探討數字化定義內梅羅指數法水質評價結果

□陳寧錦 □孟春芳 □孫 珂(新鄉水文水資源勘測局)

探討數字化定義內梅羅指數法水質評價結果

□陳寧錦 □孟春芳 □孫 珂(新鄉水文水資源勘測局)

隨著社會的進步,水污染現象日趨嚴重，水質分析與數字信息技術逐步完善，在數字環境下運行與完善內梅羅指數法，符合時代發展的需要，符合水質評價發展的需要。文章是在C語言環境中定義內梅羅指數法對水質評價結果的類別劃分，主要運用數組機器語言規則做為主要指導思想解析算法。以新鄉市、焦作市2014年重點水功能區檢測斷面評價結果數字化處理為例。通過對結果的評價定義完善水質評價方法，促進水資源的利用。

內梅羅指數；C語言；水質評價結果；重點水功能區斷面。

1 數據環境

內梅羅指數作為水質評價的重要方法，運用十分廣泛，但其也具有一定缺陷。

1.1 C語言

C語言是國際上廣泛流行的計算機高級語言，既可以用來編寫系統軟件，也可以用來編寫應用軟件[1]。它是把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來的工作單元。

它將文件當作一個“流”，按字節處理[2]。它的主要特點有：簡潔靈活；運算范圍廣泛；能實現各種復雜的數據類型的運算；C語言程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立；C語言程序設計自由度大；C語言可以用來寫系統軟件；C語言程序執行效率高；C語言適合于多種操作系統,如DOS、UNIX,也適用于多種機型。

1.2 C語言的運行環境

VisualC++是MicrosoftVisualStudio的一部分，因此需要找到正版VisualStudio的軟件，執行其中的setup.exe,并按照屏幕上的提示進行安裝即可，在ghost環境下進行相關程序編譯及調試。

2 分析方法與評價標準

2.1 分析方法

內梅羅指數法是基于算術平均法的一種水質評價其具備許多優點，尤其是數學過程簡潔、運算方便目前應用比較廣泛的一種評價法方。但其也有一定的缺陷[3]，文章對其結果進行完善。內梅羅（Nemerow）污染指數公式：

2.2 評價標準

依據《水環境檢測規范》（SL219-2013）、《水質分析方法標準匯編》（2004）、《地表水環境質量標準》（GB3838-2002），進行采樣、分析、評價。以計算2014年新鄉市、焦作市重點水功能區斷面水域污染等級為例，取CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，5個指標進行水質綜合評價，監測斷面一月份監測數據見表1。

3 數據運行與結果處理

3.1 數據運行環境展示

打開VC++6.0軟件選擇C語言界面。內梅羅指數公式編譯為機器指令，及相應輔助指令。

#include”stdio.h”

#include”math.h”

Voidmain{

{

Inti,n,j;

….

Floata[10],b[10];

Floatc[6][5]={0，0，0，0，0，},{2，15，3，0.15,0.02},{4,15,3,0.5,0.1},..

….

先把上述（1）、（2）公式，解析為C語言，使其符合機器語言規則。在此把一類水至五類水標準以數組形式存儲于程序中，再對污染因子進行計算、對比時調用。I、j、n為變量，[6][5]數組對《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的解析，[6]代表0類水至劣Ⅴ類水，[5]代表每類水各個監測因子的值，以此為基礎進行計算。命令依此進行，直至運行結束得出結果，并輸出顯示于屏幕上。注：全文源代碼只展示一部分。

表1 監測斷面數據表

以斷面谷旦閘為例通過數字化運算。根據輸入框的提示，輸入相應數值。

經過上述源代碼的運行調試，在第一行屏幕顯示輸入預期達到的水質目標，由于每個斷面的水質達標類不一樣，根據實際情況填寫水質達標類。在運行時調用出該類各項水質值。再根據提示按順序輸入監測因子，通過程序運行再輸入完監測因子之后可快速得出結果F，手工計算所不能及。如圖1。

