水文分析计算与水资源质量评价

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【摘要】：下面以2002年全国水资源综合规划技术大纲与技术细则中长江流域水资源质量评价内容为例进行介绍。

13.8.1.1　水资源质量评价的概念

水质是指水体物理、化学、生物学的特征和性质，通过测定各种成分浓度及物质存在所起作用或性质而确定的。衡量水环境质量标志尺度有4种：即水的资源质量、生存质量、人体健康质量、经济损益分析。

水资源质量评价是水环境质量评价的组成部分，是环境质量评价体系中一种单要素评价，是据水的用途，按一定评价参数、质量标准、评价方法，对不同水体质量进行科学的定性、定量评定。选用参数分为单项参数或多项参数评价。按评价水体可分为河流、湖（库）、地表水、地下水等评价；按评价水体用途可分为：饮用水评价、渔业用水评价、游览娱乐用水评价、农业（灌溉）用水评价等；按评价阶段，可分为回顾评价、预断评价、现状评价。

2002年全国和长江流域所做水质现状评价是据近期水质监测资料对某个水体现状进行评价，是水资源综合评价的重要环节，是确定水体水质价值、揭示现状水质与功能对水质需求之间的差距，为水资源管理、规划、监测、保护、可持续利用提供科学依据。

13.8.1.2　水资源质量评价工作的内容

水资源质量评价方法与内容随国民经济发展及人们对水资源环境质量的认识而不断发展。在2002年始的新一轮全国水资源评价工作中，长江流域水资源质量在调查评价方面取得了重要成果，内容涵盖了水化学类型、地表水质现状、湖泊（水库）水质现状及营养状况、地下水水质、水功能区水质、水质变化趋势分析等主要专题，应用新理论、新方法揭示了长江流域水资源质量状况和面临的主要问题以及发展态势，在水资源评价中具有一定创意。下面以2002年全国水资源综合规划技术大纲与技术细则中长江流域水资源质量评价内容为例进行介绍。

（1）天然水化学特征。

评价水平年选用：2000年。

评价范围：长江流域。

评价方法：采用地表水水化学类型的阿列金（O.A.Aleken）分类法和天然水矿化过程4个主要阶段的分类方法。

评价项目：矿化度、总硬度、钾、钠、镁、钙、重碳酸盐、氯化物、硫酸盐、碳酸盐。项目代表值取多年平均值。

评价结果：矿化度评价结果、总硬度评价结果、水化学类型分析、pH值的统计等。

（2）地表水河流现状水质评价。

评价水平年：2000年。

评价范围：规划中所有进行了水功能区划的江、河、湖、库。

评价代表值：选用汛期、非汛期，全年均值作为评价代表值。

评价标准：《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）。

评价项目（必评）：溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、挥发酚、砷。

评价项目（选评）：五日生化需氧量、氟化物、氰化物、汞、铜、锌、镉、六价铬、总磷、石油类等。

评价项目（参考）：pH值、水温、总硬度。

评价方法：采用单项指标评价法（即最差的项目赋全权），以Ⅲ类地表水标准值做为水体是否超标判定值（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质定义为达标，Ⅳ、Ⅴ、劣于Ⅴ类水质定义为超标）。

单项参数指数评价方法首先求出单项参数在水中含量浓度值。为此，需求出河段断面代表值和河段代表值，并对照《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）将代表值按评价河段长度划类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ），最终求出统计河长及河长在总评价河长中的百分比，进行水体质量评价。

河段水质单项评价

河段代表值计算式

式中：CL为河段水质代表值，mg／L；Cj为河段内各断面平均浓度，mg／L；m为断面个数。

河段污染河长百分数量度计算式

式中：L污河长为污染河长百分数；L污为污染河长，km；L评为评价河长，km。

（3）湖泊（水库）水质现状评价。

评价标准、方法同河流现状水质评价。

评价结果：将水库、湖泊现状水质评价结果填表并绘制水质类别分布图。

（4）湖泊（水库）营养状态评价。

评价水平年：2000年。

评价标准：采用湖泊（水库）营养状态评价标准。

评价项目：总磷、总氮、叶绿素（a）、高锰酸盐指数和透明度。

评价方法：查评价标准表，将参数、浓度值转换为评分值，再查表得营养状态等级。

（5）水质变化趋势分析。

趋势分析的范围：有代表性的水质监测控制站等。

趋势分析的项目：总硬度、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、溶解氧、挥发酚、镉；湖泊（水库）增加总磷、总氮；入海河口增加氯化物；内陆河增加硫酸盐。

