指数评价法在安塞茶坊水源地的应用

张智印，张晨招，崔虎群

(西北大学 地质学系，陕西 西安 710069)

有资料表明［1－3］，我国城市70% ～80%的浅层地下水、30%的深层地下水已被污染，90%的城市地下水不同程度遭受氮、有机烃和微量有毒有害元素污染，地下水环境污染已呈现由点向面、由城市向农村扩展的趋势，并且污染物种类越来越多，污染危害越来越严重。尤其是在以地下水作为主要供水水源的地区，地下水一旦受到污染，其后果将不堪设想。

水质评价是对某一区域水环境进行环境要素分析，对水质优劣进行定量评价的过程。通过水质评价，可以了解和掌握水质变化趋势，准确地反映水体污染状况和程度，为水资源利用保护、规划和管理提供科学依据［4］。目前水质评价的方法有很多，常用的有指数评价法、模糊数学法、物元分析法、灰色评价法、人工神经网络评价法等。指数评价法因为其计算简便、结果直观和便于比较的特点，在水质评价中最广为采用，包括单因子指数法、F值评分法、尼梅罗污染指数法。本文以安塞茶坊水源地勘察项目提供的水质检测资料为基础，运用单因子指数评价法、尼梅罗污染指数评价法对水源地地下水进行水质评价。

1 地下水水质评价常用方法

1.1 单因子指数法

单因子指数评价法的基本思想是一票否决原则［5］，即在所有参与评价的水质指标中，若有某一单项水质指标超标，则所属水域的使用功能便丧失或者说得不到满足。我国目前发布的全国主要流域重点断面水质自动监测周报中，便采用单因子评价法评价水体使用功能。

单因子指数评价法是按照评价指标所在的限值区间确定地下水质量类别，不同地下水质量类别的指标限值相同时，从优不从劣。地下水质量类别按单指标最高类别确定，并指出超标样品最高类别的指标［6］。水质指数 I i的计算公式为:

Ii=Ci/Ci0

式中:Ii为单因子水质指数，无量纲;Ci为第 i类污染物实测浓度(mg/L);Ci0为第i类污染物的污染起始值或有关标准(mg/L);

当I≤1时，表示水体未污染;

当I≥1时，表示水体污染，具体数值直接反映污染物超标程度。

单因子评价指标及评价依据为国家标准。在我国已经颁布执行的《地下水质量标准》(GB/T14848－93)中，依据我国地下水质量状况和人体健康基准值，参照生活、工业、农业等用水水质要求，将地下水质量划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，分别对应于优良、良好、较好、较差和极差5个等级。Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量;Ⅱ类反映化学组分的天然背景含量，均适用于各种用途;Ⅲ类以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水;Ⅳ类以工、农业用水要求为依据，除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水;Ⅴ类不宜饮用。共涉及指标39项，其中20项指标被规定为水质监测项目［7－9］。目前单因子评价主要是依据标准进行。

1.2 内梅罗指数法

内梅罗指数评价法是用某水样各组分的实测值与评价标准的比值作为该组分的指数，然后通过数学方法对各组分的指数进行综合计算得到该水样的综合指数，作为最终水质评价尺度。划分标准见表1。

式中:Ci为i组分的实测值;C0为i组分的比较值。

表1 内梅罗指数法地下水质量级别划分标准

2 评价结果

2.1 评价指标及限值

根据测试结果 ，选择有分类标准且有检出的指标作为参评指标，研究区选用 8项常规指标:钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、氯离子(Cl－)、硫酸根(SO42－)、总硬度(TH)、总铁(Fe)、锰(Mn)和 3项无机毒理指标:氟化物(F－)、六价铬(Cr6+)、砷(As)共11个指标作为评价指标。选评指标的限值以《地下水质量标准》(GB/T14848－2007)(报批稿)为基础，结合国家饮用水卫生标准及国外相关水质标准而确定(表 2)。

2.2 实测浓度值

实测浓度值见表3。

2.3 单指标评价

根据单指标评价方法，对12个样品进行单指标评价，评价结果显示在12个样品中，符合Ⅲ类的水点4个，占总取点数的33.3%，符合Ⅳ类的水点7个，占总取点数的58.3%，符合Ⅴ的类水点1个，占总取点数的 8.4%(图 1)，无Ⅰ、Ⅱ类水，地下水质量超标率为:66.7%，从单指标评价结果来看研究区地下水超标情况较严重。

