內梅羅水污染指數法在太湖水質評價中的適用性分析

徐 彬，林燦堯，毛新偉

(1.太湖流域水文水資源監測中心，江蘇 無錫 214024;2.水利部水文局，北京 100053)

水質評價的方法很多，總體分為單因子評價法和綜合評價法兩大類。單因子評價法將各參數濃度代表值與評價標準逐項對比，以單項評價最差項目的類別作為水質類別，同時說明超標項目和超標倍數，是GB3838—2002《地表水環境質量標準》中所采用的評價方法［1］，目前使用最多;綜合評價法的主要特點是用各種污染物的相對污染指數進行數學上的歸納和統計，得出一個較簡單的代表水體污染程度的數值。通過綜合評價法能了解多個水質參數與相應標準之間的綜合相對關系，但有時也會掩蓋高濃度的影響［1］。

綜合評價法有幾十種之多，包括指數評價法、健康風險評價法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經網絡評價法等。指數評價法因數學過程簡潔、結果易于使用而被廣泛應用，內梅羅水污染指數法便是其中一種［2］。由于該方法是 GB/T 14848—1993《地下水質量標準》中的推薦方法［3］，故在地下水評價中應用較多，而在地表水評價中則較少涉及。筆者嘗試將其應用于太湖水質評價中，以期能夠更加簡明合理地反映水質綜合污染程度，為水資源保護提供一種更有助于提高工作效率的技術方法。

1 內梅羅水污染指數簡介

內梅羅指數由美國敘拉古大學內梅羅(N L Nemerow)教授于1974年在其所著的《河流污染科學分析》一書中提出［4］。內梅羅指數是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環境質量指數。其計算公式為

式中:IP為內梅羅指數;Iimax為所有評價因子中污染指數最大值;為所有評價因子的污染指數平均值;Ii為第i項評價因子的污染指數;Ci為第i項評價因子的實測值;Coi為第i項評價因子的水質標準值。

一般來說，如果IP≤1，說明環境質量較好，水體較清潔;如果IP＞1，則說明環境質量較差，水體受到了污染。

根據對其計算公式的理解，內梅羅指數特別突出了污染最嚴重的評價因子，同時也一定程度的兼顧了其他水質較好的參評因子對總體結果的貢獻，尤其避免了在計算過程中各因子權重人為賦值的主觀影響。

2 太湖水質評價應用

2.1 內梅羅指數法評價

2005—2012 年評價因子為GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中除水溫和糞大腸菌群之外的22項基本指標項目，另有透明度和Chl-a作為營養狀態評價指標;20世紀90年代至2005年受到當時監測條件所限，評價數據僅包括 DO、pH、TP、TN、NH3-N、CODMn、BOD5、FN 等 8 項指標，另有 2000—2005年的透明度和1998—2005年的Chl-a作為營養狀態評價指標;而1981年僅有 CODMn、NH3-N、TP、TN以及Chl-a等5項數據。由于太湖主要是受N、P營養鹽及耗氧有機物污染，TN和TP為主要超標指標，因此在已包含TN和TP兩項指標的前提下，不同年份參評指標的變化對評價結果之間可比性的影響較小。太湖作為流域內重要的飲用水源地，使用內梅羅指數計算時，各項評價因子的標準值采用相應的Ⅲ類標準限值。評價結果見表1。

根據評價結果，1981年太湖的內梅羅指數值為0.82，表明參評指標的達標情況較好，太湖水質較為潔凈;20世紀90年代以后指數值均大于1，表明存在長期超標指標，水質一直處于相對污染狀態;2006年指數出現最大值，太湖水質為歷史最差時期;2007—2012年指數值大體呈下降趨勢，表明水質在逐步好轉。可以看出整個過程中2006—2007年為太湖水質的歷史轉折點，該變化趨勢與太湖自2007年供水危機后大量綜合整治措施不斷落實并逐漸收效的宏觀過程相吻合，說明內梅羅指數法能夠對水體質量綜合狀況進行準確的宏觀定位，評價結果合理。

表1 不同年份太湖水質的內梅羅指數法評價結果

2.2 與單因子評價法的對比

單因子評價法是GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中所規定的評價方法，屬于國家標準方法，是目前使用最廣泛的水質評價方法。太湖水質單因子評價結果見表2。

