Paranoid!
摘要：本文从水环境质量评价的基本概念出发，在简要介绍现有水环境质量评价方法的基础上，对各方法的应用条件及优缺点进行了比较分析，最后针对评价工作中对平均值的不同认识进行了分析讨论。 关键词：水环境；质量；评价标准；评价方法 1 水环境质量评价 水环境质量评价就是通过一定的数理方法和其他手段，对水环境素质的优劣进行定量描述（或将量质变换为评语）的过程。水环境质量评价必须以监测资料为基础，经过数理统计得出统计量（特征数值）及环境的各种代表值，然后依据水环境质量评价方法及水环境质量分级分类标准进行环境质量评价。 2 水环境质量评价的作用及分类 水环境质量评价是进行环境管理的重要手段之一。通过水环境质量评价可以了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，制定综合防治措施与方案；可以了解和掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划；可以为制定国家或地方的环境标准、法规、条例细则等提供科学依据；可以进行环境质量的预断预报，编制新建、改建、扩建和挖潜、革新、改造等工程技术项目的环境影响报告书和防治方案，为选址、设计和生产布局提供科学依据，还可用以总结本地区的环保工作，鉴定防治措施的效果、写出年度环境质量报告书，进行不同地区间环境质量的比较，交流情报资料，进行全国环境质量统计，促进环保科研技术的发展以及是否以牺牲水环境质量和人民健康而换取经济发展高速度的损益分析等。 按不同的分类方法，大致上可将水环境质量评价分为以下几种类型：1）按照时间可分为回顾评价、现状评价和预断评价；2）按照区域类型可分为城市、区域或流域、景区等；3）按照环境的专业用途又可分为饮用水、灌溉水、渔业用水等质量评价。 3 水环境质量评价方法 1 评价方法简介 国内外环境质量评价方法多种多样，但目前国内还没有制定出统一的评价方法标准供环保工作者使用。水环境质量评价方法较多如：布朗水质指数、普拉特水质指数、罗斯水质指数、内梅罗水质指数、综合污染指数、模糊数学法和地图叠加法等，最后一种方法是国内目前普遍采用的方法，简单且实用。以上种种评价方法都要首先确定断面单项指标代表值，大多用平均值作为代表值，而内梅罗水质指数法则既考虑到平均值，同时又考虑端值对评价结果的影响，但评价工作中有很多具体问题不易解决，很少采用。其他方法还牵涉到标准问题或评价指标的权重问题，也很少采用。 2 水环境质量评价基本步骤 评价目的 根据水环境质量评价的作用，明确评价目的。 选择评价范围 如全国、流域、水系、城市、湖库等水环境质量评价； 选取评价资料 现状评价一般选择最近年份或月份的资料作为现状资料，回顾评价则选择基础年份至现状年份资料，时段必须有一定代表意义，如淮河流域近期的回顾评价大多选择1994年至2000年的资料，因该流域的大规模污染治理是从1994年开始的； 选择评价项目 一般要包含自然指标、有机污染指标和有毒污染指标； 选择评价标准 可根据评价目的选择不同的水质评价标准； 选择评价方法 对于流域评价，一般要分水期进行单项评价、分类评价（天然类、有机类、有毒类）和综合评价。分类评价和综合评价法比较常用的是地图重叠法。对于供水水源地水质评价，一般要计算水源地水质指数(WQI)，评价结果定期向社会公布； 评价结果 描述评价结果，找出主要污染因子、主要污染区域、污染趋势及变化规律、分析污染成因等。 水环境质量评价的其目的就是通过评价了解环境质量的过去、现在和将来发展趋势及其变化规律，掌握影响本地区环境质量的主要污染因子和主要污染源，从而有针对性地制定改善环境质量的污染源治理方案和综合防治规划与计划。因此，根据上述步骤进行评价时目的性要强，要灵活多变，充分发挥个人的主观能动性。