基于单因子评价法和污染指数法的郑州大学眉湖水质评价

第5期2014年3月No.5March，2014基于单因子评价法和污染指数法的郑州大学眉湖水质评价杨旭，曾祥亮（郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001）摘要：文章选取pH、DO、COD、BOD5、氨氮、总磷、铜、总铬等水质指标，分别采用单因子评价法和污染指数法对郑州大学眉湖水质进行评价，2种方法所得结果均表明眉湖水体功能明显受到制约，部分水质指标超过甚至严重超过Ⅴ类水体对应的浓度限值。以此对保护眉湖景观给出了相关建议。关键词：水质评价；单因子评价法；污染指数法江苏科技信息JiangsuScience&TechnologyInformation作者简介：杨旭（1992-），男，河南新野，本科生；研究方向：水污染控制理论与技术。1眉湖情况简介眉湖为郑州大学校园的重要景观之一。其宽度为从较窄处的30m左右到较宽处的100m左右，长度为800m左右，半包围郑州大学核心教学区的西半部，呈长弧形。眉湖采用的是循环水系统，包括局部的喷泉、上扬式曝气管的循环和整体的南北循环。水源来自地下水的抽取和雨水的流入，其中地下水补给占主要部分。供水源头南北各1个。整个湖共设计了11个潜入式曝气机，3个上扬式曝气机，采用交叉方位安置，不仅有充氧的功能，还能促进水的流动，防止湖水腐败。湖分北、中、南3段。中段较长且水流和水质相对稳定；北段地势较高，相对比较封闭；南段设计有高低阶，因此南段和中段流通性好于北端［1］。通过实地调查，得知眉湖可能的污染源包括：①湖边绿化植树种草时所施用的肥料等可造成有机污染物污染；②湖中段新增养鹅地的影响；③学生和游客投食喂鱼、喂鹅可能造成的污染；④湖北段岸边咖啡厅可能造成的污染；⑤水体流通不畅导致水体更新不及时，微生物和藻类大量繁殖，造成水质下降。2水质指标采样点布设：湖北段1个，湖中段2个，湖南段1个。利用这4个采样点的水质指标监测数据来评价湖的整体水质。所得数据如表1所示。3水质评价3.1单因子评价法单因子评价法的基本思想是一票否决原则，即：在所有参与综合水质评价的水质指标中，选择水质最差的单项指标所属类别来确定所属水域综合水质类别；或者说，在所有参与评价的水质指标中，若有某一单项水质指标超标，则所属水域的使用功能便丧失［2］。依据表2中所列的若干基本项目标准限值来评价眉湖水质，结果如表3所示。水质指标采样点1采样点2采样点3采样点4pH（无量纲）8.358.438.348.45电导率（μS/cm）195.33204.67191.33189.67DO11.0811.5411.7312.01COD13.5025.5315.5729.10BOD53.774.043.192.87氨氮0.070.060.080.07总磷0.220.240.250.21铜-0.041-0.042-0.041-0.042总铬0.560.530.600.52表1眉湖各采样点水质监测数据（单位：mg/L）项目Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类pH（无量纲）6～9DO7.56532COD1515203040BOD5334610氨氮0.150.151.01.52.0总磷0.010.0250.050.10.2铜0.011.01.01.01.0总铬0.010.050.050.050.1表2地表水环境质量标准若干基本项目标准限值（单位：mg/L）51--CMYK第5期2014年3月No.5March，20143.2污染指数法污染指数法的基本思想是：用各水质指标的实测值与其评价标准（通常采用水体功能类别对应的水质指标浓度限值）之比，作为标准指数单元，通过算术平均、加权平均、连乘及指数等诸多数学手段得到一个综合污染指数，作为水质评价尺度来评价综合水质［2］。单项污染指数是污染指数法的基础，用来表示某单项指标水质是否达到规定的水体功能类别以及相对于水体功能类别的达标或超标程度。对于地表水环境质量标准中的基本项目，单项污染指数的计算可以分为3种情况［2］：非溶解氧指标的单项污染指数计算公式为Ii=CiSoi。式中：Ii—水质指标i的污染指数；Ci—水质指标i的实测浓度；Soi—与水体功能类别对应的水质指标i浓度限值。溶解氧的单项污染指数计算公式为IDO=CDO，f-CDOCDO，f-SO，DO，CDO≥SO，DO；IDO=10-9CDOSO，DO，CDO＜SO，DO。式中：IDO—溶解氧的污染指数；CDO—溶解氧的实测浓度；SO，DO—与水体功能类别对应的溶解氧浓度限值；CDO，f—饱和溶解氧浓度。pH的单项污染指数计算公式为IpH=7.0-pHj7.0-pHsd，pH≤7.0，pHsd=6；IpH=pHj-7.0pHsu-7.0，pH＞7.0，pHsu=9。式中：IpH—pH的污染指数；pHj—pH的实测值；pHsd—评价标准中pH的下限值；pHsu—评价标准中pH的上限值。利用以上3种情况的计算公式计算各采样点各水质指标的污染指数，结果如表4所示。综合污染指数法的基本形式有多种［2］，选取等权重综合污染指数、加权叠加综合污染指数、内梅罗指数对所得数据进行综合水质评价。