第二节 环境质量现状评价一、环境质量现状评价的程序
环境质量现状评价的程序如图12-1所示。在评价程序中，应该首先确定评价的对象、评价地区的范围，确定评价的目的，并根据评价的目的确定评价的精度。
评价对象不同、目的不同，评价地区的范围大小不同，它们所要求的评价精度也就不一样。通常城市评价要求的精度较高，而流域及海域评价的精度要求稍低。
二、环境质量现状评价的内容和方法
环境质量现状评价包括：单个环境要素质量的评价和整体环境质量的综合评价。前者是后者的基础。根据当前国内外的研究情况，下面着重对大气质量评价、水质污染评价和整体环境质量综合评价进行介绍。
大气质量评价工作开始较晚，在六十年代，国外才有作者提出大气污染指数的概念，这方面的大量研究基本上是从七十年代开始的。下面按其主要使用的目的，将各种指数分成三类，并扼要作些介绍。
1）主要用于评价大气质量逐日变化的指数美国1976年9月公布《污染物标准指数（PSI）》，供各州、市采用，PSI（Pollutant Standard Index）指数考虑CO、NO2、SO2，氧化剂和颗粒物质五个参数，以及SO2和颗粒物质浓度的乘积。各污染物的分指数与浓度的关系，采用分段线性函数。已知各污染物的实测浓度后，可按分段线性函数关系并参照表12-1数据，用内插法计算各分指数。也可根据表内数据绘成分段直线，由实测浓度在图上直接查得PSI指数。然后选择各分指数中的最高值预报大气质量。PSI将大气质量分成五级（表12-1）：PSI指数值：0—50为良好；51—100为中等；101—200为不健康；201—300为很不健康；301—500为危险。表中还列出当PSI指数超过100时，劝告人们为了保护健康应采取的对策。
2）可兼用于评价大气质量长期变化和逐日变化的几种指数
（1）白勃考大气污染综合指数：美国白勃考于1970年—1971年提出大气污染综合指数，
它以颗粒物质、氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳和氧化剂五项污染物为参数，计算式如下：
PI＝PM+SOx+NOx+CO＋O3
式中：PI为大气污染综合指数；
PM为颗粒物；
SOx为硫氧化物；
NOx为氮氧化物；
CO为一氧化碳；
O3为氧化剂（臭氧）。
计算时需掌握大气污染中这五项污染物，以及碳氢化合物的实测浓度数据。先按1克分子氮氧化合物与1克分子碳氢化合物，在太阳辐射作用下合成光化学氧化剂的反应，算出产生的氧化剂数量，然后加在大气中原有氧化剂浓度内，剩余的氮氧化物假设50％为NO2。然后，将这五项污染物浓度，分别除以相应的大气质量标准（24小时平均浓度标准），可得各污染物的污染分指数，其总和即为大气污染综合指数值。
从计算的大气污染综合指数值可比较各大城市总体污染程度，同时从各分指数的比例，还可以分析每个城市的重点污染物。
根据一个城市或地区每天各主要污染物的实测浓度数据，同样可以计算每日的大气污染综合指数值，以评价大气总体污染程度的逐日变化。
（2）橡树岭大气质量指数（ORAQI）：它是由美国原子能委员会橡树岭国立实验室于1971年9月提出的。它包括五项污染物，即CO、SO2、NO2、氧化剂和颗粒物质。设Ci代表任一项污染物的实测24小时平均浓度，Si代表该污染物的相应标准，ORAQI可按下式计算：
这个指数的尺度是，当大气中各污染物的浓度相当于未受污染的背景浓度时，ORAOI等于10；当各污染物的浓度均达相应标准的浓度时，ORAQI等于100。上式中的系数5.7和指数1.37就是根据这个尺度条件算得的。橡树岭国立实验室按ORAQI大小，把大气质量分为六级：ORAQI＜20时，大气质量为最好；20—39为好；40—59为尚好；60—79为差；80—99为坏；≥100为危险。
橡树岭大气质量指数也适用于根据每日的监测数据以计算和评价大气质量的逐日变化。
3）评价大气质量长期变化的指数
（1）密特大气质量指数：美国密特以五项污染物为参数，采用美国大气质量二级标准作为计算依据。它是五项分指数的综合计算结果，计算式如下：
