標(biāo)識污染功能指數(shù)的創(chuàng)建及在漢江水質(zhì)測評中的應(yīng)用

劉超，成定北，李寒松，李志安，李昊，成國俊，王霞

1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100

2.安康市水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗(yàn)站，陜西 安康 725021

3.咸陽市渭城區(qū)動物衛(wèi)生監(jiān)督所，陜西 咸陽 712000

標(biāo)識污染功能指數(shù)的創(chuàng)建及在漢江水質(zhì)測評中的應(yīng)用

劉超1，成定北2，李寒松2，李志安2，李昊2，成國俊2，王霞3

1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100

2.安康市水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗(yàn)站，陜西 安康 725021

3.咸陽市渭城區(qū)動物衛(wèi)生監(jiān)督所，陜西 咸陽 712000

為準(zhǔn)確測評漢江安康段水質(zhì)，基于水體水質(zhì)評價(jià)的確定性方法，以GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》建立標(biāo)識污染功能指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)測評，并與以GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》建立的污染指數(shù)測評結(jié)果作比較。結(jié)果表明：漢江安康段為地表水Ⅱ類水質(zhì)，為宜漁水體區(qū)，屬氮磷輕微污染水域。標(biāo)識污染功能指數(shù)測評結(jié)果與疊加污染指數(shù)法、算術(shù)平均污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法高度擬合，能準(zhǔn)確表達(dá)水體質(zhì)量和功能，并可進(jìn)行水體間相互比較。說明標(biāo)識污染功能指數(shù)可作為漢江水體的測評指標(biāo)。

水質(zhì)評價(jià)方法；河流污染；標(biāo)識污染功能指數(shù)

由于不確定型水質(zhì)評價(jià)時(shí)會受較多因素影響，如以模糊評價(jià)[1-2]和灰色評價(jià)[3-4]為主的評價(jià)方法確定參評指標(biāo)權(quán)重時(shí)主觀因素影響較重，主成分分析法低估了非主體成分的影響[5-6]，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法[7]計(jì)算復(fù)雜，難以推廣應(yīng)用，因此提出了確定性水質(zhì)評價(jià)[8]方法。如王妮娜等[9-10]研究了水體COD、BOD與DO濃度之間線性相關(guān)及COD與BOD的季節(jié)變化；唐立新等[11]用標(biāo)識指數(shù)的單因子方法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)；胡成等[12-14]對標(biāo)識指數(shù)法進(jìn)行改進(jìn)建立了改進(jìn)法；范志鋒等[15]校驗(yàn)了標(biāo)識指數(shù)法；郭明明[16]用去除pH、點(diǎn)狀量化DO為定值的方法，減少pH指標(biāo)選擇和DO向量化對指數(shù)值的影響。但上述方法都是基于地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，比較不同指數(shù)對水體污染程度的表達(dá)，對參評指標(biāo)pH的點(diǎn)集聚性狀和DO的反向影響研究甚少，且對質(zhì)量相近水體難以區(qū)別。

漢江是南水北調(diào)的主體水源[17]，在陜西安康市境內(nèi)長346 km。近年來安康市通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)水產(chǎn)業(yè)向生態(tài)型[18]集約化發(fā)展[19]，對水源的保護(hù)極為重要。王秋利等[20-21]對漢江安康段水資源及污染狀況進(jìn)行了調(diào)查；劉秀華等[22]研究了漢江水體對丹江口水庫水質(zhì)影響。為準(zhǔn)確表達(dá)水體質(zhì)量和功能，筆者根據(jù)漢江安康段水質(zhì)測定結(jié)果，通過限權(quán)pH(7.5)，點(diǎn)狀標(biāo)量化DO(7.5)，以GB 11607—1989《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[23]和GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[24]為基準(zhǔn)，結(jié)合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[25]，比較了不同評價(jià)法所得漢江水體污染指數(shù)，同時(shí)建立了漢江標(biāo)識污染功能指數(shù)水質(zhì)評價(jià)方法。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

水樣采自漢江安康段，從上游到下游依次設(shè)置了石泉小剛橋(入康點(diǎn))、紫陽漢王鎮(zhèn)、紫陽漢江、瀛湖翠屏島、白河出陜斷面(出康點(diǎn))5個(gè)斷面(圖1)。采樣深度位于水面下1 m處；參照HJ 494—2009《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》方法瞬時(shí)取樣；采集后的樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室保存并測定；采樣時(shí)間為2014年的3月、7月和10月(分別對應(yīng)冬季庫區(qū)不投餌水體、投餌養(yǎng)殖季節(jié)水體和投餌養(yǎng)殖季節(jié)后水體)；每個(gè)采樣月分別在10日、20日和30日采樣3次，以3個(gè)樣品的均值作為該月檢測結(jié)果。

