0 引 言
水环境质量评价(又称水质评价)是水环境管理的重要手段之一，评价结果能够准确地反映水体受污染程度和水环境存在问题，为改善水环境质量、谋划水污染防治工作、提高水环境管理水平提供参考。目前国内外学者相继提出了许多水质评价的方法，我国常用的方法主要有单因子评价法、综合污染指数评价法、模糊综合评价法、灰色评价法、层次分析法、人工神经网络法等[1]，各种方法都有其优缺点和适应性[2-5]。目前，单因子评价法和综合污染指数评价法是管理部门研判水质变化情况的首选方法。
全面推行河长制和水污染防治攻坚战是当前我国贯彻落实习近平生态文明的重要举措[6]。河南省辖海河流域是河南省四大流域之一，是河南省社会经济水平较为发达的区域，同时也是全省水资源和水环境问题最为突出的区域，大部分水功能区常年为劣Ⅴ类水质。2016年以来，河南省豫北5市推进水污染防治攻坚战和河长制工作，从治理城镇生活污染、深化工业污染防治、开展畜禽养殖污染治理、优化生态水量调配、整治城市黑臭水体、减少农村农业面源污染、预防水污染事件等方面组织展开了一系列工作，水环境质量明显改善，部分河流断面水质在个别月份水质甚至达到Ⅲ—Ⅳ类水。为更好地评价河南省辖海河流域在河长制和水污染防治攻坚战实施前后的水环境质量状况，笔者采用单因子评价法、综合污染指数评价法、模糊综合评价法3种方法，综合分析2015—2018年河南省辖海河流域主要河流、主要断面的水质状况及变化趋势，识别影响水质变化的主要污染因子，为管理部门下一步决策部署提供支撑。
1 区域概况
河南省辖海河流域位于河南省豫北地区，流经焦作、新乡、鹤壁、安阳、濮阳5个省辖市(以下简称“豫北5市”)，共33个县市(区)，流域面积为1.53万km2，占我国海河总流域面积的4.8%，占河南省流域总面积的9.2%。经调查，流域内主要河流包括卫河干流、共产主义渠、人民胜利渠、淇河、洹河、马颊河、汤河、大沙河等，如图1所示。
图1 河南省辖海河流域水系
Figure 1 Water system in Haihe River Basin in Henan province
2 水环境质量评价数据和方法
2.1 数据来源
本研究评价对象为河南省辖海河流域监测的卫河干流、共产主义渠、淇河、洹河、马颊河、汤河、大沙河、徒骇河8条河流共15个断面，数据来源于2015—2018年逐月水质监测数据，评价因子为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项污染因子。
2.2 评价方法
选取单因子评价法、综合污染指数评价法、模糊综合评价法对水环境质量进行评价，计算得出水质评价结果。
2.2.1 单因子评价法
用监测断面21项污染因子的监测结果，对照GB 3838—2002每项污染因子的评价标准，确定各单项污染因子的水质类别。
2.2.2 综合污染指数评价法
综合指数评价法是在单因子评价法的基础上，对各污染因子的相对污染指数进行统计，得出代表水体污染程度的数值。该方法可以对整体水质作出定量描述，根据定量结果，按照一定的分级标准对水质作出定性评价[1]。综合污染指数评价法的计算公式为：
(1)
式中：p 为水质综合污染指数；Ci为评价因子实测浓度值，mg/L；Si为污染因子评价标准值；n 为污染因子的个数。综合污染指数 p 对应的分级标准见表1[7]。
表1 水质评价分级
Table 1 Classification of water quality assessment
p水质评价评价依据<0.2清洁多项因子未检出[0.2,0.4)尚清洁各评价因子都在标准内[0.4,0.7)轻度污染个别因子超出标准[0.7,1.0)中度污染有 2 项因子超出标准[1.0,2.0)重度污染很多因子超出标准≥2.0严重污染很多因子超出标准多倍
2.2.3 模糊综合评价法
