2.3 水环境评价的方法和标准

2.3.1 水环境评价的方法

1.水质评价方法

（1）污染指数法。污染指数法利用表征水体水质的物理、化学参数的污染物浓度值，通过数学处理，得出一个较为简单的相对数值来反映水体的污染程度。

1）单一指数法。单一指数I_i是指某种污染物的实测浓度值（或经过某种计算的取值）C_i与该污染物的评价指标S_i的比值。计算公式为

式中 I_i——监测值对标准值的比值，又称等标污染负荷，是一个无量纲的数，在一定条件下，可以表示水质相对污染状况。

当I_i＜1.0时，可以认为水质是清洁的（对某一污染物而言）；当I_i＞1.0时，说明水质已污染（对某一污染物而言）；当I_i=1.0时，水质处于临界状态（对某一污染物而言）。

不同的情况，计算公式不同。

对污染浓度增加而污染危害也增加的污染物，如酚、氰、COD等，其污染指数计算公式为

对于随浓度增加而危害程度下降的污染物，如溶解氧等，其污染指数计算公式为

式中 C_max——水质指标i在水中可能的最大浓度，如20℃时，水中的饱和溶解氧为9.2mg/L；

I_i、C_i、S_i意义同前。

对具有最高允许浓度和最低允许浓度限制的污染物，其污染指数计算公式为

式中 S_max——某一水质指标标准值的上限；

S _min——某一水质指标标准值的下限。

2）内梅罗污染指数。内梅罗污染指数由美国学者内梅罗最先提出。内梅罗选取以下14项作为计算水污染指数的评价参数，即温度、颜色、透明度、pH、大肠杆菌数、总溶解固体、悬浮固体、总氮、碱度、氯、铁、锰、硫酸盐、溶解氧。根据具体情况不同，评价参数可稍作调整。内梅罗还将水的用途分为3类。

人类接触使用的（水质污染指数为PI₁），包括饮用、游泳、制造饮料等。

间接接触使用的（水质污染指数为PI₂），包括养鱼、工业食品制备、农业使用等。

不接触使用的（水质污染指数为PI₃），包括工业冷却用、公共娱乐及航运等。

水污染指数的公式如下：

式中 PI_j——j种用途水的水质污染指数，mg／L；

S_ij——水质评价参数（污染物）i的j种用途水的水质评价标准，mg／L；

ρ_i——水质评价参数i的实测浓度，mg／L；

n——水质评价参数的项目数。

为了表明各种用途用水的总水质指数，内梅罗建议根据PI₁、PI₂、PI₃求和计算PI值。这里首先需要确定该水体在利用中不同用途占的份额（即权系数），分别以W₁、W₂、W₃代表，这样，总水质污染指数用下式计算：

式中 PI——总水质污染指数；

W ₁、W₂、W₃——各种用途用水的权系数。

3）有机污染综合评价指数。中国环境科学工作者对上海地区黄浦江等河流的水质有机污染突出的问题，进行了一系列研究，综合出氨氮与溶解氧饱和百分率之间的相互关系，在此基础上提出了有机污染综合评价指数A，其定义为

式中 A——有机污染综合评价指数；

BOD_i——BOD的实测值，mg/L；

BOD₀——BOD的评价标准值，mg/L；

COD_i——COD的实测值，mg/L；

COD₀——COD的评价标准值，mg/L；

ρ _{NH-N， i} ——NH₃-N的实测值，mg/L；

ρ _NH-N，0——NH₃-N的评价标准值，mg/L；

DO_i——DO的实测值，mg/L；

DO₀——DO的评价标准值，mg/L。

该指数根据有机污染为主的情况，评价参数只选了代表有机物污染源的4项，其中溶解氧项前面的负号表示它对水质的影响与上三项污染物相反。

4）罗斯水质指数。英国人罗斯在总结以往的水质指数的基础上，提出了一种较为简单的水质指数计算方法。在常规监测的12个参数中选取了4个参数作为计算河流水质指数的评价参数，这4个参数是悬浮固体、BOD、DO和NH₃-N，并对这4个参数给予不同的权重，见表2.1。同时按表2.2所列的各参数分级值，给每个评价参数打分。