式中：MAQI为密特大气质量指数；
物的分指数。
值得提出的是，计算该指数，必须具备比较完善的监测手段，并要掌握全年完整的监测数据，MAQI 是用于评价大气质量长期变化的指数，可每月、每季或每年计算一次。每次计算都应取最近12个月内的大气监测结果做原始数据。
（2）我国上海第一医学院副教投姚志麒等（1978）提出了一种大气质量指数，现将其计算方法介绍如下：
出污染状况。如当大气中有一种污染物出现高浓度污染，而其他污染物浓度都不高，甚至很低，这时按平均值计算出的指数值，不一定很高，因而有可能掩盖高浓度的那个污染物的污染情况。而事实上，当大气中出现任何一种污染物的严重污染时，就有可能引起相应的较大危害。因
如果具备相应的监测数据，用大气质量指数（I1）也可以计算各月，甚至各日的大气质量；或按各采样点所在位置分成若干行政区或功能区，按区计算其逐年的大气质量指数。
他们还提出了大气污染超标指数（I1），可用以评价大气中某些污染物短时出现的较高污染程度，对这种污染物的评价，以往常用测定浓度超过卫生标准的次数占测定总次数的百分率和最高测定浓度超过卫生标准的倍数等指标。这样评价只能分别按每种污染物单独考虑，而不能综合评价一段时间内几种污染物屡次出现高浓度的总状况，只能说明出现超标的频率，不能反映出历次超过浓度的量。
他们提出的办法能突出评价某地区一段时期内大气中各污染物历次出现的超标总状况，其计算式如下：
式中：E1、E2…En是各种污染物的超标分指数。
如以某市的大气污染为例。其监测值为SO2、NO2、飘尘、铅，则超标指数（I2）可写成：
式中：ES、EN、EP、EL为SO2、NO2、飘尘、铅的超标分指数。它们等于该污染物全年监测数据中超过（或等于）卫生标准的历次高浓度的累计总和与该污染物卫生标准之比，其计算公式如下：
上述各分指数中，A1代表某污染物全年各日平均测定数据中，超过（或等于）核污染物日平均最高容许浓度（S1）的历次高浓度累计总和；A2代表某污染物全年各次测定数据中，超过（或等于）该污染物一次最高容许浓度（S2）的历次高浓度的累计总和。
将各分指数代入超标指数（I2）中，得：
上述各式中，β1和β2是由于某些原因使全年实际取得的监测数据可能不能满足规定的要求而附加的校正系数：
式中：N1代表某污染物全年应取得的日平均个数；N2代表一次测定数据的个数。如某市要求N1=20，N2=160；N1′代表该污染物全年实际取得的平均个数，N2′代表一次测定数据的个数。N1′≤N1；N2′≤N2。如某市采样点1974年监测数据中超过（或等于）卫生标准的历次高浓度累计总和，如表12－2所示。
根据数据所计算的大气污染超标指数为：
＝47.7
上面例子的大气污染超标指数（I2），是按某采样点全年监测数据整理计算的。如果监测次数多，也可以按季或月计算I2值。此外，也可先计算各点的超标指数，然后再求全市的平均超标指数等。
将某地区逐年（季或月）的大气污染超标指数I2绘成曲线，即可比较评价该地各时期大气中各污染物出现超标高浓度的总计状况。对于监测条件一致的各个城市，也可用统一的超标指数进行比较。
2．水质污染评价
关于水质污染评价指标，自六十年代以来已陆续有文献进行讨论。其中美国霍顿（Horton）的工作最早。他选择8种水质参数提出了水质评价方法。以后西德莱伯曼（Liebman）根据化学和生物学参数提出了一种水质指标，并且编制了拜恩州（巴伐利亚州）的水质图。下面介绍几种评价水质污染的较完善的方法：
1）布朗（Brown）水质评价指数 美国人布朗（R．M．Brown）是在35种水质参数中，选取11种重要水质参数，然后再根据专家的意见，针对每个参数的相对重要性，按下式进行加权计算：
即
式中：WQI（Water Quality Index）为水质指标；
Qi为水质参数的质量评分；
Wi为水质参数的权系数。
2）普拉特（L．Prati）水质评价指数 1971年意大利斐拉拉大学卫生研究所普拉特特提出的水质指数，为各参数换算的污染指数相加，求其算术平均值。
