潮白河流域河道水环境改善效果评价方法分析

赵金香，赵 旭，赵梦舟

(1.北京市潮白河管理处，北京 101300;2.北京市密云水库管理处，北京 101512;3.北京市京密引水管理处，北京 101400)

我国地域辽阔，土地广袤，自然环境优越，水资源十分充足，境内河流数量也较多。但是由于自然环境、地势、河流方向、土壤关联度等因素的影响，不同区域河流的水质存在极大的差异[1]。地势平缓低洼，防护结构深度较低的河流，通常上下游的河道会呈现出纵横交织，河湖相连的状态，河道内部由于外力作用以及风力侵蚀等影响，会产生大量的沉积砂石，阻碍水流的畅通[2]。而地势高、河道深的河流，虽然沉积泥沙量较小，但是在高速发展的现代化背景之下，各种工厂所排放的生活污水会造成水资源的污染，促使水环境日益恶化，逐渐成为可持续发展社会目标实现的重要阻碍因素之一[3]。水质评估是水环境改善过程中极为关键的一项工作，对于后续的河流维护以及防护结构的建设均存在直接的影响。本文以潮白河作为分析的主要目标对象，对潮白河流域河道水环境改善效果评价方法作出分析和研究[4]。

考虑到最终分析结果的可靠性与精准性，本文会以较为真实的潮白河流域环境作为测定基础，在获取数据信息的同时，结合实际的建设标准，构建更为灵活、多变的评估方式[5]。从多个方向，提取河流在水环境改善过程中存在的相关问题，通过实际的改善效果，制定更具针对性的评估方案，在综合处理的背景下，获取一个连通性的评价结果，结合特殊的方式完成分析与研讨。在确保潮白河水环境改善效果的同时，也可以通过评估的结构对改善方案作出调整，进一步细化、延伸河流的评估范围，为后续的处理建设提供理论依据。

1 潮白河流域河道水环境改善效果评价方法

1.1 基础评价指标体系构建

河流水质的评价是一项极为繁琐且严密的工作，评价过程中会涉及不同的关联指标以及外部因素，均会对最终的评价结构造成影响[6]。因此，构建科学合理的指标体系是确保评价结果精准性、可靠性的重要方式之一。本文对潮白河的评价指标体系划分为以下4个部分，分别是内部结构评价、水动力评价、水质评价以及外部河道评价。

评价的层级是多方向、多目标的，在评价体系之中，每一个指标和评价目标均会起到指引的作用[7]，潮白河首先是对河网以及内部的结构作出改善，可以获取出河流的连通系数，并计算河网优化调度的实际数值。随后，在基础是水动力的标准之上，核定对应的水环境指标；举例来说：污染浓度、单项水质等。结合基础的评价结构，划定对应的评价范围，获取频率，分析河道的评价范围以及覆盖层级，进一步完善整体评价体系的应用效果，为后续的评价工作奠定更为坚实的基础条件。

1.2 连通评价结构设计

所谓连通评价结构，主要指的是区域性的评价方式，一般被应用在大型河流或者河流分支的水环境评估工作之中。可以先计算出目标流域的单元评估权重值，具体如下。

(1)

式中，L—单元评估权重；e—评估限制值。

通过上述计算，可以得出实际的单元评估权重。然后，将目标河流的水环境改善数据添加在评价的结构之中，从而形成实时的评价结果。构建连通评价标准，分层级对评估权重加权，逐步形成大面积的评价环境，在这种区域进行评价[8]。需要注意的是，可以尽量排除存在的误差值，此时得出的评价结果也是模糊性的，仅供后续评价处理参考数据。

1.3 双向阶段式水环境改善效果评价模型构建

与传统的评价模型不同的是，双向阶段式评价相对更加灵活、多变，在面对复杂的河道环境时，可以更为精准的测算，确保最终评价结果的真实可靠。在基础计算模型之中，添加上述连通评价结构，形成基础的评价环境，此时，根据评价的区域性需求，设定双阶向的评估模型结构，如图1所示。

图1 双向阶段式评价模型结构图

根据图1，可以完成对双向阶段式评价模型结构的设计。多层级、多目标的阶梯式评价模式，可以更好地分解水环境中存在的细节问题。

与此同时，还可以做到均衡测定，形成稳定、多角度评价的结果。双向评价实际上是阶段式评价模型的一种升级，可以进一步扩展延伸水质的评价范围，在实际的处理过程中，降低评价误差的出现概率，消除外部因素对于评价结构的影响，完成模型的构建。但是这部分需要注意的是，双向阶梯式的评价模型的引导评价目标一般是多个，不同方向、区域均需要设定独立的动态评价目标，随着潮白河的变化，作出评价模式的改变，进而更好地划分评价层级，完善优化评价模型的内部功能。

