水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)方法分析

喬倩倩，許 鑫，駱?biāo)啬?/p>

（1.松遼流域水資源保護(hù)局，吉林 長春 130021；2.吉林省環(huán)境保護(hù)廳，吉林 長春 130033）

2011年底《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃》（2011—2030年）獲國務(wù)院批復(fù)，成為今后一段時(shí)期水資源開發(fā)利用和保護(hù)的主要依據(jù)。2012年，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》（國發(fā)〔2012〕3號），提出到 2015年，重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到60%以上；到2020年，重要江河湖泊水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到80%以上，城鎮(zhèn)供水水源地水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)；到2030年主要污染物入河湖總量控制在水功能區(qū)納污能力范圍之內(nèi)，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到95%以上。由此不難看出，進(jìn)行水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)已經(jīng)迫在眉睫，建立科學(xué)完善的水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)體系意義重大。目前，在我國關(guān)于水質(zhì)評價(jià)方法的探討較多，得到學(xué)者和水質(zhì)工作者關(guān)注和認(rèn)可的方法主要有：單因子評價(jià)法、污染指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)法、層次分析法、灰色系統(tǒng)評價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)法、水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法和BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[1-2]。關(guān)于水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)的方法暫未形成統(tǒng)一的體系，現(xiàn)有評價(jià)方法均按照SL395-2007《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》，采用平均值法或頻次法。

1 水質(zhì)評價(jià)方法比較分析

1.1 單因子評價(jià)法

其基本思想是：在所有參與水質(zhì)評價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，選擇水質(zhì)最差的單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別作為評價(jià)對象的綜合水質(zhì)類別。目前，我國水質(zhì)評價(jià)領(lǐng)域大多采用該方法進(jìn)行評價(jià)，主要原因一是該方法簡單明了，易于操作；二是從實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度出發(fā)，該方法對于保障供水安全起到了一定的促進(jìn)作用。雖然該方法的評價(jià)結(jié)論表現(xiàn)為過保護(hù)，但是在進(jìn)行水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)時(shí)，從邏輯角度來講，這種方法較為合理。

1.2 污染指數(shù)法

也叫綜合指數(shù)法，該方法以水功能區(qū)劃為基礎(chǔ)，其基本思想是：對某個(gè)水功能區(qū)，針對單項(xiàng)指標(biāo)，將其實(shí)測值與該水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值相比，形成單項(xiàng)污染指數(shù)；對所有參與綜合水質(zhì)評價(jià)的單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，將各指標(biāo)的單項(xiàng)污染指標(biāo)通過算數(shù)平均、加權(quán)平均、連乘及指數(shù)等各種數(shù)學(xué)方法得到一個(gè)綜合指數(shù)，來評價(jià)綜合水質(zhì)[3-5]。該方法可以直觀判斷某個(gè)水功能區(qū)的綜合污染程度，但多指標(biāo)混合后，削弱了有毒有害等指標(biāo)對水體影響嚴(yán)重的指標(biāo)的重要性和權(quán)重，在水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)中并不適用，也不能作為水功能區(qū)管理的參考依據(jù)。

1.3 模糊數(shù)學(xué)法、層次分析法、灰色系統(tǒng)評價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)法

這四種方法都基于矩陣運(yùn)算，得出綜合水質(zhì)對某類水質(zhì)類別的隸屬程度（關(guān)聯(lián)度），最大隸屬度（關(guān)聯(lián)度）對應(yīng)的水質(zhì)類別即為綜合水質(zhì)類別。模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法的基本思想是構(gòu)造隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣；層次分析法的基本思想是構(gòu)造基于遞階層次結(jié)構(gòu)模型的判斷矩陣；灰色系統(tǒng)評價(jià)法的基本思想是構(gòu)造白化函數(shù)和灰色聚類矩陣；灰色關(guān)聯(lián)法的基本思想是構(gòu)造水體實(shí)測值和水質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系矩陣。由于基本思想和評價(jià)過程比較類似，這四種方法得出的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果較為接近，這一結(jié)論已得到學(xué)者驗(yàn)證，也證明這幾種方法對水質(zhì)綜合評價(jià)的科學(xué)合理性[1,6]。

1.4 （綜合）水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是一種基于代數(shù)運(yùn)算的水質(zhì)連續(xù)性刻畫評價(jià)方法，其基本思想是[7-8]：

