本发明涉及环境科学及监测技术领域，涉及一种水质评价方法，具体则是发展一种基于由氨态氮(nh4-n)，高锰酸盐指数(codmn)，硝酸盐(no3-n)，溶解氧(do)以及浊度(tur)组成的wqimin开展河流水质快速评价和水质类别划分的方法。
背景技术：
由于自然过程、人类活动以及水资源利用增加等原因，水质下降已成为当今世界面临的最重要环境污染难题，引起了国内外科学家和管理部门的广泛关注。值得注意的是，未来淡水资源会愈发稀缺，从而危及人类对水资源的利用，特别是其饮用水功能以及其在经济发展中的重要作用。世界卫生组织发现，全球约11亿人口的饮用水无法得到有效保障。可见，对淡水生态系统水资源的保护显得尤为重要，且众多国家和地区已经在该方面开展了大量工作。河流生态系统在人类健康和经济发展等方面发挥着重要的作用，同时，由于携带生活和工业等废水，其水质极易受到污染。
水质评价对污染控制和资源管理显得尤为重要。一方面，通过水质评价，我们可以掌握淡水水资源水质状况及其变化趋势，为水资源管理提供科学依据。另一方面，开展水质评价工作，有助于识别水体中主要污染物及其对水质时空变化的贡献，从而使管理者有的放矢，对水资源进行更好地管理。此外，基于水质状况的获取，公众会更加积极地参与环境保护工作，有利于环保措施的顺利实施。
因此，有效和快速评价水质状况是开展水体污染防治和水资源优化管理的前提和关键。国内目前常用的水质评价方法是单因素评价法、生物评价法等。由于评价结果取决于最差指标，单因素评价法无法综合反映水体水质状况。生物评价费时费力，且评价结果较依赖于分析者的鉴定水平。目前，国际上普遍采用水质指数(wqi)进行河流水质评价，其综合了众多环境指标，并有效将其转化为一个单一数值，来反映水质状况，解决了各因素评价结果不一的问题，有利于管理者进行相关决策。但是，这种方法需要进行大量水质参数的测定，成本高昂，并且水质参数测定过程中使用的大量化学试剂对水环境亦有危害。为了进一步推动我国河流水质现状监测和防治理论的研究，迫切需要发展一种准确、简便、快速、便宜和少污染的河流水质评价方法。
技术实现要素：
本发明目的是建立一种基于多参数水质指数进行河流水质快速评价和分级的方法，适用于不同水质类别、不同类型(山区、平原)的河流，同时大大简化了水质评价所需测定的众多指标，成本低廉，操作方法简便，易于推广和应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于多参数指标的河流水质评价方法，包括如下步骤：
(1)测定待评价河流的水体氨态氮，高锰酸盐指数，硝酸盐，溶解氧以及浊度浓度；
(2)基于步骤(1)测定的参数实测值计算其标准化值，并根据参数标准化值计算河流wqimin指数，其计算公式如下：
式中：ci是第i种参数的标准化值，pi是第i种参数的权重；
(3)采用wqimin对河流进行水质划分：
wqimin≤25为ⅴ类；25<wqimin≤50为ⅳ类；50<wqimin≤70为ⅲ类；70<wqimin≤90为ⅱ类；90<wqimin≤100为ⅰ类。
本发明的方法，所述步骤(1)中，硝酸盐的浓度通过测定水体硝态氮浓度，并将硝态氮浓度转化为硝酸盐浓度获取。
本发明的方法，所述步骤(1)中，氨态氮采用纳氏比色法测定，高锰酸盐指数采用高锰酸盐指数酸性法测定，硝态氮采用酚二磺酸法测定；溶解氧和浊度浓度采用多参数水质速测仪测定。
本发明的方法，所述步骤(2)中，参数标准化方法采用评分法。
本发明的方法，所述步骤(2)中，水体氨态氮，高锰酸盐指数，硝酸盐，溶解氧以及浊度参数的权重依次为3、3、2、4和2。
本发明的方法，所述步骤(3)中，水质类别划分方式基于wqi指数获取。
本发明的方法，还包括，依据wqi指数对wqimin指数计算精度进行验证，百分比误差pe计算公式如下：
其中，n为水体样本个数，p为第i个水体样本的wqimin计算值，o为第i个水体样本的wqi。
本发明的优点及有益效果：
(1)与传统的利用gb3838-2002中单个指标开展河流水质类别划分不一样，本发明方法基于国际上普遍流行的水质指数法，并有效将其转化为一个单一数值，来反映水质状况，解决了各因素评价结果不一的问题，有利于管理者进行相关决策。
(2)在综合15项环境指标的基础上，提出了由5种关键因素组成的wqimin。因此减少了不必要环境因素测量实验过程繁琐的消解等步骤，大幅度减少了测试成本，节约化学试剂使用，减少了污染物排放，保护了环境。
(3)本发明丰富和发展了河流水质指数的计算方法，可以广泛应用于不同类型河流的监测和评价工作，必将深化河流评价的基础理论和防控技术研究。
下面结合具体实施案例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
附图说明
图1是基于不同水系和不同类型太湖流域河流构建的最少水质指数(wqimin)与涵盖15个环境指标的水质指数(wqi)的关系。
具体实施方式
下面以太湖流域不同水系河流研究结果为实例，对本方法做进一步说明。
实施例1