现状评价既可以是月度评价，也可以是季度评价，还可以是年度评价。回顾评价一般是对近几年的水质进行回顾分析。 月度水质现状评价，要结合图表描述该月总体水质状况，与上月水质对比，与去年同期水质对比，水质是好转了还是恶化了，应有一个明确的结论。找出该月的主要污染因子及水质污染比较严重的河流或断面。季度现状评价同月度水质现状评价基本类似，但必须首先确定时段断面代表值。 年度水质现状评价，要结合图表描述本年度总体水质状况，与去年或基准年水质对比，水质是好转了还是恶化了，也应有一个明确的结论。从时间上来讲，因河流水质受季节影响比较明显，还可以分水期、分季度或逐月对比分析；从空间上来讲，可以按河流、水系等不同地域进行评价，河流评价还应分析沿程水质变化情况，最好用主要污染指标的浓度过程线突出污染严重的地点。在分析支流对干流污染贡献的大小时，可利用等标污染负荷比排序来加以解决，但由于偶然一次的结果可能会使其缺乏代表性，因此建议结合流量资料对某污染物进行输送量计算。举例来说，以淮河干流的鲁台孜站为下游控制点，其上游有淮干起始断面淮滨，最大的支流颍河，第二支流涡河，还有洪河、淠河、史河等。一般认为颍河及涡河对淮干的污染影响较大，但是在计算了各支流河口各年的CODmn输送量之后，发现洪河及淮河淮滨对鲁台孜的污染贡献最大，约占鲁台孜总量的30%～70%，且二断面污染物输送量各年的变化图形也同鲁台孜的图形相似，相反颍河和涡河的影响偏小。这主要是因为洪河和淮河淮滨为畅流型河道，而颍河和涡河节制闸众多所致，如后者为畅流型河道，淮河将不堪重负。以上例子能说明很多问题，但也有其一定的局限性，就是没有考虑到污染物降解因素，而且要求有完整可靠的流量系列资料。 4 水环境质量评价工作中存在问题 最近，有关部门发布了《地表水环境质量标准》（GHZB 1——1999），部分内容虽涉及到了水质评价，但仍不十分详细。该标准第1条规定“地表水环境质量评价应选取单项指标，分项进行达标率评价”，主要突出了单项达标率评价；第2条规定“对于丰、平、枯水期特征明显的水体，应分水期进行达标率评价，所使用数据不应是瞬时一次监测值和全年平均值，每一水期数据不少于两个”，在强调达标率评价的同时又否定了各水期和全年平均监测值的作用。举例来说，淮河水系的史河红石咀断面水质一直较好，多数月份为Ⅱ类，少数月份为Ⅲ类，但《淮河流域水污染防治规划及”九五“计划》中的水质目标定为Ⅳ类，水质达标率肯定是100%，如果人们想知道该断面各水期及全年综合评价到底是几类水，就没有一个量化概念。如果有断面代表值时，就能解决这一问题。流域水质评价是区域评价，内容必然会涉及到流域总体水质，在各断面没有时段代表值时，按监测站次进行达标率评价所得出的流域总体达标率信息将会失真，因为这个结果在一定程度上受各站的监测频率影响较大，无意中给各站设定了权重。例如，一个站监测频率是3次/年，大多为超Ⅴ类水体，另一站监测频率为12次/年，大多为Ⅲ类水体，按监测站次统计该区域年水质类别百分比时，水质好的百分比就会偏大，不能反映真实情况。 根据统计学原理，要对一个样本系列进行完整描述，必须了解随机变量的可能取值与概率的关系，达标率、超标率、检出率评价实际上相当于概率评价，但在实际工作中需要的不仅仅是概率与其对应的随机变量取值的关系，还需要描述随机变量分布的总体概括，即随机变量的数字特征，并根据特征值确定某断面在评价时段内的水质类别。在处理实际问题时，仍需要有限次的试验或观测来解决。数字特征通常有两大类：一类是反映随机变量的集中程度，即平均数，其数字特征值有平均值、中位值、众数和几何平均值；一类是反映随机变量的离散程度，数字特征值有平均差、方差和均方差。 环境统计平均值，是指在同质的总体中，环境现象在一定的时间、地点和条件下所达到的一般水平的统计指标。