在计算水质指数时，先根据各参数的实测浓度值查表2.2，得出各参数的分级值，再按式（2.8）计算权重系数：

式中 WQI——罗斯水质指数。

规定WQI值用整数表示。这样就将河流水质分为0～10的11个等级。数值越大，水质就越好。具体分级情况见表2.3。

（2）分级评价法。分级评价法是将评价参数的代表值与各类水体的分级标准分别进行对照比较，确定其单项的污染分级，然后进行等级指标的综合叠加，综合评价水体的类别或等级。比较常用的为百分制分级法（M值法）。

百分制分级法根据每一种污染因子浓度，按照评价标准给定一个评分值，根据各因子总评分值来确定水体污染程度。积分值越高，表明水体质量越好。评价中一般把质量标准直接取为各级质量标准。将每一个因子质量与标准相比较，给定每个因子评分，相对于质量标准的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，对于n种参评因子，符合相应级别的单因子评分a_i分别为100/n、80/n、60/n、40/n、20/n。全部因子总评分为M=∑a_i，然后根据表2.4确定水体质量类别。

百分制分级法可以处理多因子质量功能评价问题，方法简便易行，但在计算积分值时采用评分值迭加方法，不能反映各因子的相对重要性，特别是没有突出主要污染因子。

2.底质评价方法

底质评价方法与水质评价方法相似，也是先求出各评价参数（通常选pH值、氧化还原电位、灼烧减重、氮、磷及汞、铬、砷等有毒物质含量）的单一指数：

然后再用前面所述的“迭加”“均值”等方法求出底质综合指数。由于缺乏底质的评价标准（S_i），目前常采用评价地区未受污染或微污染的土壤中同类物质自然含量的监测上限代替。

3.生物学评价方法

生物学评价可以通过求生物指数来进行，也可以根据水生生物的种类来评价。

（1）生物指数。各种污染物质使水体生态环境恶化，造成生物群落发生变化，生物指数是根据生物种群的变化，求出一定的数量值，用以反映水体的质量。

1）Beck指数。Beck指数按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两类：Ⅰ类是不耐有机污染的种类，Ⅱ类是能忍受中等程度的污染，但非完全缺氧条件下的种类。一个调查地点内Ⅰ类和Ⅱ类动物种类数n_Ⅰ和n_Ⅱ按式（2.9）计算：

当I=0时，为严重污染；I=1～10时，为中度污染；I＞10时，为清洁水。

此法要求调查采集的各测站环境因素尽量一致，如水深、流速、底质、水草等。

2）污染生物指数。颤蚓可用来作为污染生物的代表，颤蚓类的数量占整个底栖动物数量的百分数就是污染生物指数：

当此指数＜60%时，表示水质良好；达到60%～80%时，为中等污染；＞80%时，为严重污染。

3）硅藻类生物指数。使用河流中硅藻的种类计算硅藻类生物指数，计算公式为

式中 A——不耐污染的生物种类数；

B——对有机污染不敏感的种类数；

C——污染区内特有的生物种类数；

I——生物指数，I越大表明水质越好，I越小污染越严重。

4）群落多样性生物指数。群落多样性生物指数是利用水生物群中种数与个体数的比值来确定污染的情况。由于水体遭受污染后，生物种群中往往出现某些物种减少，而另一些抵抗污染能力强的物种个体数量大增的现象。对于不同污染程度的水域，它们的比值是不同的，故可以利用这个比值大小来评价水污染情况，早期提出的指数公式为

式中 S——生物群种数；

N——各类生物的总个体数；

d——多样性指数，d值越小，表示水被污染得越严重。

式（2.12）过于简单，易于掩盖不同生物群中种间个体数量的相对差异性，而且d与样品数量的多少有关。下面的公式可以克服这些缺点：

式中 n_i——样品中第i种生物的个体数（i=1，2，3，…，s）；

N——样品中生物个体总数；

d——多样性指数，可以分为5个等级，0为严重污染，0～1为重污染，1～2为中度污染，2～3为轻污染，3以上为清洁水体。

（2）指示生物。河流被污染后，在污染源下游相当长的流程内，由于水体的自净作用，污染程度逐渐降低，水生生物种类发生相应的变化。根据出现的各种特有的指示生物，沿流程可分成几个连续的污染带：多污带、α-中污带、β-中污带和寡污带。各污染带的化学和生物学特征见表2.5。

2.3.2 水环境评价的标准

水环境评价所依据的标准主要有：《水资源评价导则》（SL/T 238—1999）、《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）、《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）、《渔业水质标准》（GB 11607—89）、《农田灌溉水质标准》（GB 5084—92）、《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）、《水环境监测规范》（SL 219—2013）等。