楊剛明，龐 燕

（1.湖北省生態(tài)環(huán)境廳孝感生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖北 孝感 432100；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100012）

我國(guó)河流水質(zhì)評(píng)價(jià)起步于20世紀(jì)50年代末，近些年得到迅速發(fā)展，早期河流水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法可歸納為三大類，即單因子評(píng)價(jià)法、水質(zhì)指數(shù)法和不確定性方法[1-11]。目前，河流水質(zhì)評(píng)價(jià)一般采用《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》[12]的推薦方法——斷面水質(zhì)類別比例法，即根據(jù)河流中各水質(zhì)類別的斷面數(shù)占河流評(píng)價(jià)斷面總數(shù)的百分比來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)，評(píng)價(jià)結(jié)果屬于定性評(píng)價(jià)?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》對(duì)河流的綜合評(píng)估進(jìn)行規(guī)范，但從實(shí)踐來(lái)看，這種評(píng)估方法存在一定不足。一是河流水質(zhì)的定性評(píng)價(jià)分類不能嚴(yán)格對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[13]，二是人為操作可導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果存在不確定性。按照斷面水質(zhì)類別比例法，斷面的選擇將直接影響計(jì)算比例，從而決定河流水質(zhì)評(píng)估結(jié)果。若去掉一些水質(zhì)較差的斷面，則可使評(píng)估結(jié)果變好，這給評(píng)估帶來(lái)一定的不可靠性。從方法構(gòu)建分析，該方法未將斷面水質(zhì)的河段代表性納入評(píng)價(jià)，僅對(duì)斷面水質(zhì)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果不能指示整體河流水質(zhì)，因此存在原理缺陷。本文以水環(huán)境容量為計(jì)算原理，全面納入河流基本水文參數(shù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)值兩項(xiàng)因子，構(gòu)建基本反映整體河流水質(zhì)的評(píng)估方法，力求消除《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》的不足。

1 計(jì)算方法

水環(huán)境容量[14]為在滿足水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下河流所能容納的污染物總量。水環(huán)境容量有多種定量評(píng)價(jià)方式。定義單元水體為水質(zhì)均勻的一個(gè)水體，如一杯水。單元水體的水環(huán)境容量可以用單元水體現(xiàn)狀等級(jí)和體積的乘積來(lái)相對(duì)衡量，其被稱為相對(duì)環(huán)境容量，數(shù)值越大，則水體環(huán)境容量越小。單元水體的相對(duì)環(huán)境容量采用式（1）計(jì)算。河流水質(zhì)及水文在流向上不是恒定的，基于單元水體的定義，可以認(rèn)為河流是無(wú)限個(gè)單元水體的集合。對(duì)應(yīng)單元水體相對(duì)環(huán)境容量的定義，河流的相對(duì)環(huán)境容量為無(wú)限個(gè)單元水體相對(duì)環(huán)境容量的集合，其計(jì)算公式如式（2）所示。利用式（1），可以根據(jù)式（2）計(jì)算結(jié)果推出河流現(xiàn)狀等級(jí)，如式（3）所示。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以認(rèn)為河流x處的斷面面積恒定，將式（3）轉(zhuǎn)化為式（4）。

式中：Crel為單元水體的相對(duì)環(huán)境容量，m3；Lw為單元水體的水質(zhì)等級(jí)，對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的水質(zhì)類別等級(jí)，質(zhì)量次于Ⅴ類的水質(zhì)類別等級(jí)定義為6；Q為單元水體的體積，m3；CRrel為河流的相對(duì)環(huán)境容量，m3；Lw(x)為河流下游x處斷面的水質(zhì)等級(jí)；S(x)為河流下游x處斷面面積，m2；LRw為河流質(zhì)量指數(shù)；L為河流評(píng)價(jià)區(qū)間的長(zhǎng)度，m。

實(shí)際河流監(jiān)測(cè)布點(diǎn)以離散斷面的形式展開(kāi)，數(shù)量是有限的，因此計(jì)算需要使用基于離散的數(shù)值公式?；谑剑?）的數(shù)學(xué)定義，可以推導(dǎo)計(jì)算公式。河流上n個(gè)斷面點(diǎn)位示意圖如圖1所示。其中，Lwj（j=1,2,…,n）為河流方向第j個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)等級(jí)，Xj（j=1,2,…,n）為河流方向第j個(gè)監(jiān)測(cè)斷面距離評(píng)估源頭的距離，km。

圖1 河流監(jiān)測(cè)斷面

對(duì)于各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面之間的水體水質(zhì)等級(jí)，可以使用理想估值進(jìn)行計(jì)算，如式（5）所示。河流質(zhì)量指數(shù)采用式（6）計(jì)算，計(jì)算過(guò)程的本質(zhì)是利用斷面水質(zhì)，基于長(zhǎng)度權(quán)重進(jìn)行平均計(jì)算。實(shí)際計(jì)算可以采用分步驟表格，也可以編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序完成。