其显著特点是用一个数值来代表所研究环境现象的一般水平，以及把总体各变量之间的差异给抽象掉了。实际上是一个从个性到共性的过程。利用平均数，可以比较同类现象在不同区域所达到的一般水平，帮助人们认识所研究环境对象的总体情况，并且可以研究某种事物一般水平在不同时间上的发展变化，从而观察和分析其发展变化的过程和发展趋势。只有这样才能揭示各种环境现象之间相互依存关系的规律性。 众数是样本系列中出现次数最多的一个随机变量，具有很好的代表性，但短期水质资料中众数一般不易找到，实际工作中不可能得到真实的众数。而几何平均值主要是研究平均增加率或平均比率之用，对于变幅很大的因素常常使用。因此在水质评价时一般不采用众数和几何平均值作为代表值。 算术平均值、中位值和众数的位置关系如果用横坐标代表变量的取值，纵坐标代表相应的频数，如曲线分布为对称形，则三者合而为一。如曲线分布为正偏或负偏（见图1、图2），那么算术平均值受端值影响最大，远离众数；而中位值受项数影响，离众数较近。 离散程度反映变量分布在平均值两侧的疏蜜程度，离散度小，说明变量取值与平均值相差很小，平均值比较稳定且代表性强。相反，离散度大，说明变量取值与平均值相差很大，说明平均值稳定性小且代表性差。 评价精度是指所得出的评价结果与实际的环境质量之间的差异。评价代表值的精密度决定了评价结果的精度。假设以平均值作为代表值，根据平均值标准偏差公式不难看出，取样密度越大（即n越大），平均值标准偏差就越小，平均值越可靠，精度越高，同样评价精度也就得到了相应提高。 从以上分析可以看出，水环境质量评价必须统计断面代表值，这是水质评价的基础。究竟是取平均值合适，还是取中位值合适，要具体情况区别对待。在水质评价时首先计算平均值标准差，并由此判断平均值的代表性，会给评价工作增加较多工作量。一般情况下，中位值出现的频率比较接近众数出现的频率，中位值具有很好的代表性，当监测频率为每月一次时，可将水期平均值或中位值作为断面代表值；当监测频率为每两个月一次时，可将中位值作为水期断面代表值；当三、四个月监测一次时，平均值和中位值都无代表性。显然，在水质评价时一味强调年平均值受极值影响无代表性，或者认为年平均值不能反映极值，这些观点是值得商榷的。 
优秀水文化可以促进人水关系的协调。在现代的水利和生态环境建设中也应当倡导水文化，现代水文化创立的基本原则是满足现代人们对水文化的基本需求，反映现代人与水的关系、体现现代科技进步。 水是基础性的自然资源和战略性的经济资源。在人均水资源拥有量日益减少的同时，因水环境恶化所造成的水质性和功能性缺水现象亦日益突出，已成为突出的、全球性的共同的问题。早在上世纪初，欧美有些国家就关注水环境的污染，并且开始研究与防治。近几十年来，各国为控制水环境污染进行了大量研究，并且耗巨资对有些主要湖泊和城市河道进行了大范围治理。大量实践证明，水环境的污染是可以治理的，但这种治理常常费时长及费钱多：国际上治理最成功的美国华盛顿湖，耗资3亿美元，前后经过17年治理才达到目标；而面积仅1km2的瑞典的Frumman湖，费时22年，耗资90万美元才治理完毕，等等。据于此，从上世纪七十年代起，尤其是近十余年来，日本、美国、德国、瑞士等发达国家纷纷对以往的水环境治理思路进行反思，提出了生态治水的新理念，尊重河湖系统的自然规律，注重对其自然生态和自然环境的恢复和保护，使河湖的综合服务功能能展现很好。 农业面源污水由于量大面广，其治理难度不亚于点源，就美国、日本等发达国家对农业面源污染治理尤其是近年治理发展趋势来看，主要采用生物氧化塘、人工湿地和土地处理系统等来进行治理农业面源污染。 就具体的技术发展趋势来看，生态/生物方法是修复水生态系统中最为推崇的举措之一。这种技术实际上是对水体自净能力的强化，是人们遵循生态系统自身规律的尝试。而在具体的实施时，更趋向于多种技术的集成。