模糊综合评价法是由监测数据建立各因子指标对各级标准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再把因子的权重集与隶属度矩阵相乘，得到模糊积，获得1个综合评判集，表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度[2]。具体评价[8-12]方法如下：
1)确定数据矩阵。
(2)
式中：C为水质监测浓度值；m为参与评价的污染因子；n为监测断面。
2)建立评价矩阵。
(3)
式中：S为水质标准值；m为参与评价的污染因子；t为评价标准。
3)计算评价因子的隶属度并建立模糊关系矩阵。
采用降半梯形分布图法计算隶属函数，隶属函数值越大，表示隶属程度越高，即评价样本对于某种级别的水质隶属程度越高。根据计算得到的评价因子隶属度值，建立模糊关系评价矩阵:
(4)
式中：R为模糊关系评价矩阵；Rij为第i个监测断面对应第j级评价标准的隶属度，Rij代表r11,r21,…,rn5。
4)建立权重集。
因子权重用于衡量评价因子对水体污染程度的影响大小，对因子评价标准集进行归一化处理得到权重系数矩阵:
A=(a1, a2, a3，…，an)(5)
式中：因子权重
5)建立综合评价矩阵。
在得到权重集和模糊评级矩阵后，即可建立综合评价数学模型:
B=A×R(6)
以最大隶属度为原则即隶属度最大值所在等级为监测点的水质类别，通过计算分析即可对水质类别进行划分。
3 评价结果
3.1 单因子评价法结果
对2015—2018年河南省辖海河流域15个断面21项污染因子的15120个逐月数据进行单因子评价，按照Ⅰ—Ⅲ类、Ⅳ、Ⅴ类，劣Ⅴ类3个类别，分别统计各评价年份15个监测断面属不同水质类别的数量，结果如图2—3所示。
Ⅰ—Ⅲ类； 
Ⅳ、Ⅴ类； 
劣Ⅴ类。
图2 2015—2018年河南省辖海河流域监测断面年均值水质类别变化趋势
Figure 2 Change trend of annual average water quality categories of monitoring sections in Haihe River Basin in Henan province from 2015 to 2018
2015年； 
2016年； 
2017年； 
2018年。
图3 2015—2018年河南省辖海河流域8条河流单因子评价水质类别变化趋势
Figure 3 Change trend of water quality categories of eight rivers in Haihe River Basin in Henan province from 2015 to 2018
2015—2018年，15个监测断面中的Ⅰ—Ⅲ类水质断面个数无变化，占比均为20%；劣Ⅴ类水质断面个数逐年下降，由2015年的11个下降至2018年的0，劣Ⅴ类断面均改善为Ⅳ、Ⅴ类水质。除淇河黄花营断面、安阳河彰武水库断面外，其余监测断面均有污染因子月均值出现劣Ⅴ类。赵颖等[5]运用单因子评价法评价河南省辖海河流域水环境质量状况时发现，卫河、共产主义渠因氨氮指标为GB 3838—2002 Ⅴ类标准，导致河流整体水质被评为Ⅴ类标准，评价结果过于严苛，不能综合比较2个不同水环境的质量状况。本研究的数据表明，由于2015，2016年卫河浚县王湾、淇河浚县前枋城、马颊河南乐水文站、徒骇河寨肖家村4个河段断流月份均在3次以上，导致评价结果为劣Ⅴ类，对年度单因子水质统计结果有一定影响。
河南省辖海河流21项污染因子Ⅰ—Ⅲ类数量占比由2015年的69.63%增加至2018年的89.52%，污染因子劣Ⅴ类数量占比由2015年的15.13%减少至2018年的0.85%，水质改善效果明显；参与评价的8条河流中，徒骇河水质改善最为明显，污染因子Ⅰ—Ⅲ类数量增加了59.1%，劣Ⅴ类数量减少比例超过50%。15个监测断面主要污染因子COD、NH3-N、TP浓度4年间的年均值削减率分别为40.6%、83.1%、60.3%。
