长江流域水质评价与预测

第 12期 长江流域水质评价与预测 陈润羊 1， 涂安国 2 （1.东华理工大学土木与环境工程学院，江西 抚州 344000； 2.河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京 210098） 摘 要：依据长江流域水质监测资料，选用具有代表性的主要因子 pH、DO、高锰酸盐指数、NH3-N，采用综合水质标识指数模型对长江流 域进行了定量综合评价，评价结果表明，影响长江流域水质的主要污染因子是 NH3-N和高锰酸盐指数；定量综合评价显示长江流域总体水 质为Ⅱ类水，但有恶化为Ⅲ类水的趋势。据此，揭示了水质的时空变化规律。根据监测数据和水质报告，采用灰色模型预测了未来 10年长江 流域各类水质比例，预测表明，Ⅲ类以上可饮用水的比例在逐年减少。 关键词：综合水质标识指数； 水质评价； 灰色模型； 长江流域 中图分类号：X824 文献标志码：A 文章编号：1003-6504(2008)12-0169-05 Assessment and Prediction of Water Quality in the Yangtze River Basin CHEN Run-yang1， TU An-guo2 （1.School of Civil and Environmental Engineering，East China University of Technology，Fuzhou 344000，China； 2.School of Environmental Science and Engineering，Hohai University，Nanjing 210098，China） Abstract：Based on monitoring data of water quality，main factors including pH，DO，CODMn and NH3-N were chosen to quantitatively assess water quality of the Yangtze River by identification index model of water quality. Results showed that overall water quality of the Yangtze River satisfies Class II，but it is deteriorating to trend of Class III，with NH3-N and CODMn as major pollutants，which accordingly revealed spatial and temporal variations of the basin water. Gray model was also used to forecast water quality for the next 10 years，and projections indicated that drinking water of category III and above were declining year by year. Key words：comprehensive identification index of water quality；water quality assessment；grey model；Yangtze River basin 长江既是中华文明的发源地，也是中国经济社会 发展的重要命脉。长江是世界第三、我国第一大河流， 分布着全国三分之一的人口、GDP、粮食产量和水资 源和近 40%的水能资源。长江流域横贯中国大陆中 部，跨越东中西三大经济地带，联接南北，在国民经济 的发展中占有重要的战略地位。长江流域水质评价与 预测是进行环境规划与管理的基本依据。 1 长江流域水质评价 1.1 综合水质标识指数评价 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 近年来河流水质评价方法的研究比较活跃，专家 学者提出的有好几种之多，如指数评价法、 模糊数学法、物元分析法等[1]。综合水质标识指数 法可以完整表达水体综合水质信息，既能定性评价， 也能定量评价；既不会因个别水质指标较差就否定综 合水质，又能对水体综合水质做出合理的评价。依据 研究的实际，因此采用综合水质标识指数法对长江水 质进行评价。综合水质标识指数评价分单因子和多因 子两步进行评价 [2]，评价依据为《地表水环境质量标 准》（GB3838-2002[3]。 1.1.1 单因子水质标识指数 单因子水质标识指数 P由一位整数、小数点后 2 位或 3位有效数字组成，表示为 P=X1X2X3。