圖1 采樣點(diǎn)示意Fig.1 The sampling locations

1.2 理化指標(biāo)測定

采集后的水樣按照表1方法測定pH、溶解氧(DO)濃度、化學(xué)需氧量(CODMn)、5日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)濃度、總磷(TP)濃度、總氮(TN)濃度7項(xiàng)理化指標(biāo)。

表1 水樣水質(zhì)測定方法

1.3 確定型水質(zhì)評價(jià)污染指數(shù)計(jì)算方法

1.3.1 標(biāo)識污染功能指數(shù)法

標(biāo)識污染功能指數(shù)定義為水質(zhì)理化指標(biāo)實(shí)測值與該水體用途功能標(biāo)準(zhǔn)值之比，其計(jì)算公式為：

Pi=CiSi

式中：C1為實(shí)測值，C2為功能用途標(biāo)準(zhǔn)值，.為比例關(guān)系，C1.C2為水質(zhì)標(biāo)識污染功能指數(shù)符號；Pi為污染指標(biāo)的單因子水質(zhì)指數(shù)，即每個(gè)指標(biāo)所占權(quán)重；Ci為第i個(gè)指標(biāo)實(shí)測值；Si為第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，其中，pH為7.5，DO、NH3-N和TN濃度分別為7.5、0.05和0.05 mgL(GB 11607—1989標(biāo)準(zhǔn)限值)，TP濃度、CODMn和BOD5分別為0.1、4.0和3.0 mgL(GB 3838—2002中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值)；n為參評指標(biāo)的數(shù)目；i為參評項(xiàng)目的起始數(shù)。

1.3.2 疊加污染指數(shù)法與算術(shù)平均污染指數(shù)法

疊加污染指數(shù)(I)及算術(shù)平均污染指數(shù)(PI)計(jì)算公式為：

PI=In

式中Si′對應(yīng)各指標(biāo)GB 3838—2002的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

1.3.3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

漢江安康段水質(zhì)內(nèi)梅羅污染指數(shù)(SI)計(jì)算公式：

SI={[(Ci2}

式中Si″分別對應(yīng)GB 3838—2002的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值(內(nèi)梅羅污染指數(shù)1，SI-1)和GB 11607—1989標(biāo)準(zhǔn)限值〔內(nèi)梅羅污染指數(shù)2(標(biāo)識污染功能指數(shù))，SI-2〕計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

以GB 11607—1989和GB 3838—2002評估各采樣點(diǎn)樣品測定結(jié)果，進(jìn)行q檢驗(yàn)方差分析，對差異顯著項(xiàng)目再進(jìn)行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 測定結(jié)果

各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)理化指標(biāo)測定結(jié)果見表2。

表2 2014年漢江安康段水質(zhì)理化指標(biāo)測定結(jié)果

Table 2 The physicochemical index of the Ankang section of Hanjiang River in 2014 mgL

表2 2014年漢江安康段水質(zhì)理化指標(biāo)測定結(jié)果

采樣點(diǎn)月份pHDO濃度CODMnBOD5Np-N濃度TP濃度1)TN濃度石泉小剛橋(入康點(diǎn))37.63±0.027.62±0.151.9±0.012.2±0.040.371±0.0220.010±0.010.389±0.01278.11±0.046.87±0.091.9±0.022.1±0.030.220±0.0080.023±0.0020.389±0.009107.26±0.037.91±0.072.1±0.011.7±0.040.132±0.0070.022±0.0010.620±0.008年均值7.67(Ⅰ)7.47(Ⅰ)1.97(Ⅰ)2.0(Ⅰ)0.241(Ⅱ)0.018A(Ⅰ)0.466(Ⅱ)紫陽漢王鎮(zhèn)37.60±0.067.60±0.111.8±0.022.2±0.020.351±0.0040.030±0.0010.366±0.00878.00±0.116.88±0.061.9±0.042.0±0.020.250±0.0060.043±0.0030.339±0.008107.23±0.137.90±0.092.0±0.061.8±0.040.130±0.0060.030±0.0020.420±0.013年均值7.61(Ⅰ)7.46(Ⅰ)1.90(Ⅰ)2.0(Ⅰ)0.244(Ⅱ)0.034(Ⅱ)0.375(Ⅱ)紫陽漢江37.82±0.027.90±0.061.9±0.032.2±0.050.155±0.0050.030±0.0030.303±0.00777.72±0.047.04±0.022.0±0.051.8±0.050.257±0.0120.024±0.0040.361±0.005107.33±0.087.98±0.132.0±0.041.7±0.010.153±0.0040.034±0.0050.630±0.005年均值7.62(Ⅰ)7.98(Ⅰ)1.97(Ⅰ)1.9(Ⅰ)0.188a(Ⅱ)0.029(Ⅱ)0.431(Ⅱ)瀛湖翠屏島37.50±0.067.40±0.081.6±0.032.0±0.020.355±0.0090.031±0.0020.336±0.01477.40±0.086.80±0.041.8±0.022.2±0.020.255±0.0080.044±0.0020.369±0.006107.63±0.137.41±0.052.1±0.022.0±0.020.160±0.0030.036±0.0020.408±0.004年均值7.51(Ⅰ)7.20(Ⅰ)1.83(Ⅰ)2.07(Ⅰ)0.257(Ⅱ)0.037(Ⅱ)0.371a(Ⅱ)白河出陜斷面(出康點(diǎn))37.42±0.127.42±0.042.0±0.042.3±0.020.360±0.0110.019±0.0010.418±0.01177.29±0.147.00±0.032.0±0.102.3±0.070.283±0.0120.039±0.0010.418±0.009107.82±0.077.68±0.032.1±0.082.0±0.040.233±0.0050.031±0.0010.688±0.005年均值7.51(Ⅰ)7.37(Ⅰ)2.03(Ⅱ)2.20(Ⅰ)0.292(Ⅱ)0.030(Ⅱ)0.508(Ⅲ)漢江安康段年均值7.58(Ⅰ)7.50(Ⅰ)1.94(Ⅰ)2.03(Ⅰ)0.244(Ⅱ)0.030(Ⅱ)0.430(Ⅱ)

