当前世界环境

介绍

水的质量在每一类中以物理、化学和生物形式定义，水质参数是根据其预期用途选择的。许多水质监测站点产生了大量的信息，并导致为各种目的对水质进行分类的复杂性。这种分类通常用于根据国家标准和国际标准对单个参数的水质进行比较。即使经过比较，由于许多参数值在不同的范围内，也很难得出任何结论。为了克服这些困难，本文基于地表水类别下通常用于饮用目的的16个参数建立了总体水质指数(OWQI)。这些参数包括浊度、颜色、总溶解固体(TDS)、pH值、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、secchi深度、硬度、氯化物、氟化物、硝酸盐、总磷酸盐、铁、硫酸盐、砷和总大肠菌群。

一般来说，水质评价的主要目标是确定既定目标的实现情况;描述区域、国家或国际尺度的水质，并及时调查趋势¹这样就可以在各自的监管标准中进行分类²用于各种预期用途，如饮用水，农业，娱乐和工业用水^3.．不同的研究者提出了许多水质指标，但其中许多指标存在一定的缺陷。巴蒂和卡迪亚(2011)⁴综述了地表水脆弱性评价的若干水质指标。Abbasi(1999)对各种水质指标进行了比较。⁵各类子指标、聚合函数及缺陷概述见表1。

表1:各种水质指标比较(Abbasi, 1999)⁵

s . N。	指数	分类指数中	聚合函数	缺陷
1	霍顿(1965)6	分段线性(阶跃函数)	加权和乘以2分差项	重叠区域
2	Brown et al. (1970)7	隐式非线性	加权和	重叠区域
3.	后备军人(1976)8	隐式非线性	加权的产品	非线性
4	Parti et al. (1971)9	分段非线性	加权和(算术平均值)	重叠区域
5	Mc Duffie & Haney (1973)10	线性	加权和	重叠区域
6	Dinius (1972)11	非线性	加权和	重叠区域
7	Dee et al. (1973)12	隐式非线性	加权和	重叠区域
8	奥康纳的(1972)13	隐式非线性	加权和	重叠区域
9	Deininger & Landwehr (1971)14	隐式非线性	加权和几何平均值	重叠区域&非线性
10	瓦尔斯基和帕克(1974)15	非线性	加权乘积	非线性
11	斯通内尔(1978)16	非线性	加权和
12	Nemerow & Sumitomo (1970)17	分段线性	最大值的均方根。&算术平均值	- ve值
13	史密斯(1987)18	多种类型	最小的运营商	- ve值
14	越南与巴尔加瓦(1998)19	多种类型	加权的产品	- ve值

Sargaonkar & Deshpande (2003)^3.博亚奇奥格鲁(2007)¹在过去十年中，分别开发了指数形式和线性形式的两种水质指数，但Boyacioglu(2007)开发的大肠菌群指数¹给出了参数范围为5000到50000的index的错误值，而在Sargaonkar & Deshpande(2003)的案例中，^3.溶解氧、硬度、硝酸盐、大肠菌群等指标均存在重叠问题。

考虑到上述指标的不足，综合考虑了水的物理、化学和生物方面的16个水质参数，制定了综合水质指数。为此，印度标准(IS)和中央污染控制委员会(CPCB)标准也考虑到世界卫生组织(世卫组织)和欧洲委员会(欧共体)的国际标准，确定了浓度范围。该OWQI通过整合复杂的海量数据来帮助理解水质，并生成一个分数来描述水质状况。这些指数将对环境保护学家、决策者和现场工程师保持地表水资源的健康状况非常有帮助。

方法

制订水质指数的一般方法可归纳为以下四个步骤:

参数选择-选择合适/有关的水质参数。

子指标函数的发展——水质参数浓度的数学方程化。

权重的分配。确定各种选定水质参数的适当权重

汇总分项指数构建整体指数——构建整体水质指数。

水质参数的选择

在印度，印度标准(IS 10500: 1991)和中央污染控制委员会(CPCB)标准管理各种用途的水质。根据印度和其他标准，共有16个参数，即浊度，颜色，TDS, pH, DO, BOD, secchi深度，总硬度，氯化物，氟化物，硝酸盐，总磷酸盐，铁，硫酸盐，砷和总大肠菌群被认为是影响地表水质量的重要参数。针对所有这些参数，设计了一个类别分类标准，将水质分为五个类别。这些等级包括优秀、良好、一般、差和严重污染。表2给出了建议的水质分类标准以及等级和指数得分。

表2:建议的水质分类标准

S.N.	参数	单位	类
			优秀的	好	公平	可怜的	污染严重的
指数			95 - 100	75 - 94	50 - 74	25-49	0-24
1	浊度	南大	5	10	25	250	＞250
2	颜色	海森单位	10	15	50	175	> 175
3.	总溶解固体	毫克/升	500	1000	1500	3000	> 3000
4	pH值	-	6.5 - -8.5	6.0 - 6.4 & 8.6 - 9.0	5.5 - 5.9 & 9.1 - 9.5	< 5.5 & > 9.5	< 5.5 & > 9.5
5	做	毫克/升	8	6	4	2	＜2
6	生化需氧量	毫克/升	2	3.	5	7	> 7
7	西奇深度	米	> = 10	8．5	5	2．5	< 0.85
8	总硬度	毫克/升	< 300	400	500	600	> 600
9	氯	毫克/升	200	250	600	800	> 800
10	氟化	毫克/升	0.7 - -1.5	1.6	1．7	2	> 2
11	硝酸	毫克/升	10	20.	50	One hundred.	＞100
12	总磷	毫克/升	0．02	0.16	0.4	0.65	> 0.65
13	铁	毫克/升	0.1	0.3	0.5	1	> 1
14	硫酸	毫克/升	25	150	250	400	1000
15	砷	毫克/升	0.005	0.01	0.05	0.1	0.2
16	总大肠菌	或然数	50	500	5000	50000	> 50000

子指标函数的开发

分指标函数基本上是通过数学方程将浓度范围转化为指标分数的方程。然后，根据这些分数对水质影响的相对重要性，将其进一步转换为一个通用量表。这些分项指数函数是根据水质标准及其满足特定范围的浓度而开发的。为此，对各参数拟合数学表达式，得到子指标方程如表3所示。在该指标中，参数范围与指标之间的对应变化保持一致，以提供更准确的指标值。