表2 不同年份太湖水質單因子評價結果

單因子評價結果由水質類別、超標項目及超標倍數(本文僅列出最大超標倍數)3部分組成。單從水質類別結果來看，1981年太湖水質較好，為Ⅲ類，但20世紀90年代至今則始終在Ⅴ類和劣Ⅴ類之間來回波動，無法看出明顯的變化趨勢和細節差異。如果連同超標項目及超標倍數一并分析，則可以較為詳細的了解不同年份的水質細節，但是卻很難將各年度水質綜合污染狀況繪制成變化趨勢圖等進行直觀對比。在實際應用中，如果評價對象數量較多且超標指標差異較大，使用該方法很難快速獲取較為精細的水質總體變化趨勢;而對于宏觀管理來說，由3部分組成的復合型評價結果不夠簡明，相較于內梅羅指數法的單一數值型結果，不能很方便地用于數理統計和圖表繪制，其利用價值難以有效發揮。

2.3 與營養狀態指數評價法的對比

太湖水質污染主要是由富營養化引起的。根據SL395—2007《地表水資源質量評價技術規程》中的湖庫營養狀態評價方法［5］，使用現有數據評價所得太湖營養狀態指數結果見表3。

表3 不同年份太湖營養狀態評價結果

將太湖的內梅羅指數和營養狀態指數評價結果進行相關分析，其相關系數達到0.89，具有很強的線性相關性(圖1)。

圖1 內梅羅指數與營養狀態指數的相關性

由于太湖是典型的富營養化湖泊，其水質超標最為嚴重的TN、TP同時也是營養狀態評價指標，因此內梅羅指數與營養狀態指數的評價結果之間理應存在一定的相關性，而分析結果則很好地印證了這一點。與成熟的國標方法結果比對表明，內梅羅指數的評價結果在不同污染程度的區間范圍內分布合理，評價方法較為可靠。

3 方法評價

受到自身算法的限制，內梅羅指數的評價結果存在一個公認的特點，即評價結果特別突出了超標最嚴重的指標影響，尤其是在評價指標較多并且僅有個別指標超標的情況下，占多數的低濃度指標對評價結果影響有限［6-7］，屬于相對嚴格的水質評價方法。對于很多研究性工作來說，該特點不利于對水體質量做出全面均衡的評價，對此很多學者提出了內梅羅指數的各種修正方案。

但對于水資源保護管理部門來說，其工作重點恰恰正是超標項目，且超標越嚴重的越需關注。在管理工作中，使用內梅羅指數能夠更加快捷地將各指標監測數據中超標最嚴重的通過數值型評價結果反映出來，幫助工作人員對繁雜的原始數據進行批量處理，快速區分和篩選出不同污染程度的水體。

另外，內梅羅指數結果為一個簡單的分值，無論是否為專業人士，都能較為輕易地通過其對水質污染程度做出大致判斷。如果將其用于水質信息的通報發布，可便于不同層次讀者對水質狀況的了解和判讀。

4 結論

內梅羅水污染指數法在太湖水質評價中具有較好的適用性。該方法計算過程便捷，結果簡明易用，方法合理可靠，相較于國家標準中的單因子評價法能夠更加簡捷地反映綜合水質狀況且便于統計分析利用，有助于管理人員跨過繁雜的原始數據快速掌握不同水體的污染程度，是水資源保護和管理工作中的一項有力工具。目前該評價方法已初步應用于太湖健康狀況評價中。

［1］GB 3838—2002地表水環境質量標準［S］.

［2］彭文啟，張祥偉.現代水環境質量評價理論與方法［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［3］GB/T 14848—1993地下水質量標準［S］.

［4］關伯仁.評內梅羅的污染指數［J］.環境科學，1979(4):67-71.(GUAN Boren.Assessmentof Nemerow pollution index［J］.Environmental Science，1979(4):67-71.(in Chinese))

［5］SL 395—2007地表水資源質量評價技術規程［S］.

［6］李亞松，張兆吉，費宇紅，等.內梅羅指數評價法的修正及其應用［J］.水資源保護，2009，25(6):48-50.(LI Yasong，ZHANG Zhaoji，FEI Yuhong，et al.Improvement of Nemerow index method and its application［J］.Water Resources Protection，2009，25(6):48-50.(in Chinese))

［7］寇文杰，林健，陳忠榮，等.內梅羅指數法在水質評價中存在問題及修正［J］.南水北調與水利科技，2012，10(4):39-41.(KOU Wenjie，LIN Jian，CHEN Zhongrong，et al.Existing problems and modifications of using Nemerow index method in water quqlity assessment［J］.South-to-North Water Diversion and Water Science ＆ Technology，2012，10(4):39-41.(in Chinese))