注：pH無量綱；同列肩標(biāo)小寫字母不同者為顯著差異(P<0.05),大寫字母不同者為極顯著差異(P<0.01)；括號中數(shù)值為符合GB 3838—2002標(biāo)準(zhǔn)限值的類別。

1)TP濃度執(zhí)行GB 11607—1989水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)執(zhí)行GB 3838—2002水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

由表2可知，入康點(diǎn)水質(zhì)理化指標(biāo)中達(dá)到GB 3838—2002標(biāo)準(zhǔn)限值中Ⅰ類水質(zhì)的為5項(xiàng)，Ⅱ類水質(zhì)為2項(xiàng)；出康點(diǎn)水質(zhì)理化指標(biāo)中達(dá)到GB 3838—2002標(biāo)準(zhǔn)限值中Ⅰ類水質(zhì)的為3項(xiàng)，Ⅱ類水質(zhì)為3項(xiàng)，Ⅲ類水質(zhì)為1項(xiàng)(TN濃度)。入康點(diǎn)TP濃度(P<0.01)、瀛湖翠屏島TN濃度(P<0.05)低于其他各采樣點(diǎn)，出康點(diǎn)TN濃度升高(P>0.05)。TP濃度呈顯著變化(P<0.01)，由入康點(diǎn)的Ⅰ類水質(zhì)升高到Ⅱ類水質(zhì)(相鄰監(jiān)測點(diǎn)紫陽漢王鎮(zhèn))，且一直維持到出康點(diǎn)；其次是TN濃度，由入康點(diǎn)Ⅱ類水質(zhì)上升到出康點(diǎn)的Ⅲ類水質(zhì)(P>0.05)，瀛湖翠屏島TN濃度顯著低于上游和下游點(diǎn)位(P<0.05)。pH、DO濃度、CODMn、BOD5、NH3-N濃度等5項(xiàng)指標(biāo)無顯著變化(P>0.05)，其中，NH3-N濃度穩(wěn)定在Ⅱ類水質(zhì)，CODMn在出康點(diǎn)上升到Ⅱ類水質(zhì)，pH、DO濃度、BOD5穩(wěn)定在Ⅰ類水質(zhì)。

2.2 年度水質(zhì)評估

由表2可知，pH、DO濃度、CODMn、BOD5均達(dá)到GB 3838—2002中的Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，但NH3-N濃度、TP濃度、TN濃度未達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)要求，因此漢江整體屬Ⅱ類水質(zhì)。漢江污染屬北方江河氮磷污染型[26]，處于輕度污染期[27]。

2.3 水質(zhì)季節(jié)變化分析

根據(jù)不同月的測定結(jié)果(表3)可知，TN濃度在3月和7月達(dá)到GB 3838—2002中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值，10月升高到Ⅲ類(P<0.01)；CODMn在3月和7月達(dá)到Ⅰ類，10月上升到Ⅱ類(P>0.05)。季節(jié)變化表現(xiàn)為：pH先升后降(P>0.05)；DO濃度和BOD5(P<0.01)及NH3-N濃度(P<0.05)逐漸下降；CODMn(P>0.05)和TN濃度逐漸升高(P<0.01)；TP濃度快升(P<0.01)慢降(P>0.05)。