具体由哪几种技术集成，则需要根据目的水域的污染性质、程度、生态环境条件和阶段性或最终的目标而定，亦即在实施前要对目的水域作系统周密的论证，而后制定实施方案，才能达到预期的目标。 大量实践证明，以相应的实验示范基地为平台，开展相应的应用基础研究与新技术开发，同时引进异地实用高新技术进行本地化研究与示范，是条有利于快出成果并且直接将其转化为生产力的可行途径。如日本在琵琶湖和霞浦湖等建立了针对流域水环境治理与生态修复的实验示范基地，取得了环境教育、新方法和新技术研究开发与技术成果展示效果，为提高市民的环境意识和科技成果的推广应用起到了积极的促进作用。 水环境治理与水生态系统修复技术现状 大量研究表明，对水域的水环境污染进行有效治理的前提是控制污染源，只有外源得到了有效控制，作为末端治理技术的水环境污染治理才能见效，不然只能起到事倍功半的效果，甚至徒劳。通过大量研究与实践，已明确水环境污染实际上是典型的生态问题，因此，在对污染水域进行治理时，用生态学方法使生态问题得到最终解决。近年，强调治理与生态修复相结合，甚至更加强调生态修复的作用。 从广义上讲，所有的生物处理都是生态修复。目前，国际上据原理已在使用的或已进入中试阶段的污染水域治理与生态修复技术可分为物理法、化学法和生物/生态法三大类。其中的技术名称包括底泥疏浚、人工增氧、生态调水、化学除藻、絮凝沉淀、重金属化学固定、微生物强化、植物净化、生物膜。（见表） 表 水环境治理与生态修复技术分类及其适用范围 技术分类 技术名称 选用污染水域范围 主要作用 物理法 底泥疏浚 严重底泥污染 外移内源污染物 人工增氧 严重有机污染 促进有机污染物降解 生态调水 富营养化，有害无毒污染 通过稀释作用降低营养盐和污染浓度，改善水质 化学法 化学除藻 富营养化 直接杀死藻类 絮凝沉淀 底泥内源磷污染 将溶解态磷转化为固态磷 重金属化学固定 重金属污染 抑制重金属从底泥中溶出 生物/生态法 微生物强化 有机污染 促进有机污染物降解 植物净化 富营养化、复合性污染 污染物迁移转化后外移 生物膜 有机污染 促进有机污染物降解 1、底泥疏浚 底泥疏浚是在水域污染治理过程中普遍采用的措施之一。这是因为底泥是水生态系统中物质交换和能流循环的中枢，也是水域营养物质的储积库和特殊的缓冲载体，在水环境发生变化时，底泥中的营养盐和污染物会通过泥-水界面向上覆水体扩散，尤其是城市湖泊和河道，长期以来累积于沉积物中的氮磷和污染物的量往往很大，在外来污染源存在时，这些物质只是在某个季节或时期内会对水环境发挥作用，然而在其外来源全部切断后，则逐渐释放出来对水环境发生作用，包括增加上覆水体中的污染物含量和因表层底泥中有机物的好氧生物降解及厌氧消化产生的还原物质消耗水体溶解氧等，并且在很长一段时期内维持对水环境的影响。因此，一般而言，疏浚污染底泥意味着将污染物从水域系统中清除出去，可以较大程度地削减底泥对上覆水体的污染贡献率，从而起到改善水环境质量的作用。 底泥疏浚技术据原理属物理法分类技术。外移内源污染物，这是底泥疏浚技术主要作用所含有的内容。就疏浚技术现状来看，主要包括工程疏浚技术、环保疏浚技术和生态疏浚技术等。就技术的成熟度和采用率而言，其中的工程疏浚技术居首，环保疏浚技术是近年开发并且已进入大规模采用阶段的成熟技术，生态疏浚技术则是最近提出并且在局部实施的新技术。 就实施疏浚技术对水环境质量的改善效果来看，由于工程疏浚技术以往主要是用在为了疏通航道、增加库容等目的而进行的疏浚，长期的实践证明其效果欠人意；环保疏浚是以清除水域中的污染底泥、减少底泥污染物向水体的释放为目的的技术，其效果因此明显优于工程疏浚技术，而有较高的施工精度，能相对合理的控制疏浚深度，能较大幅度地减少疏浚过程中的污染是环保疏浚技术的特点；生态疏浚是以生态位修复为目的的技术，以工程、环境、生态相结合来解决河湖可持续发展，其特点是以较小的工程量最大限度地清除底泥中的污染物，同时为后续生物技术的介入创造生态条件。 