当前世界环境

简介

水质在每一类别中以物理、化学、生物形式界定，水质参数是根据预期用途选择的。许多水质监测站点产生了大量的信息，并导致了为各种目的对水质进行分类的复杂性。这种分类一般用于按国家和国际标准的个别参数对水质进行比较。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。为了克服这一困难，本文以地表水类下一般用于饮用的16个水质参数为基础，建立了综合水质指数(OWQI)。这些参数包括浊度、颜色、总溶解固体(TDS)、pH、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、secchi深度、硬度、氯、氟、硝酸盐、总磷酸盐、铁、硫酸盐、砷和总大肠菌群。

一般而言，水质评估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，并调查时间趋势¹这样就可以在各自的监管标准内进行分类²用于各种预定用途，例如饮用水、农业、康乐及工业用水^3.．不同的研究人员开发了许多水质指标，但其中许多都存在某种缺陷。Bharti和Katyal (2011)⁴回顾了地表水脆弱性评价的若干水质指标。Abbasi(1999)比较了各种水质指标⁵对各类子指标、聚合函数和缺陷的概述见表1。

表1:各种水质指标的比较(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2二选项	重叠区域
2	布朗等人(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等人(1971)9	分段非线性	加权和(算术平均)	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	迪等人(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	加权和和和几何平均	日食区域和非线性
10	沃尔斯基和帕克(1974)15	非线性	加权积几何平均值	非线性
11	斯通内尔(1978)16	非线性	加权和
12	内梅罗与住友(1970)17	分段线性	最大值的均方根。与算术平均值	——已经价值
13	史密斯(1987)18	多种类型	最小的运营商	——已经价值
14	《越南与巴尔加瓦》(1998)19	多种类型	加权的产品	——已经价值

Sargaonkar & Deshpande (2003)^3.和Boyacioglu (2007)¹在过去十年中，分别以指数形式和线性形式发展了两个水质指数，但Boyacioglu(2007)发展的大肠菌群指数¹给出了index在5000 ~ 50000参数范围内的错误值，而对于Sargaonkar & Deshpande (2003)，^3.溶解氧、硬度、硝态氮和大肠菌群等指标出现蚀色现象。

鉴于上述指标的缺陷，综合考虑了16个水质参数，涵盖了水的物理、化学和生物方面，提出了综合水质指数(OWQI)。为此目的，在印度标准(IS)和中央污染控制委员会(CPCB)标准中确定了浓度范围，同时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。该OWQI通过整合复杂的海量数据来帮助理解水质，并生成一个评分来描述水质状况。这些指数对环境保护主义者、决策者和实地工程师保持地表水资源的良好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。

分类指数函数的发展-将水质参数浓度转化为数学方程。

权重的分配-为各种选定的水质参数确定适当的权重。

综合分类指数构建综合指数-构建综合水质指数(OWQI)。

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)的标准管理着各种用途的水的质量。根据印度标准和其他标准，总共16个参数，即浑浊度、颜色、TDS、pH、DO、BOD、secchi深度、总硬度、氯、氟、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水质的重要因素。针对所有这些参数，设计了一个分类标准，将水质分为五类。这些等级包括优秀、良好、一般、较差和严重污染。提出的水质分类标准及等级和指标评分见表2。

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

子指数函数的开发

子指标函数基本上是将浓度范围通过数学方程转化为指标得分的方程。这些分数根据它们对水质影响的相对重要性进一步转换为一个通用的等级。这些分类指数函数是根据水质标准及其满足特定范围的浓度制定的。为此，对各参数进行数学表达式拟合，得到子指标方程如表3所示。在该指标中，保持了参数范围与指标之间的对应变化的一致性，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	范围的参数	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个以上	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个以上	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年,下面	Y = 100
		201 - 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和下面	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

参数权重的分配

参数权重的选取是其中最重要的任务之一。因此，对各参数权重的确定应给予应有的重视。对水质影响较大的参数应赋予较高的权重，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确定的。16个参数的权重系数均为1 ~ 4，如表4所示。

表4:水质参数显著性权重的分配

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

综合分类指数-整体水质指数

为了衡量每个单独的参数在一个共同的单一尺度上的影响，每个参数产生的分数被平均掉。下面的加权平均聚合函数用于此目的。

其中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，分为重度污染(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，则说明某些水质指标正因特定原因受到影响，需要采取适当措施进一步改善水质。因此，该指标可作为地表水资源质量管理的指导原则。

表5:OWQI及相应的水质等级和现状

类	OWQI价值	水的状态
污染严重的	0 - 24	不适合作任何用途
可怜的	25 - 49	特殊待遇(特殊待遇)
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

提出的OWQI应用于印度亚穆纳河的Etawah和Sagar湖的采样点和土耳其塔塔利水库的水质指数的估计。这些采样地点的数据取自已发表的文献^1、3、20，对研究区域的描述如图1至3所示。开发了一套基于MS excel2007的计算机程序，用于计算个别参数和整体指数的水质指数。该程序还根据OWQI建议水的质量等级和状态。

OWQI在地表水水质评价中的应用

对亚穆纳河、塔塔利水库和萨嘎尔湖的艾塔瓦采样点进行了OWQI计算。亚穆纳河和萨加尔湖分别落在印度北部和中部，而塔塔利水库落在土耳其西部的伊兹密尔市(图1至3)。首先对水质指数进行参数估计，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和Deshpande, 2003)3. 点击这里查看图

图2:塔塔利位置图 土耳其水库(Boyacioglu, 2007)1 点击这里查看图

图3:Sagar的位置图 Lake，印度(Singh et al.， 2009)20. 点击这里查看图

表6:亚穆纳河艾塔瓦的实测水质及相关指数(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
总大肠杆菌(或然数/ 100毫升)	2500	64
OWQI		79

表7:塔塔里水库实测水质及相关指标

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
PO4总磷(mg/L)	0.098	84
pH值	8.18	One hundred.
总大肠杆菌(CFU / 100毫升)	170	90
OWQI		92

表8萨嘎尔湖实测水质及相关指标

参数	价值	指数
西奇深度(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中可以看出，亚穆纳河上的Etawah地区的OWQI为79，表明水质属于“良好”级别，水质为“可接受”。塔塔里水库的情况也类似，其OWQI为92(表6)，水质相对较好。以萨嘎尔湖为例，由表7可知，其OWQI为54，相应的水质等级为“尚可”，在使用前需要进行处理(过滤和消毒)。

结论

本文提出了一种综合水质指数(OWQI)，为评价饮用水地表水资源的水质提供了一种简便的工具。OWQI是在国家和国际标准的基础上，考虑了16个参数，涵盖水的物理、化学和生物方面。论证了OWQI在三个不同采样点的应用，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、规划者和实地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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