表3 漢江安康段水質(zhì)不同月測定平均值差異分析

Table 3 The seasonal difference analysis of the Ankang section of Hanjiang River in different months mgL

表3 漢江安康段水質(zhì)不同月測定平均值差異分析

月份pHDO濃度CODMnBOD5Np-N濃度TP濃度TN濃度37107.59(Ⅰ)7.70(Ⅰ)7.45(Ⅰ)7.59(Ⅰ)6.92A(Ⅰ)7.78(Ⅰ)1.84(Ⅰ)1.92(Ⅰ)2.06(Ⅱ)2.18(Ⅰ)2.04(Ⅰ)1.84A(Ⅰ)0.318c(Ⅱ)0.252b(Ⅱ)0.162a(Ⅱ)0.024A(Ⅱ)0.035(Ⅱ)0.031(Ⅱ)0.362(Ⅱ)0.375(Ⅱ)0.553A(Ⅲ)

注：同表2。

2.4 相關(guān)分析

各理化指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示。由表4可見，pH與DO濃度、TP濃度呈中度負(fù)相關(guān)；DO濃度與TN濃度呈中度正相關(guān)，與BOD5、NH3-N濃度、TP濃度呈中度負(fù)相關(guān)；CODMn與TN濃度呈強(qiáng)正相關(guān)，與BOD5、NH3-N濃度呈中度負(fù)相關(guān)，張晟等[28]

證實(shí)水庫水體CODMn與BOD5存在線性回歸關(guān)系；BOD5與NH3-N濃度呈強(qiáng)正相關(guān)，與TN濃度呈中度負(fù)相關(guān)；NH3-N濃度與TN濃度呈中度負(fù)相關(guān)。R2檢驗(yàn)顯示，NH3-N濃度與CODMn、BOD5顯著呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)(P<0.05)，TN濃度與CODMn呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表4 相關(guān)系數(shù)計(jì)算分析結(jié)果

注：同行肩標(biāo)小寫字母不同者為顯著相關(guān)(P<0.05)，大寫字母不同者為極顯著相關(guān)(P<0.01)。

2.5 回歸分析

對相關(guān)系數(shù)顯著和極顯著變量之間建立回歸方程。BOD5與NH3-N濃度存在線性回歸關(guān)系y=1.492x+1.668(圖2)。式中：x為NH3-N濃度；y為BOD5。CODMn與NH3-N濃度存在線性回歸關(guān)系y=2.151-0.863x(圖3)。式中：x為NH3-N濃度；y為CODMn。CODMn與TN濃度存在線性回歸關(guān)系y=0.702x+1.637(圖4)。式中：x為TN濃度；y為CODMn。結(jié)果表明，漢江安康段水質(zhì)CODMn高低可預(yù)示水體中TN濃度的多少；根據(jù)CODMn還可預(yù)測NH3-N濃度。測定了水體NH3-N濃度可通過回歸方程計(jì)算BOD5。

圖2 BOD5與NH3-N濃度的線性回歸關(guān)系Fig.2 The linear regression BOD5 with NH3-N

圖3 CODMn與NH3-N濃度的線性回歸關(guān)系Fig.3 The linear regression CODMn with NH3-N

圖4 CODMn與TN濃度的線性回歸關(guān)系Fig.4 The linear regression CODMn with TN

2.6 水質(zhì)評價(jià)

以確定性評價(jià)的單因子評價(jià)法和綜合指數(shù)法計(jì)算水質(zhì)參數(shù)，結(jié)果見表5。

2.6.1 單因子法

單因子評價(jià)法為一票否決[29]，徐祖信[30]將單因子水質(zhì)指數(shù)做量綱化處理(整數(shù)1位，小數(shù)1位)，與超標(biāo)數(shù)混合編碼(如全年水質(zhì)為2.4，且超標(biāo)數(shù)3個(gè)，即為2.43)，構(gòu)成標(biāo)識指數(shù)以識別水體信息，但該方法未考慮水體用途功能，且僅有數(shù)據(jù)前2位難以區(qū)別水質(zhì)接近的水體。筆者以水體用途功能為參照，構(gòu)建水體標(biāo)識污染功能指數(shù)，保留4位小數(shù)，可比較相近水體水質(zhì)。結(jié)果表明，出康點(diǎn)及10月的水質(zhì)為Ⅲ類，其余點(diǎn)位及季節(jié)為Ⅱ類。達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)的為TN污染，Ⅱ類水質(zhì)的為NH3-N、TP和TN污染。在7項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中，入康點(diǎn)有5項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)，2項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)；中間點(diǎn)位有4項(xiàng)指標(biāo)為Ⅰ類水質(zhì)，2～3項(xiàng)指標(biāo)為Ⅱ類水質(zhì)；到出康點(diǎn)有3項(xiàng)指標(biāo)為Ⅰ類水質(zhì)，3項(xiàng)指標(biāo)為Ⅱ類水質(zhì)，1項(xiàng)指標(biāo)為Ⅲ類水質(zhì)。全年平均有4項(xiàng)指標(biāo)達(dá)Ⅰ類水質(zhì)，3項(xiàng)指標(biāo)達(dá)Ⅱ類水質(zhì)，屬地表水Ⅱ類水質(zhì)，為宜漁水體區(qū)。