然而，据日本等发达国家的实践，就特定的水体而言，是否需要对其底泥进行彻底的疏浚，或者疏浚到什么程度，还需要进行细致周密的研究论证，并且应做到视区域的污染程度、性质和疏浚目的而定，不宜一概采用，因为大规模的底泥疏浚不但需要大量资金来支持，而且被清除的污染底泥的最终处理也是一个棘手的问题。 2、生态调水 生态调水是在敏感水域普遍采用的水环境污染治理措施。生态调水的目的和方法是通过水利设施（闸门、泵站等）的调控引入污染水域上游或附近的清洁水源冲刷稀释污染水域，以改善其水环境质量。 生态调水的实际作用主要体现在： ◆ 将大量污染物在较短时间内输送到下游，减少了原区域水体中的污染物的总量，以降低污染物的浓度； ◆ 调水时改善了水动力的条件，使水体的复氧量增加，有利于提高水体的自净能力； ◆ 使死水区和非主流区的污染水得到置换。 生态调水技术据原理属物理法分类技术。通过稀释作用降低营养盐和污染浓度，改善水质，这是生态调水技术主要作用所含有的内容。然而，生态调水技术的物理方法是把污染物转移而非降解，会对流域的下游造成污染，所以，在实施前应进行理论计算预测，确保调水效果和承纳污染的流域下游水体有足够大的环境容量。 3、人工增氧 人工增氧是在治理污染河道中较多采用的措施之一。这是因为污染严重的河道水体由于耗氧量远大于水体的自然复氧量，溶解氧普遍较低，甚至处于严重缺氧状态，此时河道的水质严重恶化，水体自净能力低下，水生态系统遭到破坏。人工增氧能较大幅度地提高水体中溶氧含量。 人工增氧的结果： ◆ 能加快水体中溶解氧与臭污物质之间发生氧化还原反应的速度； ◆ 能提高水体中好氧微生物的活性，促进有机污染物的降解速度，这些作用对消除水体臭污具有较好的效果。 人工增氧一般适宜于在以下二种情况下应用： ◆ 为加快对污染河道治理的进程； ◆ 作为已经过治理河道中的应急措施。 人工增氧技术据原理属物理法分类技术。促进有机污染物降解，这是人工增氧技术主要作用所含有的内容。 4、植物净化 植物净化技术据原理属生物/生态法分类技术。污染物迁移转化后外移，这是植物净化技术主要作用所含有的内容。相对于物理法和化学法而言，生物/生态修复技术的提出较晚，而生物/生态修复技术发展仅仅是近十多年前才开始的，尤其是其中的植物净化技术是近年来才开始得到重视。植物净化技术的最大优点是可以通过植物的吸收吸附作用，降解、转化水体中的有机污染物，继而通过收获植物体的形式将有机污染物从水域系统中清除出去，因此，可以达到标本兼治的效果。与此同时，植物的存在为微生物和水生动物提供了附着基质和栖息场所。某些植物的根系能分泌出克藻物质，达到抑制藻类生长的作用，庞大的枝叶和根系成为自然的过滤层，能截获大量的悬浮物质等，对水生态系统的物理、化学以及生物特性亦能产生重要影响。 作为完整的水生态系统包含种类及数量恰当的生产者、消费者和分解者，具体地说包括水生植物和鱼、螺、虾、贝类、大型浮游动物等水生动物，以及种类和数量众多的微生物和原生动物等。其中，水生植物是水生态系统中的初级生产者，其不仅是水体食物网的重要成员，同时在水体溶氧供应、营养循环中其起到重要作用，而且作为水体结构角色，还为其它水生动物提供生存空间和产卵栖息地。 水生植物技术用于生态修复阶段，其主要作用： ◆ 净化微污染的水体，即通过其的吸收吸附作用，降解、转化水体中的有机污染物，而使水质得到进一步改善； ◆ 作为水生态系统的主要成员为其他生物的生存、繁衍提供场所和食物。 水生植物尤其是其中的浮叶和沉水植物在污染严重的水体中因生境条件不具备，因而难以成活，而修复水生态系统时有水生植物的介入，生态系统就能修复。 所以我们要发展科技，才能更好的保护环境