式中：Pi為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的單因子水質(zhì)指數(shù)；X1為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)類別；X2為監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置。基于單因子水質(zhì)指數(shù)，采用加權(quán)法計(jì)算出綜合水質(zhì)評價(jià)指數(shù)，通過判斷水功能區(qū)達(dá)標(biāo)情況，得出綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)碼，最終形成綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)。最有結(jié)果由整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后3位有效數(shù)字組成。

該方法解決了劣Ⅴ類水質(zhì)的連續(xù)性描述問題，能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行科學(xué)合理的定性與定量評價(jià)。

1.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是基于樣本訓(xùn)練的評價(jià)方法，在水質(zhì)評價(jià)領(lǐng)域，最典型的方法是基于BP（Black propagation）網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)評價(jià)，其基本思想是：選定樣本后通過不斷的正向和反向反饋，對BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，直至得出滿意的、與樣本預(yù)期輸出相符合的計(jì)算結(jié)果，再基于訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)，對評價(jià)樣本進(jìn)行綜合水質(zhì)評價(jià)[1,9]。該方法經(jīng)過大量的實(shí)測樣品反復(fù)評價(jià)才可應(yīng)用，具有相當(dāng)高的精度與準(zhǔn)確率。

2 水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)方法分析

水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)是評價(jià)水功能區(qū)的水質(zhì)是否達(dá)到水功能區(qū)使用目的，是否以水功能區(qū)劃為依據(jù)，對水功能區(qū)水質(zhì)是否滿足規(guī)劃要求水質(zhì)目標(biāo)作出的評價(jià)。其評價(jià)結(jié)果分為達(dá)標(biāo)或不達(dá)標(biāo)，若水功能區(qū)水質(zhì)評價(jià)結(jié)果達(dá)到或優(yōu)于水功能區(qū)劃中的水質(zhì)目標(biāo)，則為達(dá)標(biāo)，否則為不達(dá)標(biāo)。從某種程度上說，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)是水資源管理范疇的術(shù)語，不能反映水功能區(qū)的自然屬性。當(dāng)水功能區(qū)劃進(jìn)行水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)隨著水功能區(qū)的功能發(fā)生變化，相應(yīng)地，達(dá)標(biāo)評價(jià)結(jié)果也會(huì)發(fā)生變化。

由于水功能區(qū)管理制度，因此目前針對水功能區(qū)評價(jià)方法的對比研究還在探索階段，沒有形成科學(xué)、合理的評價(jià)體系。目前，在水功能區(qū)的監(jiān)督管理工作中，采用較多的是水質(zhì)濃度加權(quán)法和評價(jià)結(jié)果加權(quán)法兩種評價(jià)方法。

SL395-2007《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》對不同類型水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)的條件從評價(jià)周期、監(jiān)測頻次等方面提出了具體要求。評價(jià)周期內(nèi)監(jiān)測次數(shù)達(dá)到6次，水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)宜采用評價(jià)結(jié)果加權(quán)法進(jìn)行評價(jià)。但是，現(xiàn)實(shí)工作中水質(zhì)監(jiān)測的基礎(chǔ)薄弱影響，部分水功能區(qū)監(jiān)測不到位，監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失，使得水功能區(qū)評價(jià)只能采用濃度加權(quán)法。

采用濃度加權(quán)法進(jìn)行評價(jià)，容易導(dǎo)致排污企業(yè)在80%的評價(jià)期內(nèi)按水質(zhì)目標(biāo)排污，但是在20%的評價(jià)期內(nèi)，嚴(yán)重超標(biāo)排放。這既不利于進(jìn)行限制排污總量控制的制定，又為水資源保護(hù)和水污染防治工作埋下了安全隱患和工作盲點(diǎn)。

因此，不能單純地評判濃度加權(quán)法與評價(jià)結(jié)果加權(quán)法那種方法更合理，建議現(xiàn)階段采用二者同時(shí)評價(jià)，為水功能區(qū)監(jiān)督管理提供較全面的依據(jù)。

3 水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率計(jì)算

水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率是根據(jù)水功能區(qū)設(shè)定的水質(zhì)目標(biāo)，對水功能區(qū)水質(zhì)類別狀況和湖庫富營養(yǎng)化狀況與目標(biāo)的符合性進(jìn)行評價(jià)。因此，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率指標(biāo)的內(nèi)涵可以覆蓋水功能區(qū)水質(zhì)類別狀況和湖庫水功能區(qū)富營養(yǎng)化狀況指標(biāo)。