2.6.2 綜合指數(shù)法

以標(biāo)識污染功能指數(shù)法、疊加污染指數(shù)法、算術(shù)平均污染指數(shù)法測評，污染最高點(diǎn)是出康點(diǎn)，最低是紫陽漢王鎮(zhèn)；季節(jié)性污染指數(shù)最高為10月，最低為7月。3種指數(shù)法的測評結(jié)果相同。全年標(biāo)識污染功能指數(shù)計(jì)算值為2.421 8，其首位值與年均水質(zhì)測評結(jié)果(Ⅱ類)相同。

2.6.3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅標(biāo)識污染功能指數(shù)可抵消內(nèi)梅羅污染指數(shù)最大項(xiàng)重復(fù)計(jì)算而屏蔽其他污染指標(biāo)作用的缺陷[31]，使計(jì)算結(jié)果逼真。以內(nèi)梅羅污染指數(shù)1(污染指數(shù))測評，污染最高點(diǎn)是紫陽漢江，最低點(diǎn)是瀛湖翠屏島；最大污染季節(jié)為10月，最小污染季節(jié)為3月，該結(jié)果與標(biāo)識污染功能指數(shù)、疊加指數(shù)、算術(shù)平均指數(shù)中的1個(gè)點(diǎn)重合，且顯示污染處警戒線水平[32]。以內(nèi)梅羅污染指數(shù)2(標(biāo)識污染功能指數(shù))測評，最大污染點(diǎn)是出康點(diǎn)，最小為紫陽漢王鎮(zhèn)；季節(jié)性污染最大點(diǎn)為10月，最小為7月。其結(jié)果與標(biāo)識污染功能指數(shù)、疊加指數(shù)、算術(shù)平均指數(shù)8個(gè)點(diǎn)中的6個(gè)重合，且顯示出康點(diǎn)為中污染區(qū)，其余為輕污染區(qū)。

參照2種不同標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的內(nèi)梅羅污染指數(shù)測評結(jié)果表明，10月相同，其余不同；內(nèi)梅羅污染指數(shù)1污染最重是紫陽漢江，最輕是瀛湖翠屏島；內(nèi)梅羅污染指數(shù)2污染最重是出康點(diǎn)，最輕是紫陽漢王鎮(zhèn)(表6)。全年測評結(jié)果表明，內(nèi)梅羅污染指數(shù)1為達(dá)到污染警戒線，內(nèi)梅羅污染指數(shù)2為輕污染。內(nèi)梅羅污染指數(shù)2測評結(jié)果(PI=1.855 6)在小數(shù)部分四舍五入后與水質(zhì)類別碼(Ⅱ)相同。

表5 2014年漢江安康段水質(zhì)測評結(jié)果

注：括號中數(shù)字表示在測評中污染程度的排名；1為污染程度最高，5為污染程度最低。C1.C2為標(biāo)識污染功能指數(shù)；I為疊加污染指數(shù)；PI為算術(shù)平均污染指數(shù)；SI-1為內(nèi)梅羅污染指數(shù)1；SI-2為內(nèi)梅羅標(biāo)識污染功能指數(shù)。

表6 2014年漢江安康段2種參照標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)測評結(jié)果比較

7項(xiàng)參評指標(biāo)分析，pH為無量綱點(diǎn)集聚參數(shù)，小于該點(diǎn)測值，加大污染程度卻降低指數(shù)值，反向影響指數(shù)計(jì)算結(jié)果；DO濃度愈高水質(zhì)愈好而污染指數(shù)愈大，同樣產(chǎn)生反向效果。程江等建議[33]，用DO、KMnO4指數(shù)、BOD5、NH3-N、TP 5項(xiàng)指標(biāo)單因子指數(shù)算術(shù)均值作為標(biāo)識指數(shù)，但對DO的反向影響效果未做處理。

