基于水質標準化處理的海水水質評價方法*

高磊，鞠蓮

(國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033)

?

基于水質標準化處理的海水水質評價方法*

高磊，鞠蓮

(國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033)

在海水水質多因子綜合評價法的基礎上，對海水水質進行標準化分析，得到海水污染指數(shù)綜合評價方法，克服了標準邊界過于明確等問題，可用于評價結果的圖形化制作。實例表明，該方法評價結論比較適中。

水質評價；標準化；海水污染指數(shù)

目前海水水質評價有多種方法，總體可分為單因子評價法和多因子綜合評價法兩種類型。海水水質評價常采用單因子指數(shù)法，該方法簡便易行，可以迅速直觀地得到水質各參數(shù)的污染狀況，但該方法缺少綜合結論，可以作為綜合評價的基礎步驟；多因子綜合評價法考慮多種水質因子，并采用加權平均來計算的水質評價法，總體上是可以基本反映水體污染性質與程度。

1 常用評價方法介紹

1.1 單因子評價法

該方法是根據(jù)幾種評價因子中污染最為嚴重的因子所屬的水質類別來確定水體的總體水質類別。該方法操作簡單，只要一次判別出所選擇的每個因子的水質類別，然后以最差的類別作為水質綜合評價的類別即可。目前海水水質評價常采用該方法。

該方法操作簡便，有借鑒意義，但具有較大的片面性，評價結果最為悲觀。

1.2 多因子綜合評價法

多因子綜合評價則有多種方法，如灰色評價法，基于矩陣運算的評價方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、模糊綜合評判法等[1-2]，比較常用的是內梅羅指數(shù)法。

內梅羅指數(shù)法是當前最常用的綜合污染指數(shù)評價方法[3]，是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環(huán)境質量指數(shù)。其基本公式為:

式中：Ci為水中i項目的監(jiān)測濃度；Li為i項目海水環(huán)境質量標準值濃度。

由此可以看出，內梅羅指數(shù)法用來判斷綜合水質相對于水環(huán)境功能區(qū)的達標程度，PI≤1，表明綜合水質達標；否則綜合水質超標。

該方法通過簡單的數(shù)學計算得到綜合指數(shù)，方法簡便，既考慮了污染最嚴重的因子，同時也采用了單因子指數(shù)的平均值，因此評價結果過于樂觀。

2 基于水質標準化處理——綜合污染指數(shù)法

2.1 海水水質數(shù)據(jù)標準化研究

首先將海水環(huán)境要素水質數(shù)據(jù)進行評價指標標準化處理，根據(jù)海水環(huán)境要素水質數(shù)據(jù)和海水水質標準(GB 3097-1997)[4]，將各監(jiān)測要素的值進行標準化，并劃分為不同的等級。

海水質量指數(shù)

式中：Ii是某監(jiān)測站位各監(jiān)測要素的標準化指數(shù)；Ci是各監(jiān)測要素監(jiān)測值；CUi和CLi分別表示表1 中各監(jiān)測要素海水水質標準的大值和小值(例：如CDIN的數(shù)值為0.35，在標準化指數(shù)2、3之間，則CUDIN取0.40、CLDIN取0.30)；IUi和ILi分別表示該監(jiān)測要素所在表1中數(shù)值區(qū)間標準化指數(shù)的大值和小值(例如：CDIN的數(shù)值為0.35，在標準化指數(shù)2、3之間，則IUDIN取3、ILDIN取2)。

在計算IDO時，CUi和CLi分別取倒數(shù)；

在計算IpH時，(CUi-CLi)取0.2或者0.5，見表1，同時pH值的Ci值取為該監(jiān)測站位的初始值與全部監(jiān)測站位的平均值差值的2倍。

表1 海水質量指數(shù)計算表格

注：除pH外，各要素單位為(mg/L).

2.2 評價方法研究

各評價因子的權重可通過公式

式中：ωi為不同監(jiān)測要素的權重，基本原則是根據(jù)海水要素的污染情況，污染較重的權重較大，該權重方法可進一步探討，∑ωi=0。

2.3 方法特點

(1)根據(jù)各環(huán)境要素污染情況，賦予不同的權重，突出反映污染較重的要素。

(2)克服標準邊界過于明確等問題，通過水質數(shù)據(jù)標準化處理后，海水污染指數(shù)可以是一個具體的數(shù)值而非明確的幾類水質。

(3)評價后得到的結果是數(shù)值形式，可將數(shù)值評價結合空間分析、繪圖軟件形成更直觀的圖形化評價產(chǎn)品。利用軟件選擇適合的插值方法，對海水污染指數(shù)進行柵格化，形成包含經(jīng)度、緯度、海水污染指數(shù)的文件，再利用繪圖軟件可制成等值線圖，以便在面對公眾時能具有更好的信息傳達效果。

3 應用實例

以渤海某次調查的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，利用以上水質評價的方法對海水環(huán)境進行評價，該監(jiān)測區(qū)域內布設監(jiān)測站位5個，監(jiān)測項目10項，監(jiān)測結果如表2所示。

表2 渤海某項目水質監(jiān)測結果 mg/L

3.1 評價結果

根據(jù)各海水要素監(jiān)測數(shù)據(jù)，參考海水水質標準(GB 3097-1997)，按照各方法運算要求及步驟，其中內梅羅指數(shù)法采用的水質標準為一類海水水質標準，分別得到評價結果(表3)。

表3 各方法評價結果

由評價結果可以看出，各評價方法評價結果不同，單因子評價法結果最為悲觀，對該海域總體評價結果為劣Ⅳ類；內梅羅指數(shù)法和綜合評價法各站位評價結果略有不同，但內梅羅指數(shù)法對該海域總體評價結論為未達標，等級劃分為Ⅲ；綜合污染指數(shù)法對海域總體評價結論為Ⅳ。不同評價方法產(chǎn)生不同結果的原因是由于對單因子依賴結果的不同及各指標權重的確定方法不同所致。

3.2 結果分析

(1)單因子評價法只考慮污染最嚴重的因子，其他因子作用被弱化，具有一定的片面性，無法反應整體污染情況。

(2)內梅羅指數(shù)法，特別考慮了污染最嚴重的因子，同時也取單因子指數(shù)的平均值，但未考慮整體海水污染要素的復雜性，因此評價結果較樂觀。

(3)綜合污染指數(shù)法解決了水質評價的連續(xù)性描述問題，對不同污染級別的要素賦予不同的權重，評價結果較為適中。

4 討論

海水系統(tǒng)是一個復雜的多因子系統(tǒng)，海水是一個動態(tài)連通的整體，各評價因子之間存在互相的影響關系，不同的污染物危害程度不同，且濃度與毒性不成簡單的比例關系，在實際的水質評價中，應充分考慮評價海域水環(huán)境的特征，因地制宜地選取評價因子和評價方法。

[1] 張戈，于大濤，袁仲杰，等.海水水質評價方法比較分析[J]. 海洋開發(fā)與管理，2009，26(10):102-105.

[2] 尹海龍，徐祖信.河流綜合水質評價方法比較研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2008，17(5):729-733.

[3] 馮華. 淺談水質評價方法[J]. 水利科技與經(jīng)濟，2014，20(3):15-16.

[4] GB3097—1997海水水質標準[S].

國家海洋局海洋公益性項目(201305003)；山東省防災減災基金項目(2011008).

P74; X824

A

1005-9857(2015)11-0083-03