綜合污染指數(shù)法在大汶河水質(zhì)評價中的應(yīng)用

段 震 張新明 楊豐云

一、前言

大汶河發(fā)源于山東省萊蕪市鋼城區(qū)黃莊鎮(zhèn)臺子村，迂回西流，途經(jīng)山東萊蕪市、泰安市，在泰安市東平縣馬口村注入東平湖，經(jīng)陳山口出湖閘出東平湖，進入黃河。大汶河全長208km，流域面積9069km2。大汶河汶口壩以上為大汶河上游，是大汶河的主要集水區(qū)，汶口壩至戴村壩為大汶河中游，戴村壩以下至東平湖為大汶河下游，其中上游主要支流有柴汶河，中下游主要支流有漕濁河和匯河。

東平湖是全省第二大淡水湖，位于大汶河下游東平縣境內(nèi)，上承大汶河來水，南與運河相連，北有小清河與黃河相通，是黃河下游最大的滯洪區(qū)，多年平均水面面積119km2。位于東平縣中部的稻屯洼，三面環(huán)山，既是東平北部山丘區(qū)河流的匯集區(qū)，又擔(dān)負(fù)著大汶河滯洪蓄任務(wù)。

大汶河水系布設(shè)國家水質(zhì)監(jiān)測站多處，自上而下設(shè)有萊蕪站、北望站、大汶口站、戴村壩站，大汶河南支柴汶河設(shè)有樓德站，大汶河支流匯河設(shè)有白樓站。

二、評價數(shù)學(xué)模型

設(shè)待評價分類的有n個污染水體樣本(斷面)，每個樣本中有m個污染指標(biāo)，其實測值為y'。作為評價標(biāo)準(zhǔn)有k個水質(zhì)功能分類，對應(yīng)于m項污染指標(biāo)，均有國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值為x'，并設(shè)：

k類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)污染物的特征值：

n個污染水體樣本的污染指數(shù)：

評價樣本對k類標(biāo)準(zhǔn)之間的符合程度，即貼近度定義為：

式中：dij—某評價樣本j對類別i的貼近度；

Σxim—水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)污染物的特征值之和；

Σyjm—樣本j的污染指數(shù)之和。

若滿足：

樣本j的綜合污染指數(shù)與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別污染物的特征值相差越小，說明越貼近k類。從而可判斷評價樣本j屬于k類。

三、評價步驟

1.評價標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），將河流斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)類別的綜合特征值比較，對斷面水質(zhì)進行評價分類。

2.評價參數(shù)

評價參數(shù)對評價結(jié)果影響較大，選用有代表性的參數(shù)極為重要。為使評價結(jié)果更為合理地符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別，選用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)建議選用的參數(shù)，且在水質(zhì)監(jiān)測中檢出頻率高、超標(biāo)嚴(yán)重的10項指標(biāo)進行評價。

3.確定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的特征值和樣本污染指數(shù)

用標(biāo)準(zhǔn)類別同一參數(shù)的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)，即：

由各污染物的平均值按下面兩種情況求出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的特征值和樣本的污染指數(shù)。

第一種情況：污染物的危害程度隨其濃度的增加而降低的評價參數(shù)（如溶解氧），計算式為：

第二種情況：污染物的危害程度隨其濃度的增加而增加的評價參數(shù)，計算式為：

表1 水質(zhì)監(jiān)測實測值表（mg/L）

表3 各斷面的貼近度與評價結(jié)果表

4.求貼近度確定樣本評價類別

根據(jù)（3）式求出評價樣本綜合污染指數(shù)對k類標(biāo)準(zhǔn)特征值的貼近度。在評價樣本對各類標(biāo)準(zhǔn)的貼近度中，將最小的貼近度挑選出來，該貼近度所對應(yīng)的類別即為樣本應(yīng)屬的水質(zhì)類別。

四、大汶河水系水質(zhì)監(jiān)測站水質(zhì)評價分析

大汶河流域6個河道水質(zhì)監(jiān)測斷面，現(xiàn)舉例分析評價水質(zhì)監(jiān)測成果見表1。

1.確定標(biāo)準(zhǔn)類別的特征值

根據(jù)（5）式求出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中同一參數(shù)的平均值，計算結(jié)果見表2最后一行。以平均值為基準(zhǔn)，按（6）（8）式計算水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別的特征值。

第一種情況特征值的計算如DO：

第二種情況特征值的計算如CODcr：

仿此可求得其他類別參數(shù)的特征值。

2.確定斷面實測值的污染指數(shù)

以水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的平均值為基準(zhǔn)，按（7）（9）式確定相應(yīng)實測值的污染指數(shù)。以斷面l為例，如DO、CODcr的污染指數(shù)分別為：

仿此可求得其他斷面各測定值的污染指數(shù)。

3.求貼近度，確定評價結(jié)果

水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)各類特征值之和如表3右側(cè)一欄所示，各斷面實測值的污染指數(shù)之和如表4右側(cè)一欄所示。依據(jù)（3）式分別求出各斷面綜合污染指數(shù)對k類標(biāo)準(zhǔn)特征值的貼近度，依據(jù)（4）式確定各斷面的評價結(jié)果。

如斷面1的5個貼近度分別為：

d11=|Σx1m-Σy1m|=|2.075-5.942|=3.867

d21=|Σx2m-Σy1m|=|3.494-5.942|=2.448

……

仿此可求得其他各斷面的貼近度，結(jié)果見表3。

由評價結(jié)果可以看出，萊蕪站控制斷面水質(zhì)較好，其次為戴村壩站、大汶口站、北望站、樓德站；污染最嚴(yán)重的斷面為白樓站，主要超標(biāo)物質(zhì)為氨氮、總磷。各斷面主要超標(biāo)為揮發(fā)酚、氨氮、總磷等，其余7項評價指標(biāo)也存在不同程度的污染。

五、結(jié)論

綜合污染指數(shù)法得出的結(jié)論較為合理，與實際污染狀況較為吻合，不存在人為主觀分類現(xiàn)象，比較符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分類要求，且概念清晰、直觀，信息利用較完全，這是本法的優(yōu)點，值得推廣■