11个指标中超Ⅲ类水质标准的有2项:Na+、SO42－，占评价指标总数的18.2%，其中，NO3－和 As为无机毒理指标，其余为无机常规指标，Na+组分超标率较大，为50%，SO42－组分超标率为10%，因此，可以认为 Na+、SO42－等组分的超标是影响区域地下水质量的主要因素。

图1 单指标评价结果分类饼图

表2 地下水质量评价指标及其限值

2.4 尼梅罗指数法评价

根据尼梅罗指数法计算公式，对样品评价结果如下表4。

样品评价结果显示12个样品中符合Ⅱ类的水点6个，符合Ⅰ类的水点6个，研究区无地下水超标。评价分类结果见图2。

图2 尼梅罗指数评价结果分类饼图

mg/L表3 12份水样检测结果

表4 尼梅罗指数评价结果表

2.5 两种方法评价结果比较

表5 不同评价方法评价结果比较表

从水质评价结果对比情况(表5)来看，两种方法评价结果的差异较大。单因子评价结果显示研究区地下水质量差。这是因为该方法把地下水质量类别按单项组分的最高类别确定，考虑因素过于直观、单一，与多种因素共同反映的地下水质量总体特征差距较大，因此，当需要总体把握区域地下水质量状况时，不适宜采用该方法。但利用单因子评价结果能够明确解释单一组分超标程度，并进一步区分影响区域地下水水质的主要因素。根据单指标评价结果，明确Na、SO42－组分的超标是影响研究区地下水质量的主要因素，这不仅能对其它方法评价结果的合理性进行判断，而且能为地下水污染研究提供指导性的思路。内梅罗指数评价结果显示研究区地下水质量较好。这是因为内梅罗指数法计算过程突出少数高超标组分对水质的影响程度，综合指数PI对超标组分的超标数量以及超标倍数反应敏感，而对非超标或低超组分反应一般，表现为该方法评价结果中无Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水。

3 结语

(1)从评价结果看，研究区水质较好。但两种不同评价方法评价结果差异较大，因此，还需要进一步的对研究区的水质采用其他评价方法进行评价。

(2)单因子指数评价方法简单、明了，不能全面的反映水质的整体状况，但能直观反映单项指标的超标情况，清晰判断出主要污染指标。尼梅罗指数评价法根据相应的分级标准确定水质类型，在各指标水质分级明显、超标指标较多或者没有超标指标的情况下可以较合理的反映水质状况。但是它突出最大污染因素，即使参评项目中只有一项指标值偏高，而其它指标值较低也会使综合评分值偏高，某种情况下一定程度上高估水质污染程度。

(3)建议进行地下水质量评价时，要根据评价目的不同而选用不同的评价方法，选用的评价方法不同，得到的结果就会有所差异。根据单指标评价结果可以判断影响地下水质量的主要因素，根据内梅罗指数评价结果，可以把握区域水质总体特征，因此，在进行地下水质量评价时，最好是利用单指标评价结果和某种综合评价结果共同描述地下水质量特征。

［1］吕书君.我国地下水污染分析［J］.地下水.2009，31(1):1－5.

［2］赵勇胜，曹玉清.地下水的有机污染［J］.工程勘察.1995，(1):28－31.

［3］郝华.我国城市地下水污染状况与对策研究［J］.水利发展研究.2004.3:23 －25.

［4］甘霖，张强，李大斌.指数评价法在川北某村地下水水质评价中的应用［J］.职业与健康.2009，12［25］:2670.

［5］夏青，陈艳卿，刘宪兵.水质基准与水质标准［M］.北京:中国标准出版社.2004.

［6］GB/T14848－1993.地下水质量标准［S］.国家环境保护总局.北京:中国标准出版社.2003.

［7］历艳君，杨木壮.地下水水质评价方法综述［J］.地下水.2007，，29(5):19－24.

［8］中华人民共和国卫生部.生活饮用水水质卫生规范［S］.2001.

［9］姚文峰，唐莉华.过程模拟法及其在唐山平原区地下水脆弱性评价中的应用［J］.水力发现学报.2009，28(1):119－122.