CN106530133A

CN106530133A - 一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法

Info

Publication number: CN106530133A
Application number: CN201611028159.XA
Authority: CN
Inventors: 贾瑞宝; 孙韶华; 侯伟; 王明泉; 马中雨
Original assignee: Shandong Province Urban Water Supply And Drainage Water Quality Monitoring Center
Current assignee: Shandong Province Urban Water Supply And Drainage Water Quality Monitoring Center
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明公开了一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，以湖库型水源水体为研究对象，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838‑2002)分类标准，采用≤26项水质参数建立评价体系，在原有毒理学指标、污染性指标和常规指标3类污染指标的基础上，根据湖库型水源季节性及突发性的污染特征，增加了特征性指标，包括叶绿素a、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、铁和锰等指标；并对包含4类指标的综合水质指数计算进行了优化，本发明一方面可以应用于常规性的水质评价，另一方面可针对湖库型水源水体明显的特征污染物及突发水质状况进行综合评价，以有效掌握地表饮用水源的污染成因及污染程度。

Description

一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法

技术领域

本发明涉及水质监测领域，尤其是涉及一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法。

背景技术

湖泊和水库是城乡居民生活用水的重要来源，其水质安全关系到社会的发展和稳定。然而，随着工农业的不断发展及人们生活水平的提高，流域内农用化肥、农药、禽畜养殖及水土流失引起的非点源污染不断增加，地表水源水质安全受到严重污染威胁。因此，需要科学合理的水质评价方法评估水质污染状况，以有效掌握地表饮用水源的污染成因及污染程度。

综合水质指数(Water quality index，WQI)法是针对饮用水功能特征，依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)、《地下水质量标准》(GB/T14848-93以及《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)，研制的采用水质指数来描述和比较水资源质量用途的一种分类、分级的水质评价方法。该方法将评价项目分为三大类：难处理的毒性指标、易净化的污染指标和其他污染指标等19-22个参数。该方法由于可以完整地表达水体综合水质信息而得到广泛应用。

但是湖库型水源水质易受到光照、气温、营养盐的影响，水体多会出现季节性的特征污染物或突发水质状况，因此，湖库型水源水质的评价易受到参数和分类方法的限制，目前的水质综合指数评价法不能很好地针对湖库型水源水质进行评价。

因此，如何充分考虑湖库型水源水质的特殊情况，更好地对湖库型水源水质进行评价是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，该湖库型水源水质评价方法能够充分考虑湖库型水源水质的特殊情况，更好地对湖库型水源水质进行评价。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明提供了一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，包括以下步骤：

1)确定水质评价指标的种类；

2)根据各评价指标的污染特性，将步骤1)中的评价指标分为毒理学指标、污染性指标、常规指标和特征性指标4类，并按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表对各评价指标进行k级指数I_i,k赋值；

3)按照步骤1)确定的评价指标的种类对水源进行实际检测，得到各评价指标的实测浓度，然后将各评价指标的实测浓度与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表进行比对，得到各评价指标的实测浓度所对应的k级指数I_i,k；

4)计算各个评价指标的单项指数I_i；

5)计算各类评价指标的分类指数CI，得出水源的污染成因；

6)计算综合水质指数WQI，得出水源的污染程度。

优选的，步骤1)中，确定水质评价指标的种类，包括砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(六价)(Cr(Ⅵ))、铅(Pb)、硒(Se)和氰化物、粪大肠菌群、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₄-N)、pH、总磷(TP)、氟化物(F)、总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、挥发酚、石油类、叶绿素a(Chl a)、氯化物(Cl^-)、硫酸盐(SO₄ ^2-)、硝酸盐氮(NO₃-N)、铁(Fe)以及锰(Mn)共26个评价指标。

优选的，步骤2)中，根据各评价指标的污染特性，将26个评价指标分为毒理学指标、污染性指标、常规指标和特征性指标4类，并按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表对各评价指标进行k级指数I_i,k赋值，得出：

优选的，步骤4)中，将各评价指标的实测浓度与GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表相比较，当实测浓度C_i,k<C_i<C_i,k+1时，根据以下公式计算出评价指标i的单项指数I_i，

式中：C_i为i项评价指标的实测浓度；

C_i,k为i项评价指标的K级标准限值；

C_i,k+1为i项评价指标的K+1级标准限值；

n为地表水环境质量标准基本项目标准限值表中i项评价指标的相同标准值的个数(当无相同时，n＝1)；

C_i,k+n为i项评价指标的K+n级标准限值；

I_i,k为i项评价指标的k级指数；

对于pH，当6≤pH≤9时，I＝0；否则，I＝100；

未检出值的评价指标的单项指数以0计。

优选的，步骤5)中，对于第一类评价指标：CI(Ⅰ)＝max(I_i)；

对于第二、第三和第四类评价项目：

式中：CI(Ⅰ)、CI(Ⅱ)、CI(Ⅲ)、CI(Ⅳ)分别为第一类毒理学指标、第二类污染性指标、

第三类常规指标和第四类特征性指标的的分类指数；

n为第n项评价指标；

对于Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^--N、Fe及Mn只有一个标准限值，其计算公式为：