3.2 综合污染指数评价法结果
以GB 3838—2002中的Ⅲ类水质标准为评价标准，对河南省辖海河流域8条河流15个监测断面2015—2018年的水质年均值进行综合评价，评价因子为2.1节中的21项污染因子。评价结果见图4。
2015年； 
2016年； 
2017年； 
2018年。
图4 2015—2018年河南省辖海河流域8条河流综合污染指数变化趋势
Figure 4 Change trend of comprehensive pollution index of eight rivers in Haihe River Basin in Henan province from 2015 to 2018
由图4可知：2015—2018年，河南省辖海河流域综合污染指数显著下降，由中度污染改善为轻度污染。2015年，除淇河和安阳河外，其余6条河流多处于中、重度污染级别，至2018年多改善为轻、中度污染级别。8条河流中，淇河和安阳河基本维持在尚清洁级别；2016，2017年黄花营和浚县前枋城断面的COD、NH3-N和TP浓度均略高于2015年，导致淇河综合污染指数有所上升，但水质级别未发生变化；汤河综合污染指数下降最为显著(由1.63下降至0.63)，水质级别由2015年重度污染改善为2018年的轻度污染；卫河南乐元村集断面由于2018年12月挥发酚超标，导致卫河综合污染指数2018年较2017年有略微升高。
3.3 模糊综合评价法结果
根据单因子评价法评价结果，对河南省辖海河流域13个监测断面(淇河黄花营、安阳河彰武水库除外)出现劣Ⅴ类污染的COD、NH3-N、DO、CODMn、BOD5、TP、氟化物、挥发酚、阴离子表面活性剂共9项因子2015—2018年年均值进行模糊综合评价，归一后权重值见图5，模糊综合评价结果见图6。
由图5可知：NH3-N和TP在9项评价因子中占权重比较大，是河南省辖海河流域的主要污染因子，且随着污染攻坚战效果逐渐显现，NH3-N的权重占比在逐渐下降，由2015年0.209～0.449下降至2018年的0.012～0.101，TP已成为目前海河流域水环境质量改善的关键因子。根据图6模糊综合评价结果，2015—2018年，除浚县王湾、浚县前枋城断面外，其余11个监测断面的水质年均值均呈改善趋势，卫辉皇甫、浚县柴湾、汤阴五陵、南乐元村集、大名龙王庙、获嘉东碑村、卫辉下马营、修武水文站、鹤壁耿寺、寨肖家村10个断面均由Ⅴ类水质改善为Ⅲ类水质。
COD； 
NH3-N； 
DO； 
CODMn； 
BOD5； 
TP； 
氟化物； 
挥发酚； 
阴离子表面活性剂。
图5 各因子归一化后权重值结果
Figure 5 Weight value results of factors normalization
Ⅰ类； 
Ⅱ类； 
Ⅲ类； 
Ⅳ类； 
Ⅴ类。
图6 河南省辖海河流域模糊综合评价结果
Figure 6 The results of fuzzy comprehensive evaluation in Haihe River Basin in Henan province