表3:各参数子指标函数的开发

s . N。	参数	参数范围	分类指数函数
1	浊度	0 - 5	Y = 100
		6 - 10	Y = 4 * X + 115
		11 - 25	Y = X + 91.67 * -1.667
		26 - 250	Y = X + 52.78 * -0.111
		> 250	Y = X + -0.1 * 50
2	颜色	0 - 10	Y = 100
		11 - 15	Y = 4 * X + 135
		16 - 50	Y = X + 85.71 * -0.7143
		> 50	Y = X + -0.2 * 60
3.	TDS	0 - 500	Y = 100
		501 - 1000	Y = -0.2 * X + 195
		1001 - 1500	Y = X + 91.67 * -0.0278
		1501 - 3000	Y = -0.0167 * X + 75
		> 3000	Y = X + -0.0083 * 50
4	pH值	6.5 - 8.5	Y = 100
		6.0 - 6.4 & 8.6 - 9.0	Y = 50
		5.5 - 5.9 & 9.1 - 9.5	Y = 25
		< 5.5 & > 9.0	Y = 0
5	做	8岁及以上	Y = 100
		6 - 7.9	Y = 10 * X + 15
		0 - 5.9	Y = 12.5 * X
6	生化需氧量	< 2	Y = 100
		2 - 2.9	Y = X + -20 * 135
		3 - 7	Y = X + 112.5 * -12.5
		> 7	Y = 5 * X + 60
7	西奇深度	10岁及以上	Y = 100
		< 10	日志(0.90 * X + Y = 100 * 1)
8	总硬度	100 - 300	Y = 100
		301 - 400	Y = -0.2 * X + 155
		> 400	Y = -0.25 * X + 175
9	氯	200及以下	Y = 100
		2011 - 250	Y = -0.4 * X + 175
		251 - 600	Y = X + 92.86 * -0.0714
		> 800	Y = -0.125 * X + 125
10	氟化	0.7 - 1.2	Y = 100
		1.6 - 2.0	Y = -260.8 * LN (X) + 205.38
		< 0.7 & > 2.0	Y = 0
11	硝酸	10及以下	Y = -0.5 * X + 100
		11 - 20	Y = 2 * X + 115
		21 - 50	Y = X + 91.67 * -0.8333
		51 - 100	Y = -0.5 * X + 75
		＞ 100	Y = X + -0.25 * 50
12	总磷	0.020及以下	Y = X + -250 * 100
		0.021 - 0.160	Y = X + 97.86 * -142.857
		0.161 - 0.40	Y = X + 91.67 * -104.1667
		0.40 - 0.65	Y = X + -100 * 90
		> 0.65	Y = X + 187.5 -250 *
13	铁	0.10及以下	Y = X + -50 * 100
		0.11 - 0.30	Y = X + -100 * 105
		0.31 - 0.50	Y = X + 112.5 -125 *
		0.50 - 1.0	Y = X + -50 * 75
		> 1.0	Y = X + -25 * 50
14	硫酸	0 - 25	Y = 100
		26日-150	Y = -0.16 * X + 99
		151 - 250	Y = X + 112.5 * -0.25
		251 - 400	Y = X + 91.67 * -0.1667
		401 - 1000	Y = X + 31.25 * -0.0156
15	砷	0 - 0.005	Y = 100
		> 0.005 - 0.01	Y = X + -4000 * 115
		> 0.01 - 0.05	Y = X + 81.25 -625 *
		> 0.05 - 0.1	Y = X + -500 * 75
		> 0.1 - 0.2	Y = X + 27.08 * -20.833
16	总计 大肠杆菌	0 - 50	Y = -0.1 * X + 100
		51 - 500	Y = X + 97.22 * -0.0444
		501 - 5000	Y = X + 77.78 * -0.0056
		5001 - 50000	Y = X + 52.78 * -0.0006
		> 50000	Y = X + -0.0005 * 50

参数权值的分配

参数权值的选择是其中最重要的任务之一。因此，应重视确定各参数的权重。对水质影响较大的参数应给予较高的权重，反之亦然。这些权重是根据作者的判断和从文献中获得的经验来确定的。16个参数的权重因子取值范围为1 ~ 4，见表4。

表4:水质参数显著性权重分配

Sl。不。	参数	加权因子
1	浊度	1
2	颜色	2
3.	总溶解固体	3.
4	pH值	1
5	做	4
6	生化需氧量	2
7	西奇深度	3.
8	总硬度	1
9	氯	1
10	氟化	3.
11	硝酸	3.
12	总磷	2
13	铁	3.
14	硫酸	2
15	砷	4
16	粪便大肠杆菌	4
	总重量	39

综合分指数-整体水质指数

为了在一个共同的单一尺度上衡量每个单独参数的影响，每个参数产生的分数被平均出来。下面的加权平均聚合函数用于此目的。

式中wi =第i个水质参数的权重

Yi =第i个参数的子索引值

根据水质状况，指数取值范围为0 ~ 100，分为严重污染(0 ~ 24)、较差(25 ~ 49)、一般(50 ~ 74)、良好(75 ~ 94)和优良(95 ~ 100)5类。不同OWQI值对应的水体状态如表5所示。如果指数下降，则表明由于某种特殊原因，某些水质参数受到影响，需要采取适当措施进一步改善水质。该指标可作为地表水资源质量管理的指导性指标。