趋势分析资料选取：主选用1993～2000年水质数据。

趋势分析方法：采用Kendall检验法。

趋势分析结果：站点项目上升、下降、无变化以图、表表示趋势等。

（6）地下水水资源质量评价内容。

评价水平年：2000年。

评价范围：长江流域各水资源三级分区。

评价标准：《地下水质量标准》（GB／T14848—93）；《生活饮用水卫生标准》（GB5749—85）（参照）。

评价方法：采用舒卡列夫分类法，单指标评价法。

评价项目（必评）：pH值、矿化度、总硬度、氨氮、挥发酚、高锰酸盐指数、总大肠菌群。

评价项目（选评）：氟化物、氯化物、氰化物、碘化物、砷、硝酸盐、亚硝酸盐、六价铬、汞、铅、锰、铁、镉、化学需氧量、有毒有机物、重金属等。

评价结果表示：地下水的水化学分类、总硬度评价、矿化度评价；地下水水质现状（水质类别、水文地球化学异常区、地下水劣质区、污染区）；地下水水质趋势分析（水质年平均变化量和变化率、恶化、稳定、改善趋势分析）；地下水污染分析评价（地下水资源达Ⅵ、Ⅴ类水的评价）；地下水水资源水质综合评价（不同质的面积分类、不同质的资源量分类）。

13.8.1.3　水资源质量评价方法综述

国内外水质评价工作历经半个多世纪，提出的评价方法不少于50～60种之多，但各有利弊，归纳起来，为指数法、分级评分法、纯数学的方法3大类型。下面列举一些有代表性的方法。

式中：E为数学期望符号；Wi为权系数，∑Wi＝1；δ为方差。

本法运用了2个指数来确定水质，进行水质评价。

我国第一个综合表示水质污染情况或综合评价水污染的指数

K＜0.1是未污染水体，K＝0.1～0.2为轻污染河段，K＞0.2为污染河段，K＞5.0为严重污染河段。

本法优点：计算简便，用统计数值来评价，显示在多种污染物质影响下水质的污染情况，空间上可对比不同河段、水体水质污染程度，便于分级分类，时间上可显示一个河段、一个地区水质污染总变化趋势，改善单项指标表示水质污染不够全面的缺陷。综观现行评价方法，多数都以质量指数为基础，指数法仍不失为简便可行的评价方法。

（2）分级评价法。这也是我国应用较多的方法，将评价参数的区域代表值用同一分级标准浓度值对比分级确定水质优劣。首先划分水质等级，后用实测值与等级比较打分，据总分值进行综合评价。克服了简单指数方法忽视不同污染物同一超标倍数所产生危害不同的特点，克服Ci／Si基本单元有时划分水质级别不尽合理状况。本法计算简单，易于应用，适合全国、全流域性统一的水质评价，直观、明确、适用范围大，避免繁琐，能反映水质污染实际状况，反映水质综合效应。其具代表性的表达式为河长加权平均法

式中：K为河流综合水质指标；Ki为单元河段i的水质级别；Li为单元河段长度，km；n为单元河段个数。

（3）概率统计方法。基于水质监测数据是随机变量，结果具随机性，因为所做水质评价指数仅在一定程度上反映水质污染强度，我国水质监测数据，反映污染历时困难。为此，可对其进一步改进，如应用概率论方法统计其经验累积频率方法

式中：P为累积频率；m为由大到小排列的序位；n为检测总数。

此方法能更好符合水质污染实际，污染物在水体中时空分布代表性加强，污染历时得到反映。本方法在资料系列较短时，不能满足统计要求，产生一些误差。

水质保证率法——条件概率评价方法具体如下。

先求分级比率（分级概率），其表达式

式中：C为污染物浓度；C0为起始断面污染物浓度；k为自净系数，x为上下游间距离；x1、x2为评价河段上下游开始和末端距离。

水质分级比率

式中：Ri为某级水分级比率；Ni为某级水在总测次中出现的月次数；M为参加评价总月次数。

条件概率计算公式

式中：Ai，j为Ti级水和Qj流量同时出现次数；P（Ti，Qj）为评价系列Ti级水和Qj流量同时出现概率；Aj为评价系列分级流量Qj出现次数；P（Qj）为评价系列分级流量概率；N为各级流量出现总次数；Ti为水质评价为i级的水质等级。

条件概率评价方法最大优点是将水量水质相结合评价，但需要资料系列较长，统计比较复杂。

水资源质量评价作为水环境研究必不可少的一环，正方兴未艾，现在推行诸多方法，各有利弊。我国近些年评价数学模式蓬勃发展，在大范围流域性评价中指数法、分级评价法比较成熟。作为一种评价手段要不断改进其机制，并朝向化学、生物与数学相结合机制，与水环境、水生态机制相协调配合上下工夫，不断探索更合理科学的评价方法。对于模糊数学、灰色系统理论等方法是评价理论的新方法，但计算繁杂，又鉴于我国监测水平和经济现状，仍是理论研究探索性质的方向。

水文分析计算与水资源质量评价

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