赵前信[13]运用4种水环境质量评价方法在对六安市水库进行评价时发现，单因子评价法与水库实际水质类别比较符合，综合污染指数评价法可以补充掌握水库的污染程度，灰色关联度分析法和模糊数学法结果分辨率低，但是能反映出水体中未知、模糊和不确定的信息，可以作为六安市水库水质评价的一种参考，这与本研究结果相契合。本研究发现，3种评价方法的侧重点有所不同，单因子评价法可以反映各河流各断面的水质现状，也可以反映水质随着时间的变化趋势，但在断面出现断流现象时各污染因子默认评价为劣Ⅴ类，影响统计结果；综合污染指数评价法可以较好地反映水质变化趋势，当断面出现断流现象时无监测数据，因此会忽略断流断面的数据，对评价结果无影响；模糊综合评价法可以反映多个因子综合作用的水质状况，可用于识别河流的主要污染因子，但结果是模糊的、均一化的，且水质评价结果过于乐观，无法反映水质类别的真实状况。模糊综合评价法反映的水质变化趋势与单因子评价法一致，但模糊综合评价法在NH3-N、TP等因子超标倍数较大时，仍出现水质等级较低的评价结果，且各断面评价结果均优于单因子评价结果。因此，在实际评价中，应根据工作需求选取相对适宜的评价方法分析水质状况及变化趋势。
4 结论与建议
1)评价结果表明，2015—2018年，在河长制和水污染防治攻坚战的共同推进下，河南省辖海河流域整体水质逐步改善，COD、NH3-N、CODMn、BOD5、TP等污染指标均呈现改善趋势，水污染防治成果初见成效，河湖面貌有所提升。但NH3-N和TP等污染因子未得到根本治理，挥发酚等污染因子偶有超标，部分河段水质不能稳定达标，水生态系统日益退化等问题依然存在。
2)针对河南省辖海河流域存在的问题，持续推行“四水同治”和河长制工作、坚决打好水污染防治攻坚战仍是当前乃至今后一段时期改善水环境质量的主要手段和重点工作。建议加强卫河沿途城镇和农村污水处理设施及配套管网建设，完善城市雨污分流系统，积极推进海绵型城市示范区建设，加强流域内的水资源配置与生态修复，因地制宜规划建设人工湿地，对焦作市大沙河、新乡市卫河、共产主义渠、民生渠牧野区段、鹤壁市汤河、泗河、无名河等污染较重河流(水体)开展水环境综合整治，逐步恢复流域内主要河流水生态功能。
[1] 李茜，张建辉，林兰钰，等. 水环境质量评价方法综述[J]. 现代农业科技，2011(19)：285-287，290.
[2] 王梦. 水环境质量评价中几种方法的比较[J]. 渤海大学学报(自然科学版),2008，29(1)：34-37.
[3] 封丽，张学睿，封雷，等.基于粗糙集的三峡库区支流水质富营养化模糊综合评价模型研究[J]. 环境工程，2015，33(12)：105-110.
[4] 马太玲，朝伦巴根，高瑞忠，等. 水环境质量综合评价方法的比较研究[J]. 干旱区资源与环境，2006，20(4)：138-142.
[5] 赵颖，王建英，孙燕，等. 水环境质量评价：以河南部分河流断面为例[J]. 环境与发展，2018，30(2)：17-18.
[6] 黄珍慧. 习近平生态文明思想的制度建设：以“河长制”全面推行为例[J]. 长春市委党校学报，2018(2)：23-27.
[7] 刘思莹，刘俊文，赵婷婷，等. 水环境质量评价的研究进展[J]. 江西化工，2017(6)：41-43.
[8] 高学平，孙博闻，訾天亮，等. 基于时域权重矩阵的模糊综合水质评价法及其应用[J]. 环境工程学报，2017，11(2)：970-976.
[9] 秦雨，王兆波，张正，等. 基于改进的模糊综合评价法的饮马河水质综合评价研究[J]. 环境科学与管理，2017，42(3)：169-173.
[10] 钟文武，王文玉，孙昳，等. 模糊综合评价法在抚仙湖种质资源保护区水质评价中的应用[J]. 水产科学，2015，34(3)：182-187.
[11] 徐健，吴玮，黄天寅，等. 改进的模糊综合评价法在同里古镇水质评价中的应用[J]. 河海大学学报(自然科学版)，2014，42(2)：143-149.
[12] 刘聚涛，高俊峰，姜加虎.不同模糊评价方法在水环境质量评价中的应用比较[J]. 环境污染与防治，2010，32(1)：20-25.
[13] 赵前信. 四种水环境质量评价方法在六安市水库中的应用[J]. 环境工程，2014，32(3)：113-116，120.