X1代表 第 i 项水质指标的水质类别；X2代表监测数据在 X1 类水质变化区间中所处的位置，根据 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 按四舍五 入的 原则 组织架构调整原则组织架构设计原则组织架构设置原则财政预算编制原则问卷调查设计原则 计算确定；X3代表水质类别与功能区划设 定类别的比较结果，表示评价指标的污染程度，为 1 位或 2位有效数字。当水质介于Ⅰ类水和Ⅴ类水之 间时，可以根据水质监测数据与国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的比较确 定 Xi。 X2分为非溶解氧、溶解氧（DO）两类。非溶解氧指 标为： 收稿日期：2008-01-30；修回 2008－04－16 作者简介：陈润羊（1979-），男，讲师，硕士，研究方向为环境质量评价，（电话）0794-8250721（电子信箱）rychen@ecit.edu.cn。 Environmental Science & Technology 第 31卷 第 12期 2008年 12月 Vol. 31 No.12 Dec. 2008 第 31卷 x2＝ ri- ri k下rik上-rik下 ×10 （1） 式中：ri-第 i项实测质量浓度；rik 下-第 i项水质 指标第 k类水区间质量浓度的下限值；rik 上-第 i项水 质指标第 k类水区间质量浓度的上限值；k=x1，x2值按 四舍五入取一位整数位。 溶解氧指标为： x2＝ rk下-rirk上-rk下 ×10 （2） 式中：ri-DO实测质量浓度；rk上-DO第 k类区间 质量浓度的上限值；rk下-DO第 k类区间质量浓度的 下限值；k=x1，x2值按四舍五入取一位整数位。 当水质劣于Ⅴ类水时： x1、x2＝6+ r1-ri5ri5上 （3） 式中：ri5上-为第 i项指标Ⅴ类水浓度上限值。 X3要通过判断得出，如果水质类别好于或达到功 能区类别，则 X3=0；如果水质类别差于功能区类别且 X2不为零，则 X3 =X1-fi；如果水质类别差于功能区类别 且 X2为零，则 X3=X1-fi-1。fi为水环境功能区类别。需要 说明的是：对劣Ⅴ类水的情况，如果水质指标污染特 别严重，水质类别与水环境功能区目标的差值可 能>10，相应 X3由两位有效数字组成。 1.1.2 综合水质标识指数 综合水质标识指数由整数位和 4位或 5位小数位 组成，其结构 I=X1X2X3X4X5，式中的 X1X2由计算获得， X3和 X4根据比较结果得到。其中，X1为水库总体的综 合水质类别；X2为综合水质在 X1类水质变化区间内所 处位置，从而实现在同类水中进行水质优劣比较；X3为 参与综合水质评价的水质指标中，劣于水环境功能区 目标的单项指标个数；X4为综合水质类别与水体功能 区类别的比较结果，表示综合水质的污染程度，X4为一 位或两位有效数字；X5为参与评价的因子数量。 X1、X2计算公式为： X1、X2= P1+P2+…+PmPm （4） Pi＝X1i·X2i （5） 式中：m-综合水质评价的水质单项指标数目；X1、 X2-单因子水质标识指数的整数位和一位小数位；X3- 参与评价的水质指标中，劣于水环境功能区目标的单 项指标数。X4意义为判别综合水质类别是否劣于水环 境功能区类别。如果综合水质类别好于或达到功能区 类别，则 X4=0；如果水质类别差于水环境功能区类别 且综合水质标识指数中 X2不为 0，则 X4=X1-F-1；如 果水质类别差于水环境功能区类别且综合水质标识 指数中 X2为 0，则 X4=X1-F-1；式中 F为水环境功能 区类别。对综合水质为劣Ⅴ类的情况，如果水库总体 的综合水质污染特别严重，X4可能超过 10，这时 X4由 2位有效数字组成。 1.2 水质评价结果 1.2.1 单因子水质标识指数评价结果 长江流域监测点位及断面情况见表 1。根据统计 资料，每年长江的枯水期为 1~4月，丰水期为 5~10月， 平水期为 11~12月。2003年至 2006年长江水质监测结 果见表 2，单因子水质标识结果见表 3。其中，DOⅠ类水 上限值为测量值中的最大值，长江流域采用Ⅱ类水作 为评价标准。从表 3中知道，在枯、平水期，氨氮指标劣 于目标值，分别为Ⅲ类和Ⅳ类；比较指数值发现 NH3-N 最大，高锰酸盐指数其次。结果表明：对长江流域水质 而言，影响最大的因子为 NH3-N，其次为高锰酸盐指 数。各断面水质识别指数评价结果见图 1。 