2.7 水體水質(zhì)污染指數(shù)的擬合分析

以監(jiān)測點(diǎn)及季節(jié)性指數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行擬合分析，計(jì)算指數(shù)間擬合度(R2)列于表7。由表7可見，疊加指數(shù)與算術(shù)平均值指數(shù)擬合度為100%(R2=1)，顯示算術(shù)平均指數(shù)實(shí)質(zhì)是疊加指數(shù)除以參評指標(biāo)數(shù)所得；以地表水標(biāo)準(zhǔn)為參照的內(nèi)梅羅污染指數(shù)1與其他指數(shù)擬合程度較低，而以漁業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)為參照的內(nèi)梅羅污染指數(shù)2(內(nèi)梅羅標(biāo)識污染功能指數(shù))與標(biāo)識污染功能指數(shù)、疊加指數(shù)、算術(shù)平均指數(shù)有較高的擬合。

表7 污染指數(shù)擬合度(R2)計(jì)算分析

注：I、PI、SI-1和SI-2同表5。

3 結(jié)論與討論

(1)漢江安康段2014年水體水質(zhì)總體評定為符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)，屬輕微污染，主要污染因子為N、P超標(biāo)，其中pH、DO濃度、CODMn、BOD5等4項(xiàng)指標(biāo)達(dá)Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N、TP和TN濃度3項(xiàng)指標(biāo)為Ⅱ類水質(zhì)。漢江安康段水體水質(zhì)季節(jié)變化明顯，與3月和7月比，10月NH3-N濃度、BOD5顯著降低，DO濃度、TN濃度、TP濃度、CODMn增高，TN濃度達(dá)Ⅲ類水質(zhì)；3月和7月各項(xiàng)指標(biāo)無顯著變化，維持Ⅱ類水質(zhì)。水體pH無顯著季節(jié)變化，常年維持偏堿性。從pH和DO濃度上分析，漢江安康段為宜漁水體，適于高耗氧名貴魚類養(yǎng)殖。參照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，漢江水體的pH、NO3-N濃度、CODMn等均符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

(3)研究以水體用途功能為參照，構(gòu)建水體標(biāo)識污染功能指數(shù)，保留4位小數(shù)位，可比較相近水體水質(zhì)，測評結(jié)果與疊加指數(shù)、算術(shù)平均指數(shù)、內(nèi)梅羅標(biāo)識污染功能指數(shù)高度擬合。指數(shù)值在小數(shù)第1位四舍五入后與單因子測評結(jié)果一致，可用作水體質(zhì)量標(biāo)識代碼。

(4)7項(xiàng)參評指標(biāo)分析，pH為無量綱點(diǎn)集聚參數(shù)，小于該點(diǎn)測值，加大污染程度卻降低指數(shù)值，反向影響指數(shù)計(jì)算結(jié)果；DO濃度愈高水質(zhì)愈好而污染指數(shù)愈大，同樣產(chǎn)生反向效果。參照飲用水、漁業(yè)用水、工業(yè)用水等水體用途功能指標(biāo)，限權(quán)約束點(diǎn)狀標(biāo)量性狀，構(gòu)建水體標(biāo)識污染功能指數(shù)，更具應(yīng)用前景。

[1] 萬金保,李媛媛.模糊綜合評價(jià)法在鄱陽湖水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].上海環(huán)境科學(xué),2007,26(5):215-218.

WAN J B,LI Y Y.An application of fuzzy comprehensive evaluation to assessing the water quality of Poyang Lake[J].Shanghai Environmental Sciences,2007,26(5):215-218.

[2] 安達(dá),姜永海,楊昱,等.海明距離模糊法在垃圾填埋場地下水質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2013,3(2):119-123.

AN D,JIANG Y H,YANG Y,et al.Application of hamming distance fuzzy mathematics method in groundwater quality assessment of municipal solid waste landfills[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2013,3(2):119-123.

[3] 張旭,江長勝,郝慶菊.灰色聚類法在重慶北碚區(qū)境內(nèi)支流河流水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(2):241-245.

ZHANG X, JIANG C S, HAO Q J.Application of the gray clustering method on water quality evaluation of the tributary rivers of Beibei District of Chongqing[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26(2):241-245.

[4] 李蕊,宋永會,段亮,等.基于模糊-灰色評價(jià)法集成的工業(yè)廢水處理技術(shù)評估研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2011,1(4):344-347.

LI R,SONG Y H,DUAN L,et al.Based on fuzzy and grey integrated evaluation method of industrial wastewater treatment technology assessment study[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2011,1(4):344-347.

[5] 劉臣輝,呂信紅,范海燕.主成分分析法用于環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的探討[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2011,36(3):183-186.

LIU C H, Lü X H, FAN H Y.Study of applying principal component analysis to environmental quality assessment[J].Environmental Science and Management,2011,36(3):183-186.

