法的評價結果一律為Ⅴ類，不能對劣Ⅴ類水的細化比較。綜合水質標識指數(shù)法以單因子指數(shù)法為基礎，解決了水質連續(xù)性描述問題，可以對劣Ⅴ類水進行合理的評價，評價結果更為接近水質的真實情況。綜合水質標識指數(shù)法能對河流水質進行定性和定量的評價，也能客觀準確的區(qū)分同一類別水體，而且同一河流斷面施工前后的評價結果能進行縱向比較（如吳宮港施工前后的評價結果分別為4.4和5.2，施工后水質變差），不同河流斷面的評價結果也能進行橫向比較（如施工前環(huán)山河和通園河的評價結果分別為8.1和5.7，相比較而言環(huán)山河水質較差）。評價結果直觀明了，操作簡便。

圖 2 5種河流水質評價方法的評價結果

表 2 5種河流水質評價方法的評價結果匯總

根據(jù)上述比較分析，將5種河流水質評價方法的特征進行歸納，結果見表3。

表 3 5種河流水質評價方法的特征

3.2 施工前后綜合比較

從表2和圖2中各種方法的評價結果來看，各河流斷面的水質都有所變差。單因子評價法施工前后的評價結果除一號河外沒有變化，都是Ⅳ類水，因此這種評價方法的評價結果很難反映出施工前后的水質變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評價結果直觀的看出施工前后水質的變化情況，但不能給出施工前后水質等級的變化；模糊綜合評價法和灰色關聯(lián)分析法能通過水質級別看出水質的變化情況，但當施工前后水質都為同一類水時，對比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；綜合水質標識指數(shù)法能通過定性和定量兩個方面對同一河流斷面施工前后的水質作出全面的評價，不同的河流斷面之間也能進行對比分析，評價結果直觀明了，易于分析，見圖3。施工前后，環(huán)山河和通園河的水質變化不大，主要因為環(huán)山河周圍河流眾多，施工并未阻止環(huán)山河與外界水系的溝通，通園河斷面施工處增加了涵管，左右水系仍有溝通，因此軌道交通施工對這兩條河流水質的影響不顯著。

圖 3 施工前后水質評價結果對比

4 結語

河流水質評價方法眾多，每種評價方法各有特色，適用條件也有所差異，評價時應根據(jù)水體的實際情況來選擇最佳的評價方法?；诖?，文中選用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色關聯(lián)分析法、綜合水質標識指數(shù)法對城市建設項目施工斷河前后的7個河流斷面進行水質評價。單因子評價法評價方式簡單，但評價結果很難反映施工前后的水質變化情況；綜合污染指數(shù)法能通過評價結果直觀的看出施工前后水質的變化情況，但不能給出施工前后水質等級的變化；模糊綜合評價法和灰色關聯(lián)分析法能通過水質級別看出水質的變化情況，但當施工前后水質都為同一類水時，對比起來不夠直觀，不適合大量數(shù)據(jù)的比較分析；相比之下，綜合水質標識指數(shù)法能對水質進行定性和定量的評價，客觀準確地區(qū)分同一類別水體，能對劣Ⅴ類水進行細化比較，同一河流斷面施工前后的評價結果能進行縱向比較，不同河流斷面的評價結果也能進行橫向比較，且評價結果直觀明了，操作簡便。

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Comparison of application of different water quality evaluation methods in urban river water quality assessment

CHEN Hui1,GU Jianhui2,LI Zhiyuan2

（1.Suzhou Rail Transportation Group Co.,Ltd,Suzhou 215004,China;2.School of Environmental Science and Engineering,SUST,Suzhou 215009,China)

In order to study the influence of the construction of urban construction projects on the water quality of urban river and select the scientific and reasonable method for the river water quality assessment,different methods such as the single factor evaluation,the comprehensive pollution index,the fuzzy comprehensive evaluation,the grey correlation analysis and the comprehensive water quality identification index were used to assess the water quality of typical section of the river influenced by the construction of urban construction projects. Comparative evaluation results show that river water quality mostly belongs to IV and V before construction and deteriorates slightly after construction.Among the methods,the comprehensive water quality identification index can be used for qualitative and quantitative evaluation of water quality,distinguishes the same type of water body objectively and accurately,and compares in detail different kinds of water,making longitudinal comparison of evaluation results before and after construction of the same river section and horizontal comparison of the evaluation results of different river sections.The evaluation results are intuitive and clear,and the evaluation is easy to operate.Therefore,the comprehensive water quality identification index method is the best choice in the five kinds of evaluations on river water quality in this study.

river water quality evaluation;evaluation method;comprehensive water quality identification index method;construction of urban construction projects

X824

A

2096-3270（2017）01-0042-05

（責任編輯：經(jīng)朝明）

2016-10-31

江蘇省水利科技項目（2014060）；蘇州市水利科技項目（SZZG06YJ1030010）

陳 輝（1984-），男，陜西蒲城人，中級工程師，碩士。