1.2.2 综合水质标识指数评价结果 从表 4可以看出，长江水质总体达Ⅱ类水标准， 表 1 监测点位名称及断面情况 Table 1 Monitoring point and sections 编号 点位名称 断面 编号 点位名称 断面 1 四川攀枝花 干流 10 泸州沱江二桥 沱江 2 重庆朱沱 干流 11 丹江口胡家岭 丹江口水库 3 宜昌南津关 干流 12 长沙新港 湘江 4 岳阳城陵矶 干流 13 岳阳岳阳楼 洞庭湖出口 5 九江河西水厂 干流 14 武汉宗关 汉江 6 安庆皖河口 干流 15 南昌滁槎 赣江 7 南京林山 干流 16 九江蛤蟆石 鄱阳湖出口 8 乐山岷江大桥 岷江 17 扬州三江营 夹江 9 宜宾凉姜沟 岷江 表 2 2003~2006年监测结果 Table 2 Monitoring results from 2003 to 2006 （pH外，mg/L） 监测时期 pH DO 高锰酸盐指数 NH3-N 枯水期 7.693 8.582 2.980 0.911 丰水期 7.63 7.246 2.935 0.382 平水期 7.828 8.723 3.154 1.013 表 3 各单项指标的评价结果 Table 3 The evaluation results of individual indicators 监测时期 pH DO 高锰酸盐指数 NH3-N 枯水期 2.60 1.80 2.50 3.81 丰水期 2.50 2.20 2.50 2.70 平水期 2.60 1.80 2.60 4.02 170 第 12期 标识指数值分别位于Ⅱ类标准范围中离下限 70%、 50%和 80%的位置，说明水质并不稳定，有恶化为Ⅲ类 水的趋势，同时表明丰水期水质好于枯水期（I丰0.85，预用水 比例的预测相对误差也均在 10%以内；Ⅳ、Ⅴ类测精 度都较高；劣Ⅴ类水误差＜23%的概率>0.87。总体 GM（1，1）能较好地反映长江水质的变化趋势，是一较 为理想的水质预测模型。 据预测结果表 6得出，废水排放总量呈上升趋 势，从而导致Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类可饮用水占总水量的百分比 均呈下降趋势，同时Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水的比重呈上升趋 势，到 2016年，上升幅度恰好与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水下降的 一样，即一半区域以上的长江水是不可饮用的Ⅳ、Ⅴ、 劣Ⅴ类水。说明如不进行根本的管治，长江水质污染 程度会越来严重，可饮用水逐渐减少。 4 主要结论和讨论 （1）综合水质标识指数法可较为完整表达水体综 合水质信息的评价方法，评价结果与污染物的时空分 布现状一致。评价结果表明，长江水质总体为地表水 标准Ⅱ类，但有恶化为Ⅲ类水的趋势，其主要污染物 为 NH3-N、高锰酸盐指数。（2）为了检验预测值的精确 性，利用过去 9年数据进行检验，结果证明了 GM（1， 1）进行预测的科学性。（3）由 2007~2016年预测可得 出废水排放总量呈上升趋势，可饮用水占总水量的百 分比均呈下降趋势，Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ类水的比重呈上升趋 势，如不采取措施，长江水质有恶化的继续恶化的趋 势。（4）GM（1，1）具有应用数据较少、原理简单、计算 量适中、精度较高等优点，所得结果基本可信。但还存 在如下问题：出于简化问题的考虑，采用 GM（1，1）在 预测污染负荷中没有考虑未来经济结构调整和技术 进步影响，如节能减排，其部分成果可能与国民经济 发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 不协调；在总流量预测中没有考虑年径流 量周期变化的影响，预测的合理性程度有待提高；长 江水资源量大，空间上采用全江平均，其评价结果不 能显示不同时期水质的地区变化；时间上取全年平 均，其评价结果不能表示不同断面水质的分期变化。 为使结果更为合理，应多途径预测，综合分析比较 后，取合理可靠的成果。因此，该研究还需作更深入的 探索。 [参考文献] [1] 薛巧英.水环境质量评价方法的比较分析[J].环境保护科学, 2004，30（124）：64-67. Xue Qiao-ying. Comparison and analysis of the methods on water environment quality assessment[J]. Environment Pro－ tection Science，2004，30（124）：64-67.（in Chinese） [2] 汪红军，彭建华，梁开封.综合水质标识指数法在水库水质 评价中的应用[J].人民长江，2007，38（1）：92-94. （下转第 178页） 表 5 长江全流域 2007~2016年水质预测统计 Table 5 Census and statistics forecast of Yangtze River basin water quality from 2007 to 2016 年份 三大类水所占比例(%) 废水排放量(亿 t) 总流量(亿 t) 可饮用水 Ⅳ、Ⅴ类 劣Ⅴ类 2007 70.16 13.26 16.59 340.89 9319.78 2008 69.03 14.24 16.74 362.74 9209.84 2009 67.92 15.19 16.89 385.99 9101.19 2010 66.83 16.13 17.04 410.73 8993.83 