CI＝C_i/C_i,3×60；

将4类分类指数CI进行比较，CI值越大，表明该类评价指标污染程度越高，以此判断得出水体的污染成因。

优选的，步骤6)中，

WQI＝max(CI(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ))

且定义：

与现有技术相比，本发明提供了一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，该评价方法充分考虑湖库型水源水质的特殊情况，对参与水质评价的评价指标的种类、评价指标的分类及其计算方法进行了优化，创造性地针对湖库型水源常见的特征污染状况，将叶绿素a、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、铁和锰等指标纳入评价体系，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的水质分类标准建立评价体系，一方面有效地掌握水源水质污染来源和污染程度，另一方面有针对性地对湖库型水源水质的特征污染物或突发性水质污染状况进行综合评价，除了可以应用于常规性的水质评价，还可针对水体中明显的特征污染物及突发水质状况采用≤26项参数进行水质评价，使评价结果真实准确，能够更好地对湖库型水源水质进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，图1为本发明实施例提供的基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法的流程示意图。

本发明公开了一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，包括以下步骤：

1)确定水质评价指标的种类；

4)计算各个评价指标的单项指数I_i；

5)计算各类评价指标的分类指数CI，得出水源的污染成因；

6)计算综合水质指数WQI，得出水源的污染程度。

在本发明的一个实施例中，步骤1)中，确定水质评价指标的种类，包括砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(六价)(Cr(Ⅵ))、铅(Pb)、硒(Se)和氰化物、粪大肠菌群、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₄-N)、pH、总磷(TP)、氟化物(F)、总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、挥发酚、石油类、叶绿素a(Chl a)、氯化物(Cl^-)、硫酸盐(SO₄ ^2-)、硝酸盐氮(NO₃-N)、铁(Fe)以及锰(Mn)共26个评价指标。

在本发明的一个实施例中，步骤2)中，根据各评价指标的污染特性，将26个评价指标分为毒理学指标、污染性指标、常规指标和特征性指标4类，并按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表对各评价指标进行k级指数I_i,k赋值，得出：

在本发明的一个实施例中，步骤4)中，将各评价指标的实测浓度与GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表相比较，当实测浓度C_i,k<C_i<C_i,k+1时，根据以下公式计算出评价指标i的单项指数I_i，

式中：C_i为i项评价指标的实测浓度；

C_i,k为i项评价指标的K级标准限值；

C_i,k+1为i项评价指标的K+1级标准限值；

C_i,k+n为i项评价指标的K+n级标准限值；

I_i,k为i项评价指标的k级指数；

对于pH，当6≤pH≤9时，I＝0；否则，I＝100；

未检出值的评价指标的单项指数以0计。

在本发明的一个实施例中，步骤5)中，对于第一类评价指标：CI(Ⅰ)＝max(I_i)；

对于第二、第三和第四类评价项目：

第三类常规指标和第四类特征性指标的的分类指数；

n为第n项评价指标；

CI＝C_i/C_i,3×60；

在本发明的一个实施例中，步骤6)中，

WQI＝max(CI(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ))

且定义：

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

1)确定水质评价指标的种类，包括砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(六价)(Cr(Ⅵ))、铅(Pb)、硒(Se)和氰化物、粪大肠菌群、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₄-N)、pH、总磷(TP)、氟化物(F)、总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、挥发酚、石油类、叶绿素a(Chl a)、氯化物(Cl^-)、硫酸盐(SO₄ ^2-)、硝酸盐氮(NO₃-N)、铁(Fe)以及锰(Mn)；

2)根据各评价指标的污染特性，将步骤1)中的评价指标分为毒理学指标、污染性指标、常规指标和特征性指标4类，并按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表对各评价指标进行k级指数I_i,k赋值，得表1；

表1评价指标分类、评价标准及k级指数I_i,k

3)按照步骤1)确定的评价指标的种类对A水库、B水库和C湖泊中的水源进行实际检测，得到各评价指标的实测浓度，然后将各评价指标的实测浓度与表1进行比对，得到各评价指标的实测浓度所对应的k级指数I_i,k，得表2；

表2 各评价指标在3座湖库水体中的实测浓度及其相应的k级指数I_i,k(括号内数值)

“/”表示该评价指标无数据；

对于特征性指标中氯化物、硫酸盐等只有一个标准限值的指标，不计算其分级指数；

对于C_i，认为C_i,k<Ci<C_i,k+1，所以当C_i介于0和Ⅰ级标准浓度时，认为I_i,k取0级标准的指数，而0级标准指数默认为0；

4)计算各个评价指标的单项指数I_i：

将各评价指标的实测浓度与GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的“地表水环境质量标准基本项目标准限值表”相比较，当实测浓度C_i,k<C_i<C_i,k+1时，根据以下公式计算出评价指标i的单项指数I_i，得表3；