普拉特按水质指数大小，将水质分为五级：小于1为水质优良；1—2为水质可用；2—4为轻污染；4—8为污染；大于8为严重污染。
普拉特指数的优点是考虑水质参数较多，反映水质问题较全面。但选择那些水质参数及各种参数的具体分级标准应该根据各地区的不同情况分别制定，然后才能依次计算得出各地区水体的具体污染指标。
3）尼梅罗水质指数 美国人尼梅罗（N．L．Nemerow）在其《河流污染的科学分析》一书中所拟定方法的特点是，不仅考虑到各种污染物实测含量值与相应的污染物所规定的环境标准的比平均值，而且也考虑了污染物中含量最大的污染物与所规定的环境标准的比。根据这样的计算，在污水中各种污染物的平均比值较低的情况下（如低于1.0），可以对个别浓度高的污染物加以特殊处理，使水能够继续使用。尼梅罗的水质指数的计算方法如下：
式中：Pij为水质指数；
Ci为水中污染物i的实测浓度；
Lij为水中污染物i作j用途时的水质标准。
尼梅罗的方法较前面几种方法有所发展。在进行水质评价时，他首先考虑到水质的用途。其次，在计算时，不仅考虑到各种参数的平均污染状况，而且还考虑到个别污染重的污染指标的影响，这对进行必要的水质处理提供了科学依据。但如何使个别污染重的污染指标在污染指数中占有适当的比例是值得进一步探讨研究的问题。
4）罗斯水质指数 英国人罗斯（S．L．Ross）在上述指数系统研究的基础上，对英国克鲁德流域干支流的水质进行了评价。他在常规监测的12个参数中，选取了4个参数做为计算河水水质指数的指标，并对共分别给以不同的权系数：BOD为3，氨-氮为3，悬浮固体物为2，溶解氧饱和百分数和浓度各为1。总权重为10。
罗斯将河流水质分为11个等级（水质指数0—10）（表12－3）。河流水质指数为0表示质量最差，类似腐败的原生污水；而对天然纯净状态的水，规定河流质量指数为10。如某一地点水质测定结果是：
（1）悬浮固体为27毫克／升；
（2）BOD5为6.8毫克／升；
（3）DO为8.9毫克／升、DO78%饱和度，氨-氮1.3毫克／升。
查污染物分级表得评价值及权重值为：
污染因子 评价值 权重值
悬浮固体 14 2
BOD5 18 3
DO（浓度） 8 1
DO（饱和度％） 6 1
根据公式：
罗斯用上述办法计算了克鲁德河各取样点1966—1974年的河水质量指数，能较简明地反映出各点不同年度的水质质量的变化。
目前我国用的水质评价方法是综合污染指数（K）法及水质质量系数（P）法。利用检测水中的酚、氰、砷、汞、铬的含量，计算水质污染的指数大小，以确定水质污染的程度。现将其具体计算方法介绍如下：
（1）综合污染指数（K）：是用来表示各种污染物对地表水水质总体污染程度的一种数量指标，其计算公式如下：
式中：Ck为根据具体条件规定的地面水各种污染物的统一最高允许标准；（作者建议Ck值定为0.1较为方便。）
C0i为各种污染物的地面水最高允许标准；
Ci为各种污染物的实测含量。
根据计算结果：
K≤0.1定为“未受污染”；
K=0.1—0.2定为轻度污染；
K＞0.2可认为是严重污染。
当然，在一个局部地区，如果污染比较严重，综合污染指数间距比较大时，其具体污染程度分级尚可提出一个暂定标准，以适应当地环保工作的需要。
（2）水质质量系数（P）：基本概念同上，但不用最高统一标准予以校正。
其公式如下：
式中：Ci为各种污染物的实测含量；
C0i为各种污染物的地面水最高允许标准。
上述两种方法比较，后者计算比较简便。
上海市自来水公司提出的污染指数公式，上海地区水系水质调查协作组提出的有机污染综合评价值，以及南京地理所提出的阳澄湖综合评价都很有参考价值。
上海自来水公司根据长期实际观察积累的经验，结合氨氮与溶解氧饱和百分率之间的相互关系，提出了“污染指数”这一概念，并写出如下的经验公式：
注：这里P值的计算方法同水质质量系数计算法。
式中：0.4为经验系数。
并指出，当污染指数≥5时，黄浦江水质出现黑臭现象。
