第四章 水环境质量评价

第四章水环境质量评价水体中污染物的时空分布受如下因素影响：①污染源的排放特点；②河流水文学、水力学参数；③水体物理化学条件及水生生物学特性。一、水污染指数评价指数类型：以相对污染浓度值构造的迭加型指数；以绝对污染浓度构造的分级型或评分型；以绝对污染强度出现的机率构造的统计型。水质污染评定包括：污染强度：污染物的浓度和他们的影响；污染范围：各种污染强度所影响的范围；污染历时：各种污染强度持续的时间。1、综合型指数Ｉ或ＩiniiWPn11niiPn11单项水质参数评价：采用标准型指数单元ijsiijCCＩ＝jDOsfjfDODODODO||jDOsjDODOj溶解氧的标准型指数单元：＝，ＤＯ＝１０－９ＩＩj≥ＤＯs，ＤＯj＜ＤＯsfT6.31468式中：ＩDO——j点的溶解氧浓度标准型指数单元；DOf——饱和溶解氧浓度，计算式为：ＤＯ＝pH的标准型指数单元：Ｉ＝，ｐＨ≤7.0Ｉ＝，ｐＨ＞7.0式中：ＩpHj——j点的pH标准指数单元；pHj——j点的pH监测值；pHsd——评价标准中规定的pＨ值下限；pHsu——评价标准中规定的pＨ值上限。jpH,sdjpHpH0.70.7jpH,0.70.7sujpHpH2、Ｎ.Ｌ.内梅罗河水污染指标方法（Ｎ.Ｌ.Ｎemerow）计算公式为将水的用途分为：接触使用的（ＰＩ１）：饮用、游泳、造饮料等。间接接触使用的（ＰＩ２）：养鱼、工业食品制备、农业用等。不接触使用的（ＰＩ3）：工业冷却用，公共娱乐、航运等。不同用途的水有相应的水质标准。总水质指标：PI=W1·PI1+W2·PI2+W3·PI3W1、W2、W3为不同用途的水所占的份额。2)1()(max122niijiijijSCnSCPI3、有机污染综合评价值式中i为实测值，Ｏ为评价标准。溶解氧前的符号表示它对水质的影响与其他三项污染物相反。当前三项分别大于1，第四项小于1时，A大于2，A≥2作为始污染的标志。003300DODONNHNNHCODCODBODBODAiiii分级标准A值小于00--11--22--33--4大于4污染程度分级012345水质质量良好较好一般开始污染中等污染严重污染4、分级型指数一种与国家地面水质量标准相配套的方法。将地面水分为6级，前三级与标准同，对污染水质按其不同浓度所产生的污染程度分为轻、中、重污染三级。参数：臭、色度、ＤＯ、ＢＯＤ５、ＣＯＤ、挥发酚类、ＣＮ－、Ｃu、As、总Hg、Cd、Cr6+、Pb、石油类、大肠菌群。用评分制方法评价，分值越高，水质越好。评价结果表示出水质等级和主要污染因子。评价分级项目ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ臭无异臭1级2级3级4级5级色度≤10≤15≤25254050溶解氧饱和率≥90%≥6≥4431生化需氧量≤1≤3≤551530化学需氧量≤2≤4≤662050挥发酚类≤0.001≤0.005≤0.010.010.10.5氰化物≤0.01≤0.05≤0.10.10.52铜≤0.005≤0.01≤0.030.030.22.0砷≤0.01≤0.04≤0.080.080.31.0总汞≤0.0001≤0.0005≤0.0010.0010.010.05镉≤0.001≤0.005≤0.010.010.050.1六价铬≤0.01≤0.02≤0.050.050.21.0铅≤0.01≤0.05≤0.10.10.31.0石油类≤0.05≤0.3≤0.50.55.020大肠菌群（个/升）≤500≤10000≤500050000300000500000水质等级：所有评价因子浓度都在Ⅰ－Ⅲ级范围时，表示式中ai:各评价因子相应的分值，Ｐ：总分值所处于水质等级。评价因子中有属于污染水质级别（Ⅳ－Ⅵ时），以水质最差的污染因子所在的级别作为定级依据：Ｐmax：水质最差因子所属的水质级别Ｎi：最差级别污染因子的化学符号。pai)(maxiiNPa5、水质指数（ＷＱＩ）参数（11个）：DO、ＢＯＤ５、浊度、总固体、ＮＯ3－、ＰＯ４３－、pＨ、温度、大肠菌群、杀虫剂、有毒元素。