2011 65.75 17.05 17.20 437.06 8887.73 2012 64.69 17.95 17.35 465.08 8782.88 2013 63.65 18.83 17.51 494.89 8679.27 2014 62.63 19.70 17.67 526.61 8576.88 2015 61.62 20.55 17.83 560.37 8475.70 2016 60.63 21.37 17.99 596.29 8375.71 陈润羊，等 长江流域水质评价与预测 173 第 31卷 （上接第 173页） Wang Hong-jun，Peng Jian-hua，Liang Kai-feng. Application of comprehensive water quality labeling index method in assessment of reservoir water quality[J]. Yangtze River，2007， 38（1）：92-94.（in Chinese） [3] GB3838-2002，地表水环境质量标准[S]. [GB3838-2002，Environmental Quality Standards for Sur－ face Water[S].(in Chinese) [4] 陆书玉，栾胜基，朱坦.环境影响评价[M]. 北京：高等教育出 版社，2001. Lu Shu-yu，Luan Sheng-ji，Zhu Tan. Environment Impact Assessment[M]. Beijing：Higher Education Press，2001.（in Chinese） [5] 2005高教社杯全国大学生数学建模竞赛（甲组A题）[EB/OL]. http：//mcm.edu.cn/mcm05/problems2005c.asp，2005-9-16. National Mathematical Modeling Contest for Undergradu－ ates of Higher Education’s Cup in 2005（group A topic A） [EB/OL]. http：//mcm.edu.cn/ mcm05/problems2005c.asp， 2005-9-16.（in Chinese） [6] 邓聚龙.灰预测与灰决策[M]. 武汉：华中科技大学出版社， 2002. Deng Ju-long. Grey Forecasting and Decision[M]. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology Press， 2002.（in Chinese） （1）武汉城市圈地质环境质量差至较差的区域 主要集中在圈东南的大冶、黄石、鄂州、阳新和圈东北 的英山、罗田；该区总面积约 11060km2，约占城市圈 面积的 18%。 （2）地质环境质量中等的地段主要分布在圈东 南幕阜山北麓和圈东北桐柏—大别山南麓的北部 和南部，孝感—武汉和圈西平原南部有不连片间断 分布。该区总面积约 26960km2，约占城市圈面积的 43.9%。 （3）地质环境质量好-较好的地段主要为：潜江- 天门-仙桃-江夏一线；黄陂、新洲一带以及赤壁、嘉鱼 一带和黄广平原。该区总面积约为 23360km2，约占城 市圈面积的 38.1%。 5 结论 （1）圈域地质环境质量是一个由众多因素确定的 复杂系统，要对其进行评价，首先必须建立一套全面、 合理的指标体系和分级标准。本文在前人研究成果的 基础上，建立了区域地质环境质量评价的指标体系和 分级标准。 （2）对圈域地质环境质量进行评价时，若选取的 指标过多，缺乏可操作性，指标太少，评价会失真，因 此评价指标体系建立之后，必须有针对性地进行指标 的筛选与优化。 （3）要实现对圈域地质环境质量的定量评价，必 须对评价指标进行量化。依据评价模型的特点，采用 模糊隶属度函数将原始观测值转化为隶属度，对于定 性指标，采用专家经验隶属度取值。 （4）对评价指标进行量化之后，要根据圈域地质 环境质量评价的特点，选取合适的数学模型进行评价。 （5）系统集成之后，要通过一定的实例分析验证 系统评价的准确性。本文结合武汉城市圈，在大量野 外实地调查资料的基础上，建立了武汉城市圈地质环 境质量评价空间数据库，并对其进行了评价分析，结 果表明系统评价结论可靠，可为武汉城市圈地质环境 开发、利用和保护提供一定的参考依据。 [参考文献] [1] 刘广润. 工程地质与环境地质概论[M]. 武汉:中国地质大 学，2005. [2] 吴冲龙，刘刚.中国“数字国土”工程的方法论研究[J]. 地球 科学，中国地质大学学报, 2002，27（5）. [3] 许树柏. 实用决策方法———层次分析法原理[M]. 天津:天津 大学出版社，1988. 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