[6] 江立文,陳揚(yáng),林暾,等.江西省中小型湖泊水體營養(yǎng)狀態(tài)評價(jià)及其驅(qū)動因子研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2012,2(4):303-308.

JIANG L W,CHEN Y,LIN T,et al.Study on trophic state assessment and its driving factors of small or medium size lakes in Jangxi Province[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2012,2(4):303-308.

[7] 阮仕平,黨志良,胡曉寒,等.基于GIS的銅川新區(qū)水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)[J].水資源研究,2004,25(2):21-23.

[8] 劉成,袁琳,余明星,等.河流水質(zhì)評價(jià)方法綜述[J].吉林農(nóng)業(yè),2012(7):226-227.

[9] 王妮娜,李浩飛,鄧保軍,等.漢江漢中段水體COD、BOD與DO相互關(guān)系研究[J].化工技術(shù)與開發(fā),2100,40(3):52-53.

WANG N N,LI H F,DENG B J,et al.Investigation of mutual relations for COD、BOD and DO in Hanjiang River of Hanzhong[J].Technology & Development of Chemical Industry,2100,40(3):52-53.

[10] 劉婷婷,張晟,王定勇,等.嘉陵江水體中CODMn和BOD5的季節(jié)變化及輸出[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,31(1):168-172.

LIU T T,ZHANG S,WANG D Y,et al.Seasonal variation and output of CODMnand BOD5in the Jialing River[J].Journal of Southwest University(Natural Science),2009,31(1):168-172.

[11] 唐立新,王文微.單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在布爾哈通水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].吉林水利,2010,(12):38-42.

[12] 胡成,蘇丹.綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在渾河水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2011,20(1):186-192.

HU C,SU D.Application of comprehensive water quality identification index in water quality assessment of Hun River[J].Ecology and Environment,2011,20(1):186-192.

[13] 曲直,房春生,王德龍,等.改進(jìn)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在長春河流水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(17):9436-9438.

[14] 張龍玲,徐慧,管桂玲,等.改進(jìn)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在上海市長寧區(qū)水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].水資源保護(hù),2014,30(3):81-84.

ZHANG L L,XU H,GUAN G L,et al.Application of improved comprehensive water quality identification index method to evaluation of water quality in Changning District, Shanghai City[J].Water Resources Protection,2014,30(3):81-84.

[15] 范志鋒,王麗卿,陳林興,等.水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在淀山湖水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2009,18(3):314-320.

FAN Z F,WANG L Q,CHEN L X,et al.Application of water quality identification index to environmental quality assessment of Dianshan Lake[J].Journal of Shanghai University,2009,18(3):314-320.

[16] 郭明明.標(biāo)識指數(shù)法在河流水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,31(7):175-179.

GUO M M.Application of mark index method in water quality assessment of river[J].Environmental Science and Management,2006,31(7):175-179.

[17] 孟春紅,趙冰.漢江水質(zhì)污染分析與治理措施[J].人民長江,2007,38(1):17-19.

MENG C H,ZHAO B.Water quality analysis and treatment measures of the Hanjiang River[J].Yangtze River,2007,38(1):17-19.

[18] 劉超,李寒松,成定北,等.安康庫區(qū)現(xiàn)代生態(tài)漁業(yè)的歷史與發(fā)展現(xiàn)狀[J].畜牧獸醫(yī)雜志,2014,33(6):43-50.

LIU C,LI H S,CHENG D B,et al.History and present situation of modern ecological fishery of Ankang reservoir region[J].Journal of Animal Science and Veterinary Medicine,2014,33(6):43-50.

[19] 劉超,李寒松,成定北,等.生態(tài)限定條件下的安康庫區(qū)漁業(yè)集約養(yǎng)殖技術(shù)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(20):82-85.

LIU C,LI H S,CHENG D B,et al.The Intensive aquaculture technology of ecological limiting condition in Ankang reservoir area[J].Anhui Agricultural Science Bulletin,2014,30(20):82-85.

[20] 王秋利.漢江安康段及其流域水資源調(diào)查報(bào)告[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,16(20):18-20.

WANG Q L.Water resources investigation report of Ankang in Hangang[J].Anhui Agricultural Science Bulletin,2010,16(20):18-20.

[21] 石應(yīng),古佩,曹俊,等.漢江流域水污染現(xiàn)狀及污染源調(diào)查[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2011,30(6):44-46.

SHI Y,GU P,CAO J,et al.Present condition and pollution source survey for water pollution of Hanjiang River Basin[J].Environmental Science Survey,2011,30(6):44-46.

[22] 劉秀華,胡安淼.漢江丹江口水庫水質(zhì)變化趨勢研究[J].人民長江,2008,39(15):36-38.