上海地区水系水质调查协作组提出的有机污染综合评价值公式如下：
式中：BODi、CODi、NH3－Ni和DOi为实测值（毫克／升）；
BOD0、COD0、NH3－N0和DO0为标准值（毫克／升）。
（暂定标准为：BOD0=4毫克／升；COD0=6毫克／升；NH3－N=1毫克／升；DO0=4毫克/升）。
将A≥2做为开始受到有机污染的标志。
南京地理所对阳澄湖的污染进行了全面的质量评价，包括对水质、底泥及水生生物三个要素的综合评价。除采用污染指数法外，还提出了污染分级迭加法，即先参阅国内外资料，提出划分清洁、轻污染的水质标准，然后按该标准判别各采样点保证率为80％的各参数实测值所属的等级，并进行迭加，当迭加数中属污染级的参数超过3个时，定为污染水域；污染级参数少于3个的为清洁水域，介于二者之间的为轻污染水域。在同一类型中又根据迭加数的大小，再划分若干亚级。在分别做出水质、生物和底质的综合质量分区图后，再对不同要素进行加权，最后得出整个湖泊环境质量的综合评价。
3．整体环境质量综合评价
环境由大气、水域、土壤和生物组成，它们相互联系、相互影响、相互制约，构成了一个统一的整体。污染物进入某一组成要素中，必然会影响其他要素。实际上，污染物是在整个环境中进行迁移转化，最后引起环境质量变化的。所以对各要素分别进行评价后，还应对整体环境质量作综合评价。现以城市环境质量综合评价为例作扼要的介绍：
1）北京西郊评价 北京西郊环境质量综合评价是建筑在大气、地面水、地下水和土壤环境质量评价的基础上进行的。采用迭加法，求出环境质量综合指数（E综合）：
E综合=E地面水+E地下水+E大气+E土壤
（式中E即为前文中的PI）
按E综合大小将环境分为六级：
等级 环境质量 状况综合指数
1 清洁 0
2 尚清洁 0.1—1.0
3 轻污染 1.0—5.0
4 中污染 5.0—10.0
5 重污染 10.0—50.0
6 极重污染 50.0—100.0
根据污染物的评价计算，环境中的主要污染物：地下水为酚、氰；土壤为镉、苯并（a）芘、重金属等；大气为飘尘、二氧化硫等。污染范围最大的为大气（E＞1的区域为150平方公里），其次为地下水（E＞1为30平方公里）；土壤最小（E＞1为1.5平方公里）。污染程度最大的为地面水（E最大值为265），其次为大气（E最大值为11），再次为地下水（E最大值为5），污染最轻为土壤（E最大为1.3）。
2）南京市评价 南京市进行环境质量评价与北京西郊不同的地方，表现在以下几方面：
（1）选用环境质量评价参数：有大气、水和噪声（没有列入土壤），特别突出大气的作用。抓住城市环境的主要问题，选定的参数（评价因子）及其标准列在表12－4中。
（2）在各环境要素之间，分别对环境影响程度提出加权：权重根据人民群众来信确定，即根据几千封来信进行统计分析，并结合当地环境污染特点确定相对权重。南京市环境污染的相对权重是：空气污染占 60％，噪声占 20％，地面水和地下水各占 10％。
（3）提出环境质量指数（PIm）的计算公式：
式中：j代表环境污染要素，其他与前同。
根据南京市实例，即：
其分级标准：
等级 环境质量状况 综合指数
1 好 ＜0.4
2 尚好 0.4—0.5
3 稍差 0.5—0.75
4 差 0.75—1.0
3）日本大阪市评价 日本大阪市环境质量评价的方法与南京市相似（将噪声考虑在内，采取综合指数进行评价），但评价工作较为深入，作了大量社会调查。
（1）采用的污染因子：有二氧化硫、粉尘、二氧化硫和粉尘的乘积，交通量强度和噪声。前四个因子为构成大气污染的要素，强调大气污染对城市影响最大。
构成大阪市大气污染源有两类：一类是工厂排放物；一类为汽车排放物。
工厂排放物以SO2和粉尘为主。SO2的影响大小与粉尘含量有关，因此，把两者乘积也作为一个因子考虑。
汽车排气产生的大气污染因子，主要是CO，其他还有铅、NOx、HC等，这几种污染物也是重要的，因为它们的污染范围广。所以将交通量强度作为一个污染因子以反映汽车排气对大气的污染。交通量强度即在单位地区、单位时间内通过的车辆（交通量），乘以车辆在该地区内的停留时间。如将此数值再乘以排放系数，即可求得该地区汽车排气产生的污染物排放量。因此，交通量强度大的地区，汽车排气的污染必然严重。