表5:OWQI及其对应的水质等级和状态

类	OWQI价值	水质状况
污染严重的	0 - 24	不适合所有用途
可怜的	25 - 49	特殊待遇(Special Treatment)
公平	50 - 74	需要处理(过滤和消毒)
好	75 - 94	可接受的
优秀的	95 - 100	原始的质量

结果与讨论

将所提出的OWQI应用于印度亚穆纳河上的Etawah、Sagar湖和土耳其Tahtali水库采样点的水质指数估算。这些采样地点的数据取自已发表的文献^1、3、20其中，研究区域被很好地描述，如图1至3所示。本署编制了一套以MS Excel 2007为基础的电脑程式，用以计算水质指标，包括个别参数及整体指标。该程序还根据OWQI提出了水质等级和状态。

OWQI在地表水水质评价中的应用

计算了在Yamuna河、Tahtali水库和Sagar湖上的Etawah采样点的OWQI。亚穆纳河和Sagar湖分别落在印度北部和中部，而Tahtali水库落在土耳其西部的伊兹密尔市(图1至3)。首先按参数估计水质指数，然后计算每个地点的OWQI(表6至8)。

图1:采样站位置图亚穆纳河 《河流》，印度(Sargaonkar and Deshpande, 2003)3. 点击此处查看图

图2:塔塔里的位置图 水库，土耳其(Boyacioglu, 2007)1 点击此处查看图

图3:Sagar的位置地图 Lake，印度(Singh et al.， 2009)20. 点击此处查看图

表6:亚穆纳河Etawah观测到的水质和相应指数(1997年6月)

参数	价值	指数
pH值	8.65	50
浊度(南大)	ND	One hundred.
硬度(毫克/升)	270	One hundred.
TDS(毫克/升)	828	29
BOD5(毫克/升)	3.	One hundred.
(毫克/升)	7.9	94
Cl(毫克/升)	213	90
3号(毫克/升)	0.03	One hundred.
SO4(毫克/升)	75	87
总大肠菌群(MPN/100ml)	2500	64
OWQI		79

表7:塔塔里水库观测水质及相应指标

参数	价值	指数
砷(毫克/升)	0.0058	92
氟化(毫克/升)	0.792	One hundred.
Nitrate-N(毫克/升)	5.84	97
(毫克/升)	9.62	One hundred.
BOD5(毫克/升)	4.16	61
总磷为PO4 (mg/L)	0.098	84
pH值	8.18	One hundred.
总大肠菌群(CFU/100ml)	170	90
OWQI		92

表8:萨加尔湖观测水质及相应指标

参数	价值	指数
潜深(米)	0.23	8
pH值	6．6	One hundred.
(毫克/升)	4.37	55
硬度(毫克/升)	178.08	One hundred.
氯化(毫克/升)	63.34	One hundred.
硝酸(毫克/升)	9.76	95
磷酸(毫克/升)	0．44	46
铁(毫克/升)	1.71	7
BOD5(毫克/升)	11.4	3.
TDS(毫克/升)	378	One hundred.
OWQI		5

从表6可以看出，亚穆纳河上的Etawah位置的OWQI为79，表明水的质量为“良好”，水质为“可接受”。Tahtali水库的OWQI为92(表6)，水质相对较好。以Sagar湖为例，从表7可以看出，该湖的OWQI为54，水质等级为“一般”，该水在使用前需要进行处理(过滤和消毒)。

结论

本文提出了综合水质指数(OWQI)，为地表水水质评价提供了一种简便的工具。OWQI是根据国家和国际标准制定的，考虑了水的物理、化学和生物方面的16个参数。在三个不同的采样点演示了OWQI的应用，并在计算指标的基础上描述了水的状况。该OWQI为水质评估提供了一种更简单的方法，对决策者、规划者和现场工程师保持地表水资源的良好健康非常有用。该指标也可作为水质管理的决策支持工具。

确认

作者感谢国家水文研究所所长的支持和鼓励。

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