计算公式为：Ｗi——由专家无记名投票确定的权重（在0—1之间）。ＷＱＩ在0—100之间，Pi值大水质好。niiiPWWQI16、Ｓ.L.ROSS的水质指数（1977，英国）参数：ＢＯＤ、ＮＨ3－Ｎ，悬浮固体、ＤＯ，权重：3、3、2、2方法：将各参数分成等级，然后按等级进行计算。计算公式为要求：WQI用整数表示，数值越大，水质越好。权重值分级值WQI分级标准WQI大于108--106--83--60--3水质等级无污染轻污染污染严重污染水质腐败参数评分尺度悬浮固体ＢＯＤＮＨ3－ＮＤＯ浓度分浓度分浓度分ＤＯ饱和度分浓度分0—10200—2300—0.23090—1051091010—20182—4270.2—0.52480—90或105--12088—9820—40144—6240.5—1.01860—80或大于12066—8640—80106—10181.0—2.01240—6044—6480—150610—15122.0—5.0610—4021—42150—300215—2565.0—10.030--1000--10300025--50310.005007、统计型水质评价值把每一个测量值看成一个随机变量，用各种污染强度的出现机遇来表示时间因素。若干次检测浓度用均值表示。统计法则用均值、最大值、各种强度的机率来表示或比较。对河段的DO、COD、酚、CN－、As、Hg、Cr等污染物的检测用经验频率公式计算：(%)1001nmP式中P为累积频率，n为总检测次数，m为从大到小的累积频率。二、水环境质量的生物学评价水生生物调查项目：种类、种类总数、多度、初级、次级生产力。评价方法有：一般描述法指示生物法生物指数法指示生物：藻类它为水生生态系统提供物质和能量的基础；藻类种类多，生态习性和生活方式多样，分布广。它与水污染关系密切。1、指示种类法（狭义的指示生物法）以某些种类的存在或消失来指示水体中有机物或某特定污染物的多寡与污染程度。应注意：正确鉴定种很有必要。水体受有机和无机污染时，指示藻类的应用更为复杂。本方法有较大缺陷对某一种类与某种污染的关系及其耐受范围的确切了解不够；耐受限并不能截然划定，受其他条件影响；生物本身分布有地域性。2、优势种群法用整个藻类群落的种类组成和优势种群的变化来评价水环境污染的方法。用优势群落来划分污染带。优势群落包括原生动物、细菌和藻类等。3、各种藻类的污染指数从藻类的生态学特性来指示水环境的污染程度，据不同藻类的种数、频率、数量等计算污染指数。1)藻类种类商监藻商=蓝藻种数／鼓藻种数；绿藻商=绿藻种数/鼓藻种数。0—1为贫营养，1—5为富营养，5—15为重富营养；硅藻商=中心壳目硅藻种数/羽状壳目硅藻种数；裸藻商=裸藻种数/（蓝藻+绿藻种数）；复合藻商=（蓝藻+绿藻+中心壳目硅藻+裸藻种数）/鼓藻种数。小于1为贫营养，1—2.5为弱富营养，2.5—5为中度富营养，5—20为重度富营养，20—43为重富营养。2）硅藻指数计算公式为I=(2A+B-C)/(A+B-C)*100式中A为不耐有机污染的种类数；B为对有机污染无特殊反应的种类数；C为有机污染地区独有生存的种类数。3）藻类污染指数Palmer,1969，对耐受污染的20属分别给予不同的污染指数值，根据水样中出现的藻类，计算总污染指数。分级标准总污染指数大于2015—19小于15水质重污染中污染轻污染4）污生指数（SI）方法：根据不同藻类种类和出现频率，分别给予分值。计算公式：SI=∑S*h/∑h，S为不同种类的分值，从寡物种到多污种为1—4，h为出现频率，从多到少分为三或五级，分值为1—5。分级标准SI1.0—1.51.5—2.52.5—3.53.4—4.0水质轻污染中污染重污染严重污染5）污染评价值(捷克，Zelinka和Marvan1961年提出)方法：给予不同的生物以不同的污染价（根据某一生物在不同污染地带生理的相对重要性，其总和为10）和污染指示值（某一种生物的污染价越是均匀分散在各个污染带，则它的指示作用就越低，指示值为1—5，值越大，指示污染的价值越大）。