圖1 F值運算圖

F顯示為一個數值，無法反應水體的水質類別和污染等級，以下是對此問題的解決方案。

3.2 評價結果定義與處理

根據國標Ⅰ類至劣Ⅴ類水質標準將河流劃分為6個水質等級設Y={Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類}，依次為K={清潔、較清潔、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴重污染}，即K為水質評語結論；根據國標選5個指標CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，即Q={CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P}。R為評價因素(F)在評語（K）上的條件，即R為公式（3）、（4），在此用機器語言進行運算，評價因子通過R計算出L（在程序中L的值為F的值），對應于評語Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類。依據內梅羅污染指數思想與構思，推導出公式（3）、(4)對實測結果進行定義[4]。

式中：Coi為地表水檢測斷面Ⅲ類；n為評價指標的數目5。依次代入Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類標準，運行機器指令，如圖2。在顯示區域依次輸入國標達標值，計算出內梅羅指數F值，進行判斷定義污染等級、達標類型得出水質定義分級表[5]。并存儲水質定義分類表，在進行實際污染因子計算考核時調用、對比、參照得出相應詳細結果。

#include”stdio.h”

#include”math.h”

Voidmain{

{

Inti,n,j;

….

Floata[10],b[10];

……

圖2 水質分級圖

Coi為公式（3）、（4）的基線標準，必須具有全面性與概括性，運用機器語言依次將Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類作為基線算出表2。

表2 水質定義分級表

證明數據的嚴謹性、可靠性，以概率統計算法進行數據運算，若隨機變量X服從一個數學期望為μ、方差為σ^2的正態分布，記為N(μ，σ^2)。其概率密度函數為正態分布的期望值μ決定了其位置，其標準差σ決定了分布的幅度。將正態分布算法思想解析、編譯機器語言，分步驟計算得出結果，再依次比較分析如下計算顯示得出表3。

請按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序輸入

2.00 15.00 3.00 0.15 0.02

Fmax=1.00

Fave=1.00

內梅羅指數F[1]=1.00

請按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序輸入

4.00 15.00 3.00 0.5 0.1

Fmax=5.00

Fave=2.47

內梅羅指數F[2]=3.94

請按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序輸入

6.00 20.00 4.00 1.00 0.20

Fmax=10.00

Fave=4.47

內梅羅指數F[3]=7.74

請按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序輸入

10.00 30.00 6.00 1.50 0.30

Fmax=15.00

Fave=6.80

內梅羅指數F[4]=11.65

……

依次計算出至Ⅴ的Ⅰ類～Ⅴ類數值。

表3 Coi參比標準分析表

根據正態分布規律隨機性顯然變量X是Ⅲ類概率最大，故選Ⅲ類為基線。

成果演示，經過上述各個問題的論證通過機器語言編譯、統計、解析，對內梅羅指數F值定義水質類型、分析基線判斷是否符合本月達標情況值。完善內梅羅指數在實際污染因子應用中的缺陷、對問題因子修正，數字化處理公式（3）（4）、圖表2，綜合運算解析得圖3。

由此依次算出各個斷面的達標情況。

4 結論

文章基于水質評價方法的數學依據，轉為機器語言，對內梅羅指數法的公式進行機器語言編譯。通過操作簡單、綜合、直觀地論述水環境質量現狀，重點討論對數值結果定義水質類別。內梅羅指數公式，計算所得數值無法全面判斷水質的具體情況，對數值完善通過數組對比與概率統計佐證得出具體水質狀況。信息處理數字化客觀公正評價水質，對數據溯源性、水質資料保存、水資源的有效利用起到積的作用。

圖3 成果展示圖

[1]譚浩強.C程序設計，京:清華大學出版社，2012.

[2]陳武.湖北長江大學電子信息學院，淺談C語言的學習技巧，2007.5.

[3]何增輝.修正內梅羅污染指數法在水源地環境質量評價中的應用，廣東化工2011.07.

[4]丁雪卿.改進的內梅羅污染指數法在集中式飲用水源地環境質量評價中的應用，2010.4.

[5]閆欣.榮正的內梅羅指數法及其在城市地下飲用水源地水質評價中的應用，地下水，2010.01.

（責任編輯：趙 鑫）

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