采用本发明的进行太湖流域河流水质评价，包括如下步骤：
(1)测定太湖流域河流的水体氨态氮，高锰酸盐指数，硝酸盐，溶解氧以及浊度浓度；
2014-2016年在太湖流域6大水系(苕溪、南河、洮滆、沿江、黄浦、长江口和杭州湾)(表1)开展了4季节野外采样，涉及96个采样点、39条主要河流(东苕溪、西苕溪、长兴港、南河、屋溪河、画溪河、南溪河、孟河、城东港、丹金溧槽河、京杭大运河、京杭古运河、扁担河、武宜运河、武进港、孟津河、新沟河、锡北运河、白屈港、浒光河、甪直港、庙泾河、吴淞江、黄浦江、太浦河、德胜河、锡澄运河、张家港、望虞河、常浒河、盐铁塘、浏河、川杨河、大冶河、隋塘河、金汇港、盐官下河、长山河、海盐塘)，涵盖不同水系、不同类型的太湖流域河流，基于此数据集发展的河流快速评价方法具有普适性和推广性。
现场用便携式多参数水质速测仪(如hydrolabdatasond5)测定水体浊度和溶解氧浓度，并采集水样回实验室测定氨态氮、高锰酸盐指数和硝态氮浓度，并将硝态氮浓度转化为硝酸盐浓度。
(2)基于步骤(1)测定的参数实测值计算其标准化值，并根据参数标准化值计算河流wqimin指数指数，其计算公式如下：
(式中：ci是第i种参数的标准化值，pi是第i种参数的权重；本实施例中参数标准化方法采用评分法，取值范围0-100，0表示最差水质，100表示最好水质，具体参数标准化取值和权重取值如表1所示。
(3)采用wqimin对河流进行水质划分：
wqimin≤25为ⅴ类；25<wqimin≤50为ⅳ类；50<wqimin≤70为ⅲ类；70<wqimin≤90为ⅱ类；90<wqimin≤100为ⅰ类。
本实施例还基于15项环境参数，构建水质指数wqi，对本发明的评价方法进行了验证。
具体操作步骤如下：
(1)现场用便携式多参数水质速测仪(如hydrolabdatasond5)测定水体温度(t)、ph、电导率(cond)、浊度和溶解氧浓度，并采集水样回实验室测定总氮(tn)、氨态氮、硝酸盐、亚硝酸盐(no2-n)、总磷(tp)、高锰酸盐指数、钙离子(ca)、镁离子(mg)、氯离子(cl)、硫酸根离子(so4)浓度。
(2)开展总氮、氨态氮、硝酸盐、亚硝酸盐、总磷、高锰酸盐指数、钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子浓度测定：将原水样通过碱性过硫酸钾消解，利用钼锑抗显色，同时配置标准溶液，然后在紫外分光光度计测定210nm吸光度换算得到总氮浓度，测定700nm吸光度换算得到总磷浓度；利用酚二磺酸法、n-(1-萘基)乙二胺光度法测定硝态氮、亚硝态氮浓度，并转化为硝酸盐和亚硝酸盐浓度；利用纳氏比色法、、高锰酸盐指数酸性法测定氨态氮、、高锰酸盐指数浓度；利用火焰原子吸收测定钙、镁离子浓度；利用离子色谱法测定氯离子、硫酸根离子浓度。
(3)计算水质指数：
对各因子进行标准化，标准化方法和参数权重如表1所示。水质指数计算公式如下:
表1水质参数权重和标准化方法
其中t单位为℃，cond单位为μscm-1，浊度单位为ntu，其他参数单位为mgl-1；在标准化之前，将no2-n和no3-n浓度由mgnl-1转化为mgnoxl-1。
(4)分析wqi与wqimin之间的相关关系：
基于太湖流域河流384个站点的水质指数和最少指标水质指数，分析两者之间的相关关系。图1是基于不同水系和不同类型太湖流域河流构建的最少水质指数(wqimin)与涵盖15个环境指标的水质指数(wqi)的关系。从图1可知，基于水温、ph、电导率、浊度、溶解氧、总氮、氨态氮、硝酸盐、亚硝酸盐、总磷、高锰酸盐指数、钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子计算的水质指数与基于氨态氮、高锰酸盐指数、硝酸盐、溶解氧和浊度计算的最少水质指数存在极显著正相关关系(r2＝0.91，p<0.001)，反映了利用最少水质指数开展太湖流域河流水质评价的可信性和准确性。因此由氨态氮，高锰酸盐指数，硝酸盐，溶解氧以及浊度指标构建的wqimin可以替代原15项指标构建的wqi，用于太湖流域河流水质的快速评价。
根据本发明方法，利用水体wqimin指数，估算太湖流域河流水质状态，并与根据常见15项环境指标计算获得水质指数wqi数值比较(表2)。根据本发明方法计算得到的太湖流域河流wqi、wqimin、依据wqi和wqimin划分的水质类别、模型百分比误差如表2所示：
表2wqimin指数在太湖流域应用评价结果
分析河流水体水质指数计算精度的参数为依据15项常用评价指标得出的wqi与依据氨态氮、高锰酸盐指数、硝酸盐、溶解氧和浊度得到的wqimin之间的百分比误差pe，计算公式如下：
(其中，n为水体样本个数，p为第i个水体样本的wqimin计算值，o为第i个水体样本的wqi。
经检验，本发明在太湖流域39条主要河流中应用的平均百分比误差为8.72％，依据wqimin和wqi评价的水质类别仅在4条河流中出现不一致，该参数适合太湖流域河流水质指数估算且精度较高。