计算公式：污染评价值A=∑ai*hi*gi/∑hi*gi，ai为i种的污染价，hi为i种的个体数，gi为i种的污染指示值。6）营养状态指数（Carlson）参数：湖水透明度SD、浮游植物现存量chl（以叶绿素a值代表）、湖水总磷浓度TP分指数计算公式：TSIchl=10(6-(2.04-0.68lnchl)/ln2，TSISD=10(6-lnSD/ln2),TSITP=10(6-(ln48/TP)/ln2),TSI值可单独采用，也可求总的TSI。总指数：TSI总=（TSIchl+TSISD+TSITP）/3。分级标准TSI小于3738—53大于54水质贫营养中营养富营养7）生物学污染指数（BIP）(Horasawa1942提出)计算公式：BIP=B/(A+B)*100，A为生产者（藻类）数量，B为消费者（原生动物）数量。8）自养指数AI（异养性指数HI）AI=去灰分量/叶绿素a值。评价时各人标准不同。４、种的多样性指数1）Gleason和Margalef多样性指数d=(S-1)/lgeN，S为种类数，N为个体数。2）Simpson多样性指数d=1-∑(ni/N)2或d=1/∑(ni/N)2,ni为i种的个体数，N为总个体数。3）Shannon-Weaver多样性指数H=-∑(ni/N)*lg2(ni/N)。4)Cairns连续比较指数(SCI)SCI=r/N，r为组数，N为总计数个体数（大于等于200）第二节水环境影响评价水环境影响评价的目的定量地预测未来的开发行动或建设项目向受纳水体排放的污染物的量；确定建设前水环境背景的状况；分析建设项目投产后水环境质量的变化；解释污染物在水体中输送和降解规律提出建设项目和区域环境污染源的控制和防治对策。一、基础知识1、水体污染1）水体污染的概念水的感官性状、物理化学性质、水生物组成、底部沉积物发生恶化、破坏水体原有的功能，这种现象称为水体污染。长江水质2）造成水体污染的因素是多方面的城市污水和工业废水；地面的污染物被水冲刷；大气污染物通过重力沉降或降水过程。3）水体污染物无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物、石油类污染物、病原微生物、寄生虫、放射性污染物、热污染等。4）水体污染物测定指标物理指标浊度、透明度、色、味、溴、悬浮物、电导率、硬度化学指标pH值、有机物、有机毒物、无机毒物等。有机物测定指标化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)溶解氧(DO)细菌总数、大肠菌群2、水体自净(self-Purificationofwaterbody)水在自然界中不断循环，从而不断更替和获得自身净化。水体中的污染物质经扩散、稀释、沉淀、氧化还原、分解等物理化学过程及微生物的分解、水生生物的吸收等作用后，浓度自然降低，就这就是水体的自净作用。这一过程还包括水中的一氧碳、硫化氢等气体向大气释放和空气中的氧、二氧化碳溶解于水的过程。水的自净与气象、水文、地质条件如降雨量、径流量、潮汐、水体更替周期有关。2、水体自净(self-Purificationofwaterbody)1）水体自净的概念废水排入水体会造成严重的危害，但从另一方面看，水体也有一定的自身净化废水中污染物质的能力。水体受到废水污染后，逐渐从不洁变清的过程，称为水体自净。水体自净主要包括以下过程：稀释沉淀分解氧化病源体的死亡2）水体自净的特征①污染物在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降。②大多数有毒污染物经各种作用可转变为低毒或无毒化合物。③重金属一类污染物，被吸附或转变为不溶性化合物，进入底泥。④复杂的有机物，能被微生物利用和分解。⑤不稳定的污染物在自净过程中转变为稳定的化合物。⑥溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓慢上升，逐渐恢复到正常水平。