式中：C_i为i项评价指标的实测浓度；

C_i,k为i项评价指标的K级标准限值；

C_i,k+1为i项评价指标的K+1级标准限值；

C_i,k+n为i项评价指标的K+n级标准限值；

I_i,k为i项评价指标的k级指数；

对于pH，当6≤pH≤9时，I＝0；否则，I＝100；

未检出值的评价指标的单项指数以0计；

表3 A水库、B水库及C湖泊各水质评价指标的单项指数I_i

“/”表示该评价指标无数据；

5)计算各类评价指标的分类指数CI：

对于第一类评价指标：CI(Ⅰ)＝max(I_i)；

对于第二、第三和第四类评价项目：

式中：CI(Ⅰ)、CI(Ⅱ)、CI(Ⅲ)、CI(Ⅳ)分别为第一类毒理学指标、第二类污染性指标、第三类常规指标和第四类特征性指标的的分类指数；

n为第n项评价指标；

关于特征性指标，是针对在地表水源水出现明显特征污染物或有突发水质问题时，将其纳入评估范围；

CI＝C_i/C_i,3×60

上式中，C_i,3是表1中相应污染物的标准限制，如Cl^-和SO₄ ^2-均为250，Mn为0.1；写成C_i,3是因为将该标准限制放在了C_i,1至C_i,5的中间位置；

将4类分类指数CI进行比较，CI值越大，表明该类评价指标污染程度越高，以此判断得出水体的污染成因；

经计算，得表4；

表4 A水库、B水库及C湖泊各水质评价指标的分类指数CI

分类	分类指数	A水库	B水库	C湖泊
					毒理学指标	CI(Ⅰ)	32.0	58.0	40.0
污染性指标	CI(Ⅱ)	24.7	23.4	14.5
					常规指标	CI(Ⅲ)	38.4	35.3	34.7
特征性指标	CI(Ⅳ)	32.5	17.4	32.5

由表4可得：3处水体的主要污染物(污染成因)分别为常规指标、毒理学指标和毒理学指标，可将这些指标作为水体优先控制污染物；

6)计算综合水质指数WQI：

采用以下公式对综合水质指数(WQI)进行计算：

WQI＝max(CI(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,IV))

经计算，得表5；

表5 A水库、B水库及C湖泊各水质评价指标的综合水质指数WQI

	A水库	B水库	C湖泊
				WQI	38.4	58.0	40.0
评价结果	良	尚好	良

由表5可得：A水库、B水库和C湖泊的WQI值分别为38.4、58.0、40.0，A水库、B水库和C湖泊的污染程度分别为良、尚好和良。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种基于综合水质指数法的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定水质评价指标的种类；

4)计算各个评价指标的单项指数I_i；

5)计算各类评价指标的分类指数CI，得出水源的污染成因；

6)计算综合水质指数WQI，得出水源的污染程度。

2.根据权利要求1所述的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，步骤1)中，确定水质评价指标的种类，包括砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(六价)(Cr(Ⅵ))、铅(Pb)、硒(Se)和氰化物、粪大肠菌群、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₄-N)、pH、总磷(TP)、氟化物(F)、总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、挥发酚、石油类、叶绿素a(Chl a)、氯化物(Cl^-)、硫酸盐(SO₄ ^2-)、硝酸盐氮(NO₃-N)、铁(Fe)以及锰(Mn)共26个评价指标。

3.根据权利要求2所述的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，步骤2)中，根据各评价指标的污染特性，将26个评价指标分为毒理学指标、污染性指标、常规指标和特征性指标4类，并按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表对各评价指标进行k级指数I_i,k赋值，得出：

4.根据权利要求3所述的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，步骤4)中，将各评价指标的实测浓度与GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的地表水环境质量标准基本项目标准限值表相比较，当实测浓度C_i,k<C_i<C_i,k+1时，根据以下公式计算出评价指标i的单项指数I_i，

I_{i} = (\frac{C_{i} - C_{i, k}}{C_{i, k + n} - C_{i, k}}) \times 20 n + I_{i, k}

式中：C_i为i项评价指标的实测浓度；

C_i,k为i项评价指标的K级标准限值；

C_i,k+1为i项评价指标的K+1级标准限值；

C_i,k+n为i项评价指标的K+n级标准限值；

I_i,k为i项评价指标的k级指数；

对于pH，当6≤pH≤9时，I＝0；否则，I＝100；

未检出值的评价指标的单项指数以0计。

5.根据权利要求4所述的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，步骤5)中，对于第一类评价指标：CI(Ⅰ)＝max(I_i)；

对于第二、第三和第四类评价项目：

C I (I I) = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} I_{i};

C I (I I I) = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} I_{i};

C I (I V) = \frac{1}{n} Σ_{i = 1}^{n} I_{i}

n为第n项评价指标；

CI＝C_i/C_i,3×60；

6.根据权利要求5所述的湖库型水源水质评价方法，其特征在于，步骤6)中，

WQI＝max(CI(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ))

且定义：