1.4 水动力分层评价矩阵建立

在完成对双向阶段式水环境改善效果评价模型的构建之后，接下来，需要建立水动力分层评价矩阵[9]。这部分主要是先获取潮白河的基础水动力范围，结合评价模型的划定情况，建立层级目标评价矩阵，计算出水动力负数[10]：

D=(2w-1)+3n

(2)

式中，D—水动力负数；w—水面率，%；n—预设终值。

通过上述计算，可以得出实际的水动力负数。此时的水动力负数比在0.5以下，表明环境较好，在合理的安全范围之内，反之，如果此时的水动力负数比在0.5以上，表明环境较差，需要进一步改善和处理。

在预设的分层矩阵之中，随着水动力数值的变化，更改各个层级的评价标准，获得不同的评价结果。另外，为了降低矩阵的评价误差，可以采用评价模型，先计算出单向区域的评价值，通过水利工程的调度，将潮白河河道双向水流逐渐调整为单向水流，不仅可以增加流域内污水的排出量，还有利于增加评价结果的精准度。再加上水动力分层评价矩阵的限制，可以更好地确保测定结果的真实可靠性。

1.5 比照评价实现河道水环境改善效果评价

完成对水动力分层评价矩阵的建立之后，接下来，需要采用比照评估的方式来最终实现潮白河流域河道水环境改善效果评价。可以在建设初期与末期分别设定不同的评价标准，最终也可以得出不同的评价结果。

采用评价模型，计算出评价的差异范围，此时，将前后得出的两个评价结果相减，得出的差值在预设的范围之内，表明评价的结果可靠，具有较强的应用价值；反之，如果得出的差值并未在预设的范围之内，表明评价的结果存在误差，不能作为后续建设评价的参考数据以及信息，需要进行重新测定。比照评价法的覆盖影响范围较大，所以在应用的过程中并不会受到过大的限制，可以确保评估结果。

2 实例分析

2.1 G河流水质改善效果及评价现状

G河流位是潮白河的一个分支，分支河流数量较多，水网密布，如图2所示。

图2 G河流现状呈现图示

河道治理与截污工程的设定仅仅起到了基础性的作用，G河流部分流域的水功能区水质达标率仍然较低。工程完工之后，依据国际化的标准，对改善效果作出评价和核验。采用单一采样评估的方式，将G河流分别划定为不同的测试阶段，每一个测试阶段均是独立的，所采集的样本也分开测验。但是最终所得出的评估结果却并不可靠，不具备研究价值，反而为后续的评估工作造成了阻碍，营造出较为糟糕的评价环境。

2.2 G河流评价水质改善效果评价实证

经过上述对G河流水质改善效果及评价现状的分析之后，接下来，根据特定的标准，实现更为具体、完整的评价。首先，需要获取G河流的单向引水距离，选择MIKE11的水动力模块与对流扩散模块形成评价的基础层级模块，随后，根据水质的变化情况，计算出修正系数：

(3)

式中，H—修正系数；S—扩散距离,m;d—极限评估差值。

通过上述计算，可以得出实际的修正系数。随后，获取基础性的水环境变化数据以及信息，测定在水质变化的过程中，阶段式评估均值如下式：

(4)

式中，B—阶段式评估均值；w—水中污染物浓度，mg/L;m—降解系数;f—源汇浓度,mg/L。

通过上述计算，最终可以得出实际的阶段式评估均值。将其作为G河流评估的基础标准。根据G河流的特征以及水环境的优化实况，提取优化过程中存在的问题，同时构建对应的评价结构，如图3所示。

图3 G河流评价结构图

根据图3，可以完成对G河流评价结构的设计与调整。此后，结合双向评估模型，计算出对应的评价权重，如式5：

(5)

式中，K—评价权重;t—水质差值。

通过上述计算，最终可以得出实际的评价权重值，结合此时其他的评估数据，与国际化的评价的标准相比照，获取最终的评价误差，见表1。

表1 实例分析结果对比表

根据表1，可以完成对测试结果的分析：与基础性的水环境改善效果评估方法相对比，本文所设计的双向阶段式水环境改善效果评估测试组最终得出的评价误差比率相对较小，表明在实际测定的过程中，差异值较小，评级的精准性更高一些，具有实际的应用价值。

3 结语

本文提出对潮白河流域河道水环境改善效果评价方法，采用动态的处理方式，分层级多目标评价，能够降低水环境改善效果评价误差，可以比照特定的评估标准，获取可靠、精准的评估结果。但是由于河流水质容易受到多种因素的影响，可能会使水环境改善效果评价结果受到影响。因此，在未来的研究中还需要扩大对影响水环境因素的研究，为河流的细化改善奠定更为坚实的基础。