改進內梅羅指數法在聊城市地下水水質評價中的應用

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改進內梅羅指數法在聊城市地下水水質評價中的應用

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地下水水質現狀評價是地下水資源評價和保護的重要內容，目前常用的地下水水質評價方法有內梅羅指數法、主成分分析法、層次分析法和灰色聚類分析法等。由于主成分分析法進行評價時因子負荷符號交替使得函數意義不明確，需要大量的統計數據，不能反映客觀情況。層次分析法和灰色聚類分析法在很大程度上受制于人的主觀因素的影響，存在評判結果與實際不符的情況。目前應用較廣泛的方法是內梅羅指數法，該方法具備數學過程簡捷、運算方便、物理概念清晰等優點，但是也存在著評判結果不夠客觀的問題。為了增強內梅羅指數法的客觀性，本文對內梅羅指數法做了深入剖析，提出了改進方法，并通過實例計算對其改進效果進行驗證，結果表明改進后的評價方法能夠減少極值對評價結果的影響，更能客觀反映水質總體情況。

一、內梅羅指數法方法概述

1.單組分評價

按照《地下水質量標準》中的要求進行各單項組分評價，劃分組分所屬水質類別，對各類別按表1分別確定單項組分評價分值Fi。

表1 地下水質量評分表

2.綜合評價

（1）選用內梅羅指數計算綜合評分值：

式中：F—各單項組分評分值F的平均值；

Fmax—單項組分值Fi的最大值；

n—項數。

（2）根據F值按表2規定劃分地下水質量類別，同時將細菌學指標評價類別注在級別之后。

表2 地下水質量等級表

二、內梅羅指數法的改進

1.內梅羅指數法存在的主要問題

（1）過于突出最大污染因子

由于公式中考慮了最大污染因素，在參評計算中一旦某一項指標值偏高，即使其他指標偏低，也會使得綜合評分值偏高。

（2）未考慮權重因素，各污染因子同等對待

此法未考慮不同污染因子對環境的毒性、降解難易及去除性的難易程度等因素。同一個等級的不同污染因子的取值應區別對待，即增加權重因素。

2.內梅羅指數法的改進

針對內梅羅指數存在的問題，增加權重因素，用參評項目中權重值最大的污染因子評分值與Fmax的均值F'max代替Fmax。這樣既解決了單一突出最大污染因子作用，又解決了將各項污染因子等同對待的問題。

（1）污染因子權重值Wi的計算

不同污染因子對環境及人類的危害程度存在較大差別，一般來說，某種污染因子的危害性與該污染因子的排放標準基本上呈反比例的關系。以此為前提，求算Wi。將各污染因子的排放標準Si由小到大的順序排列，將其最大值Smax同Si值比較，并令Ri表示第i種污染因子的相關性比值，則：

（2）公式的改進

考慮了污染因子的權重值后，公式改進如下：

式中：Fw—污染因子權重值最大的單項組分值。

其他變量意義同前。

三、改進內梅羅指數法在地下水水質評價中的應用

以聊城市地下水水質監測資料為例，應用改進前后的內梅羅指數法分別進行評價，并對評價結果進行了對比分析。

1.研究區域概況

聊城市位于山東省西部冀魯豫交界處，地處東經115°16′～116°30′、北緯35°47′～37°03′。聊城市地下水類型主要為淺層潛水、承壓水和巖溶水。主要含水層為砂壤土和粉細砂層，地下水流向與地表傾斜方向基本一致。淺層地下水以大氣降水及上游來水為補給源，以潛水蒸發、人工開采及徑向出流為主要排泄方式。

2.評價指標及監測數據

選用山東省水環境監測中心聊城分中心2015年對全市16個代表性觀測井的監測資料對改進方法進行檢驗。地下水水質評價指標為pH、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發酚、氰化物、砷、汞、鉻、總硬度、鉛、氟化物、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、耗氧量、硫酸鹽、氯化物共19項。水質監測結果取全年平均值見表3。

表3 地下水監測成果表

3.地下水污染因子權重值

按照公式（3）和（4）計算參評項目的權重值：

表4 地下水污染因子權重值Wi

4.評價結果比較及分析（見表5）

表5 地下水質量評價結果表

由表3可知所測地下水pH、氨氮、揮發酚、氰化物、砷、汞、六價鉻、鉛、鎘均符合《地下水質量標準》中Ⅰ類標準，高錳酸鹽指數僅有茌平自來水一個監測站點達到Ⅱ類標準，其余均符合Ⅰ類標準，氯化物、硫酸鹽、鐵、錳等不同程度的出現了Ⅲ和Ⅳ類水。由表5可知改進法的水質評價結果普遍優于改進前的評價結果，其中茌平一中、高唐醫院、臨清二院、冠縣自來水、莘縣醫院、莘縣自來水、東昌學院、聊城大學取水點的水質評價結果均由較差變為良好或者較好，分析其原因主要是總硬度、鐵、錳、氟化物等原生的還原環境特征指標引起的水質問題，不處理或稍微簡單處理其指標值即能達到保證人體健康要求的基準限值。在采用未改進內梅羅指數法進行水質指標評價計算時，未考慮各水質指標的權重值，認為由原生的還原環境特征指標引發的水質問題與其他較嚴重的水質問題同等重要，因此降低了水質評價的結果或掩蓋了其他較嚴重水質問題的嚴重性；而改進后的內梅羅指數法通過權重值弱化了此類原生的還原環境特征指標的重要性，突出其他較嚴重水質問題的重要性，使評價結果更加準確、科學。

四、結論

內梅羅指數法因其方法的優越性在目前地下水質量評價中應用廣泛，但由于未區分毒理性不強的水化學指標與其他毒理性較強的水化學指標，使水質評價結果往往較差，給用水者帶來一定的心理負擔。本文通過引入權重值的概念，考慮毒性重金屬的積累效應對生物鏈的影響,提出了改進的內梅羅指數法，并將改進后的方法應用于聊城市地下水評價中，結果表明該方法能夠在一定程度上消除極大值影響，并提高毒理指標在水質評價計算中的重要性，能夠更加客觀地反映地下水的實際質量狀況，具有十分重要的意義■

（作者單位：1.山東省聊城市水文局252000 2.聊城市農業委員會 252000）