鑒于目前我國水資源監(jiān)控能力覆蓋度較低，尤其是北方河流多山區(qū)、受自然條件影響，未能實(shí)現(xiàn)常規(guī)監(jiān)測，甚至很多水功能區(qū)無水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致計(jì)算某個(gè)行政區(qū)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率時(shí)，出現(xiàn)個(gè)別水功能區(qū)無水質(zhì)評價(jià)結(jié)果的情況。

以單個(gè)評價(jià)斷面為例：

該公式中，無水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的月份不計(jì)入評價(jià)周期。筆者認(rèn)為這種計(jì)算方式存在弊端，若為了實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)率合格，將水質(zhì)超標(biāo)的數(shù)據(jù)扣除，視為無監(jiān)測數(shù)據(jù)，將會(huì)使評價(jià)結(jié)果偏高，脫離監(jiān)管范圍。從督促相關(guān)部門加強(qiáng)水資源監(jiān)控能力建設(shè)角度考慮，建議將“評價(jià)斷面總監(jiān)測次數(shù)”調(diào)整為“評價(jià)周期內(nèi)最大監(jiān)測次數(shù)”。如評價(jià)期為一年，按月評價(jià)，則評價(jià)周期內(nèi)最大監(jiān)測次數(shù)取“12”。

4 水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)存在的問題

1）水功能區(qū)監(jiān)督管理能力與現(xiàn)行水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不協(xié)調(diào)。

現(xiàn)行的水功能區(qū)評價(jià)相關(guān)技術(shù)規(guī)程和國家標(biāo)準(zhǔn)是以監(jiān)測能力完備、技術(shù)人才保障、數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)為前提的，然而目前水功能區(qū)的監(jiān)督管理能力并未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中的要求，導(dǎo)致現(xiàn)階段的水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)工作無法可依，眾說紛紜。

2）特殊條件下的水功能達(dá)標(biāo)評價(jià)方法缺失

目前，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)中有一些特殊情況是現(xiàn)有水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)體系中不能解決的，存在諸如受天然背景值影響、上游來水超標(biāo)嚴(yán)重、監(jiān)測頻次少以及左右岸緩沖區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)方法缺失等問題，這導(dǎo)致部分功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)工作無法進(jìn)行，也為區(qū)域限制納污指標(biāo)考核帶來阻力。

3）水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)一概而論，過于單一。

既然水功能區(qū)是按照水域的適用功能劃定的水質(zhì)目標(biāo)，對于不同功能的水功能區(qū)理應(yīng)按照不同的使用功能，采取與之相對應(yīng)的技術(shù)評價(jià)方法。例如：對于以飲用水為主導(dǎo)功能的水功能區(qū)和以景觀用水為主導(dǎo)功能的水功能區(qū)在水質(zhì)評價(jià)過程中，二者的評價(jià)指標(biāo)、達(dá)標(biāo)率要求應(yīng)該分別規(guī)定。

4）水功能區(qū)劃管理目標(biāo)單一。目前的水功能區(qū)劃體系僅從水功能區(qū)的起止斷面、長度、用途、水質(zhì)目標(biāo)等方面做出規(guī)定，尚處于水功能區(qū)管理的初級階段。其他關(guān)鍵性指標(biāo)，如流量、水位、流速、泥沙及生態(tài)保護(hù)方面的基本指標(biāo)均空缺，不利于更好地衡量水功能區(qū)水體是否正常發(fā)揮作用[10]。水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)應(yīng)是融合了用水總量、開發(fā)利用率、水質(zhì)達(dá)標(biāo)率三方面相關(guān)指標(biāo)的綜合體系，可稱之為水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)體系。

5 建議

1）加強(qiáng)水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測監(jiān)控能力建設(shè)。為實(shí)現(xiàn)“水質(zhì)、水量并重”打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）加大理論創(chuàng)新的投入。做好特殊條件下水功能區(qū)的基礎(chǔ)調(diào)研，開展專題研究，為相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂，完善水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)體系提供理論依據(jù)和方法。

3）因地制宜，根據(jù)流域的自然條件建立水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)體系。

4）建立水功能區(qū)水質(zhì)評價(jià)系統(tǒng)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，將科學(xué)合理但計(jì)算過于復(fù)雜的水質(zhì)評價(jià)方法和水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)方法轉(zhuǎn)化為操作簡單、便于廣泛推廣的軟件操作，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)到評價(jià)結(jié)果的一鍵轉(zhuǎn)換。為水功能區(qū)日常監(jiān)督管理提供更為便捷的手段。

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