LIU X H,HU A M.Research on water quality change of Danjiangkou Reservoir on the Hanjiang River[J].Yangtze River,2008,39(15):36-38.

[23] 國家環(huán)境保護(hù)局標(biāo)準(zhǔn)處.漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 11607—1989[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1990.

[24] 國家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838—2002[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[25] 衛(wèi)生部.生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：GB 5749—2006[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

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

YIN H L,XU Z X.Comparative study on typical river comprehensive water quality assessment methods[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2008,17(5):729-733.

[27] 蔣火華,朱建平,梁德華,等.綜合污染指數(shù)評價(jià)與水質(zhì)類別判定的關(guān)系[J].中國環(huán)境監(jiān)測,1999,15(6):46-48.

JIANG H H,ZHU J P,LIANG D H,et al.The relationship between comprehensive pollution index assessment and water quality type distingquishing[J].Environmental Monitoring in China,1999,15(6):46-48.

[28] 張晟,李崇明,呂平毓,等.三峽水庫成庫后水體中CODMn、BOD5空間變化[J].湖泊科學(xué),2007,19(1):70-76.

ZHANG S,LI C M,Lü P Y,et al.Spatial variation of BOD5and CODMnin the Three Gorges Reservoir[J].Journal of Lake Science,2007,19(1):70-76.

[29] 尹海龍,徐祖信.我國單因子水質(zhì)評價(jià)方法改進(jìn)探討[J].凈水技術(shù),2008,27(2):1-3.

YIN H L,XU Z X.Discussion on China's single-factor water quality assessment method[J].Water Purifcation Technology,2008,27(2):1-3.

[30] 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.

XU Z X.Comprehensive water quality identification index for environmental quality assessment of surface water[J].Journal of Tongji University(Natural Science),2005,33(4):482-488.

[31] JIMENEZ B,RAMOS J,QUEZADA L.Analysis of water quality criteria in Mexico[J].Water Science and Technology,1999,40(10):169-175.

[32] 楊磊磊,盧文喜,黃鶴,等.改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和模糊綜合法在水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué),2012,30(6):41-44.

YANG L L,LU W X,HUANG H,et al.Application of improved nemerow pollution exponential method and fuzzy comprehensive evaluation method used in water quality assessment[J].International Journal Hydroelectric Energy,2012,30(6):41-44.

[33] 程江,吳阿娜,車越,等.平原河網(wǎng)地區(qū)水體黑臭預(yù)測評價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)研究[J].中國給水排水,2006,22(9):18-21.

CHENG J,WU E N,CHE Y,et al.Study on key indicators for judging black and odorous water in area of plain river system[J].China Water & Wastewater,2006,22(9):18-21. ○

Establishment of Identification Pollution Function Index and Its Application in Water Quality Assessment of Hanjiang River

LIU Chao1, CHENG Dingbei2, LI Hansong2, LI Zhian2, LI Hao2, CHENG Guojun2, WANG Xia3

1.College of Animal Science and Technology, Northwest Agriculture and forestry University, Yangling 712100, China 2.Aquatic Products Quality Inspection Station of Ankang City, Ankang 725021, China 3.Animal Health Supervision Institute of Weicheng in Xianyang City, Xianyang 712000, China

In order to accurately measure the water quality of Ankang section of the Hanjiang River, based on the deterministic method of the water quality evaluation, the methods of the Identification Pollution Function Index based onWaterQualityStandardforFisheries(GB 11607-1989), and the Pollution Index based on theEnvironmentalQualityStandardsforSurfaceWater(GB 3838-2002) were constructed respectively, and the measurement results compared. The results showed that the water quality of Ankang section of the Hanjiang River is Grade Ⅱ of surface water and suitable for fishing, being slightly polluted by N and P. The results derived from the Identification Pollution Function Index were strongly consistent with those from Overlaying Pollution Index, Arithmetic-average Pollution Index and Nemerow Pollution Index, and are able to accurately express the quality and functions of water body and to compare the water quality among different water bodies. The Identification Pollution Function Index can be used as evaluation index for the water body of the Hanjiang River.

water quality evaluation method; river pollution; identification function index of pollution

劉超，成定北，李寒松，等.標(biāo)識污染功能指數(shù)的創(chuàng)建及在漢江水質(zhì)測評中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2016,6(1):57-64.

LIU C, CHENG D B, LI H S, et al.Establishment of identification pollution function index and its application in water quality assessment of Hanjiang River[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(1):57-64.

2015-06-20

陜西省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與攻關(guān)項(xiàng)目(2015NY168)

劉超(1961—)，男，研究員，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖研究，liu3chao@tom.com

X824

1674-991X(2016)01-0057-08

10.3969j.issn.1674-991X.2016.01.009