2 評(píng)估案例實(shí)踐

澴河為長(zhǎng)江二級(jí)支流，古稱澴水，發(fā)源于河南省信陽(yáng)市羅山縣與湖北省孝感市大悟縣接壤的靈山。流域主要在湖北省孝感市境內(nèi)，干流全長(zhǎng)為150.8 km，流域面積為3 618 km2。澴河流經(jīng)大悟縣、孝昌縣和孝南區(qū)，在孝南區(qū)臥龍鄉(xiāng)與府河匯合后稱府澴河，然后匯入長(zhǎng)江。2020年，采用斷面水質(zhì)類別比例法和河流質(zhì)量指數(shù)，開(kāi)展?jié)缀铀|(zhì)評(píng)估，結(jié)果如表1所示。環(huán)境質(zhì)量月報(bào)[15-18]未使用全部監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行評(píng)估，所以其評(píng)估結(jié)果和全斷面評(píng)估結(jié)果存在差別，例如，7月和9月都出現(xiàn)評(píng)估結(jié)果不同的情況，這也反映出《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》的不足。

表1 河流質(zhì)量指數(shù)評(píng)估結(jié)果

當(dāng)前，地表水Ⅲ類為全國(guó)主要水體的期望類別指標(biāo)，若水質(zhì)劣于Ⅲ類，則可以認(rèn)為水體存在不同級(jí)別的污染。以表1 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將劣于Ⅲ類斷面比例作為輸入，將河流質(zhì)量指數(shù)作為輸出，通過(guò)一次線性擬合進(jìn)行相關(guān)性分析。河流質(zhì)量指數(shù)與河流劣于Ⅲ類斷面比例的相關(guān)性分析如圖2所示。經(jīng)一次線性擬合，河流質(zhì)量指數(shù)能夠較好地反映劣于Ⅲ類斷面比例，相關(guān)系數(shù)為0.892 5，滿足指標(biāo)要求[19]。

圖2 相關(guān)性分析

從案例實(shí)踐來(lái)看，基于長(zhǎng)度權(quán)重的河流質(zhì)量指數(shù)基本能夠科學(xué)地反映整體河流水質(zhì)，評(píng)估結(jié)果為純數(shù)字量值。本次計(jì)算以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的水質(zhì)等級(jí)加權(quán)得到，因此計(jì)算結(jié)果和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的水質(zhì)類別量值具有同樣的含義。當(dāng)某次河流質(zhì)量指數(shù)大，同時(shí)參與計(jì)算的實(shí)際監(jiān)測(cè)點(diǎn)位較少時(shí)，根據(jù)計(jì)算原理，此河流質(zhì)量指數(shù)準(zhǔn)確性較差。此種條件下，對(duì)于上下游水質(zhì)趨向變好的局部河段，如果引入新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，河流質(zhì)量指數(shù)可能會(huì)減小，促進(jìn)管理者實(shí)施加密監(jiān)測(cè)。同時(shí)，根據(jù)計(jì)算原理，加密監(jiān)測(cè)不會(huì)使結(jié)果不可靠，相反會(huì)使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，這和《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》中選擇斷面帶來(lái)的偏差有本質(zhì)的區(qū)別，也表明該計(jì)算方法可以消除《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》的缺陷。

3 指數(shù)分級(jí)

為科學(xué)利用河流質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行河流水質(zhì)評(píng)估，要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化。指數(shù)分級(jí)有3 個(gè)基本原則。一是參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的類別量級(jí)分配。二是和《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》的斷面水質(zhì)類別比例法分類基本對(duì)應(yīng)。三是量值區(qū)間基本合理。根據(jù)實(shí)踐，目前推薦的河流質(zhì)量指數(shù)評(píng)估分級(jí)如表2所示?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法（試行）》將水質(zhì)分為5 級(jí)，而河流質(zhì)量指數(shù)評(píng)估將水質(zhì)分為4 級(jí)，將優(yōu)和良兩級(jí)合并。當(dāng)前，國(guó)家考核任務(wù)是基于保證地表水水質(zhì)至少達(dá)到Ⅲ類這一目標(biāo)來(lái)設(shè)置的，因此將優(yōu)良兩級(jí)合并符合實(shí)際考核需求。

表2 河流質(zhì)量指數(shù)評(píng)估分級(jí)

4 結(jié)論

基于長(zhǎng)度權(quán)重的河流質(zhì)量指數(shù)基本能夠科學(xué)地反映河流整體水質(zhì)，其量值可以和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）基本對(duì)應(yīng)，方便驗(yàn)證河流水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果。該方法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果直觀，它可以作為河流水質(zhì)評(píng)價(jià)的補(bǔ)充方法。要進(jìn)一步精化河流質(zhì)量指數(shù)分級(jí)，制定應(yīng)用該方法的斷面清單規(guī)范。近年來(lái)，水環(huán)境監(jiān)測(cè)的斷面覆蓋度加大，這給河流質(zhì)量指數(shù)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。為了盡可能精準(zhǔn)獲得計(jì)算值，要規(guī)定最小監(jiān)測(cè)斷面數(shù)量，要求計(jì)算斷面清單執(zhí)行應(yīng)納盡納的原則。未來(lái)，該方法可以用于計(jì)算湖庫(kù)水質(zhì)指數(shù)，評(píng)估區(qū)域水體綜合質(zhì)量。