等权重综合污染指数计算公式为WQI=1nni=1移Ii。加权叠加综合污染指数计算公式为WQI=移Ii·wi，式中：wi—水质指标i的权重系数。使用公式计算wi=Iini=1移。内梅罗指数计算公式为WQI=max（Ii）2+avg（Ii）22姨，式中：max（Ii）—n项水质指标污染指数的最大值；avg（Ii）—n项水质指标污染指数的算术平均值。结果如表5所示。4结论与建议2种方法的计算结果均表明眉湖水质受到污染，其水体功能明显受到制约，部分水质指标超过甚至严重超过Ⅴ类水体对应的浓度限值。为保护眉湖这一重要的校园景观，建议：①学校采样点单项指标评价结果综合水质评价结果DOCODBOD5氨氮总磷铜总铬1ⅠⅠⅢⅠ劣ⅤⅠ劣Ⅴ劣Ⅴ2ⅠⅣⅣⅠ劣ⅤⅠ劣Ⅴ劣Ⅴ3ⅠⅢⅢⅠ劣ⅤⅠ劣Ⅴ劣Ⅴ4ⅠⅣⅠⅠ劣ⅤⅠ劣Ⅴ劣Ⅴ表3基于单因子评价法的眉湖综合水质评价采样点功能类别单项污染指数pHDOCODBOD5氨氮总磷铜总铬1Ⅴ0.680.160.340.380.041.10-0.045.602Ⅴ0.720.120.640.400.031.20-0.045.303Ⅴ0.670.100.390.320.041.25-0.046.004Ⅴ0.720.070.730.290.041.05-0.045.20表4眉湖各采样点水质指标的污染指数注：水温均值为4.9℃，相应饱和溶解氧浓度为12.8mg/L。江苏科技信息·技术探讨52--CMYK第5期2014年3月No.5March，2014（上接第48页）合要求，但是不如克里金法生成得直观清晰。克立金法的特征是根据相邻变量的值，利用变差函数所揭示的区域变量的内在联系来估计变量的数值，而且网格化精度高。主要适用于数量小于250个点的数据网格化，对于250~1000个数据点，效果也不错。反距离加权插值法认为任何一个观测值都对邻近的区域有影响，而影响的大小随距离的增大而减小。这种插值方法计算值容易受到数据点集群的影响，常出现孤立点的数据明显高于周围数据点。最近邻点插值法采用距离间网格节点最近数据点的值来表明网格节点的值。适合规划分布或者大多数数据点位于网格点上的数据，更适合均匀间隔的数据插值，可以有效填充无值的数据区域。6结论Surfer8.0绘制等值线和三维立体图形方法更加简便，输出的图形更加美观，且易于修改各种参数。同时，对计算机硬件要求较低，易于掌握。因此，将surfer8.0应用于开采沉陷的数据可视化表达与制图具有良好的应用前景。通过对距离加权反比法、普通克里金插值和最邻近点插值原理的具体分析，在其理论和时机应用上的比较说明，在这组开采沉陷的数据中克立金法的插值结果要更优于距离加权反比法和最近邻近点插值法的结果。参考文献［1］白世彪，陈晔，王建.等值线绘图软件SURFER7.0中九种插值法介绍［J］.物探化探计算技术，2002（2）：158-159.［2］靳国栋，刘衍聪，牛文杰.距离加权反比插值法和克里金插值法的比较［J］.长春工业大学学报，2003（3）：53-56.［3］刘光孟，汪云甲，张海荣，等.空间分析中几种插值方法的比较研究［J］.地理信息世界，2011（3）：41-45.［4］郭文兵，柴华彬.煤矿开采损害与保护［M］.北京：煤炭工业出版社，2008.［5］陈欢欢，李星，丁文秀.Surfer8.0等值线绘制中的十二种插值方法［J］.工程地球物理学报，2007（1）：52.［6］汤伏全，汪桂生，代巨鹏.Surfer8.0在开采沉陷数据可视化表达与制图中的应用［J］.工矿自动化，2010（10）：68.［7］杜世逊.Surfer网格化方法的选取及其在区域自动气象站数据服务中的应用［J］.电脑编程技巧与维护，2011（20）：99-100.（责任编辑胡峰）图1实验所用数据相关部门应当通过多种渠道积极宣传眉湖水环境保护，创造保护眉湖的良好氛围，提高校内外人员的环境保护意识；②建立健全校园景观保护制度，以此大力保护眉湖水环境，并对破坏眉湖水质的行为加以有力监督、纠正等；③采取一定可行的工程性或非工程性措施，如适当加快湖水的更新，以保障景观水质；④校内人员除了严格遵守保护眉湖水环境的制度外，还可以开展相关保护眉湖志愿活动，定期对眉湖湖面、近岸垃圾进行有效清理。参考文献［1］胡亚萍.郑州大学眉湖水质评价［J］.能源与环境，2013（1）：76，81.［2］徐祖信，尹海龙.城市水环境管理中的综合水质分析与评价［M］.北京：中国水利水电出版社，2012.（责任编辑胡峰）采样点等权重综合污染指数综合水质评价加权叠加综合污染指数综合水质评价内梅罗指数综合水质评价11.03不达标4.03不达标4.03不达标21.05不达标3.66不达标3.82不达标31.10不达标4.38不达标4.31不达标41.01不达标3.63不达标3.75不达标表5基于综合污染指数法的眉湖综合水质评价江苏科技信息·技术探讨!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!53--CMYK基于单因子评价法和污染指数法的郑州大学眉湖水质评价作者：杨旭，曾祥亮作者单位：郑州大学水利与环境学院,河南郑州,450001刊名：江苏科技信息英文刊名：JiangsuScience&TechnologyInformation年，卷(期)：2014(5)本文链接：