（2）评价标准：确定评价标准的依据有以下几个方面：
① 从污染物对当前和今后造成的影响出发，为保障市民生活福利所需的标准；
② 国外已定的环境标准；
③ 从污染因子与人群健康之间关系出发，考虑产生同等影响的浓度。
按上依据，提出下列评价标准：
污染因子 评价标准
二氧化硫 0.05ppm（年平均）
粉尘 100微克／米3（年平均）
二氧化硫×粉尘 10ppm×微克／米3
BOD 10ppm
噪声 50分贝（A）
（3）权重的确定：根据城市人民对环境反映的来信和学校调查材料，采用因子分析法，探求各变量间的内在联系，即进行主成分分析（component analysis）和因子分析（factor analysis），推求共同因子的数目和意义。
计算时采用14个变量：①噪声、②恶臭、③河道的清洁程度、④河道的恶臭、⑤交通量、⑥洗的东西有没有脏、⑦近处有没有工厂、⑧门窗小五金和水管的腐蚀情况、⑨有没有人吐痰和咳嗽、⑩植物的花和果实是否脱落、(11)是否容易感冒、(12)环境好不好、(13)家中有没有灰尘、(14)交通是否方便。
根据变量①和⑤求噪声权重；根据③④推求BOD权重；根据⑤求交通量强度权重；根据⑨⑩等求二氧化硫权重；根据⑥(13)等求粉尘权重；二氧化硫和粉尘乘积的权重，采用二氧化硫和粉尘的权重的平均值。
（4）环境质量分级
等级 综合评价指数 环境质量状况
1 ＜34 略好
2 34—42 一般
3 42—51 稍坏
4 51—64 坏
5 ＞64 最坏
综合上述，不论是单个环境要素的质量评价，还是整体环境质量的综合评价，大致都可以归纳成如下的三个主要环节：
第一、环境质量评价参数的选择：应该指出，如何选择能够标志区域环境质量的污染参数是做好环境质量评价工作的基础。研究证明，不同地区的代表性污染物是不相同的。如某市西郊环境质量评价中，水质评价是选取了酚、氰、砷、汞、铬、等五大毒物做为标志污染物进行评价的。它反映了以钢铁企业为主体的生产地域综合体的特点。但是在该市东南郊，环境污染程度更重，该区工业组成是以化工企业为主体，污染物十分复杂，以有机污染物为主，重金属次之。其次，污染参数的选择还因环境质量评价的目的而异。如果做环境质量的一般综合评价，则选择的参数应该尽量齐全一些，而为了某项特殊目的进行评价时，则对污染参数应做专门设计。如对某水体专门做渔业评价，则应选择DO等一系列对发展渔业有关的污染做为标志参数。又如，做某城市环境质量与癌的相关评价，则需要选择苯并（a）芘、亚硝胺、联苯胺、氯乙烯等致癌物做为标志污染参数。值得提出的是，为了做好环境质量评价，确定适合于环境质量状况的污染参数，需要环境分析化学工作者突破某些污染物，尤其是有机污染物的检测方法。
第二、确定各项污染参数的权系数：在环境质量评价工作中，确定各项污染参数的权系数是当前应该突破的关键环节。所规定的环境污染参数对环境质量的影响，以及对人体健康和生物的危害并不是等同的，应该对不同的污染参数赋予不同的权系数。正确地确定权系数包括两个方面的工作：一方面要深入研究标志污染物在区域环境中的污染状况及其对生物和人体健康的影响，特别是要加强多种污染物联合作用的毒理学实验，以确定污染物之间的颉抗及协同作用；另一方面要运用近代的数学工具，进行数学解析。
第三、建立适用的数学模式：由于区域环境研究的对象是污染物在多介质、多元体系中物质的运动规律，因此要建立一个完善的数学模式，是一个较为复杂的问题。在国外，有人认为建立整体环境质量评价的数学模式时机尚未成熟。为了解决各环境要素污染指数间不宜做简单加合的矛盾，我们运用聚类分析的方法，进行了区域环境污染各基层单元间归类的数学统计计算的尝试，采用绝对值距离法、内积系数及夹角余弦法分别进行了计算。结果证明，根据具体单元环境的污染状况，运用适当的计算方法，可以顺利完成单元环境的并类问题。