改进内梅罗指数法在聊城市地下水水质评价中的应用

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改进内梅罗指数法在聊城市地下水水质评价中的应用

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地下水水质现状评价是地下水资源评价和保护的重要内容，目前常用的地下水水质评价方法有内梅罗指数法、主成分分析法、层次分析法和灰色聚类分析法等。由于主成分分析法进行评价时因子负荷符号交替使得函数意义不明确，需要大量的统计数据，不能反映客观情况。层次分析法和灰色聚类分析法在很大程度上受制于人的主观因素的影响，存在评判结果与实际不符的情况。目前应用较广泛的方法是内梅罗指数法，该方法具备数学过程简捷、运算方便、物理概念清晰等优点，但是也存在着评判结果不够客观的问题。为了增强内梅罗指数法的客观性，本文对内梅罗指数法做了深入剖析，提出了改进方法，并通过实例计算对其改进效果进行验证，结果表明改进后的评价方法能够减少极值对评价结果的影响，更能客观反映水质总体情况。

一、内梅罗指数法方法概述

1.单组分评价

按照《地下水质量标准》中的要求进行各单项组分评价，划分组分所属水质类别，对各类别按表1分别确定单项组分评价分值Fi。

表1 地下水质量评分表

2.综合评价

（1）选用内梅罗指数计算综合评分值：

式中：F—各单项组分评分值F的平均值；

Fmax—单项组分值Fi的最大值；

n—项数。

（2）根据F值按表2规定划分地下水质量类别，同时将细菌学指标评价类别注在级别之后。

表2 地下水质量等级表

二、内梅罗指数法的改进

1.内梅罗指数法存在的主要问题

（1）过于突出最大污染因子

由于公式中考虑了最大污染因素，在参评计算中一旦某一项指标值偏高，即使其他指标偏低，也会使得综合评分值偏高。

（2）未考虑权重因素，各污染因子同等对待

此法未考虑不同污染因子对环境的毒性、降解难易及去除性的难易程度等因素。同一个等级的不同污染因子的取值应区别对待，即增加权重因素。

2.内梅罗指数法的改进

针对内梅罗指数存在的问题，增加权重因素，用参评项目中权重值最大的污染因子评分值与Fmax的均值F'max代替Fmax。这样既解决了单一突出最大污染因子作用，又解决了将各项污染因子等同对待的问题。

（1）污染因子权重值Wi的计算

不同污染因子对环境及人类的危害程度存在较大差别，一般来说，某种污染因子的危害性与该污染因子的排放标准基本上呈反比例的关系。以此为前提，求算Wi。将各污染因子的排放标准Si由小到大的顺序排列，将其最大值Smax同Si值比较，并令Ri表示第i种污染因子的相关性比值，则：

（2）公式的改进

考虑了污染因子的权重值后，公式改进如下：

式中：Fw—污染因子权重值最大的单项组分值。

其他变量意义同前。

三、改进内梅罗指数法在地下水水质评价中的应用

以聊城市地下水水质监测资料为例，应用改进前后的内梅罗指数法分别进行评价，并对评价结果进行了对比分析。

1.研究区域概况

聊城市位于山东省西部冀鲁豫交界处，地处东经115°16′～116°30′、北纬35°47′～37°03′。聊城市地下水类型主要为浅层潜水、承压水和岩溶水。主要含水层为砂壤土和粉细砂层，地下水流向与地表倾斜方向基本一致。浅层地下水以大气降水及上游来水为补给源，以潜水蒸发、人工开采及径向出流为主要排泄方式。

2.评价指标及监测数据

选用山东省水环境监测中心聊城分中心2015年对全市16个代表性观测井的监测资料对改进方法进行检验。地下水水质评价指标为pH、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、挥发酚、氰化物、砷、汞、铬、总硬度、铅、氟化物、镉、铁、锰、溶解性总固体、耗氧量、硫酸盐、氯化物共19项。水质监测结果取全年平均值见表3。

表3 地下水监测成果表

3.地下水污染因子权重值

按照公式（3）和（4）计算参评项目的权重值：

表4 地下水污染因子权重值Wi

4.评价结果比较及分析（见表5）

表5 地下水质量评价结果表

由表3可知所测地下水pH、氨氮、挥发酚、氰化物、砷、汞、六价铬、铅、镉均符合《地下水质量标准》中Ⅰ类标准，高锰酸盐指数仅有茌平自来水一个监测站点达到Ⅱ类标准，其余均符合Ⅰ类标准，氯化物、硫酸盐、铁、锰等不同程度的出现了Ⅲ和Ⅳ类水。由表5可知改进法的水质评价结果普遍优于改进前的评价结果，其中茌平一中、高唐医院、临清二院、冠县自来水、莘县医院、莘县自来水、东昌学院、聊城大学取水点的水质评价结果均由较差变为良好或者较好，分析其原因主要是总硬度、铁、锰、氟化物等原生的还原环境特征指标引起的水质问题，不处理或稍微简单处理其指标值即能达到保证人体健康要求的基准限值。在采用未改进内梅罗指数法进行水质指标评价计算时，未考虑各水质指标的权重值，认为由原生的还原环境特征指标引发的水质问题与其他较严重的水质问题同等重要，因此降低了水质评价的结果或掩盖了其他较严重水质问题的严重性；而改进后的内梅罗指数法通过权重值弱化了此类原生的还原环境特征指标的重要性，突出其他较严重水质问题的重要性，使评价结果更加准确、科学。

四、结论

内梅罗指数法因其方法的优越性在目前地下水质量评价中应用广泛，但由于未区分毒理性不强的水化学指标与其他毒理性较强的水化学指标，使水质评价结果往往较差，给用水者带来一定的心理负担。本文通过引入权重值的概念，考虑毒性重金属的积累效应对生物链的影响,提出了改进的内梅罗指数法，并将改进后的方法应用于聊城市地下水评价中，结果表明该方法能够在一定程度上消除极大值影响，并提高毒理指标在水质评价计算中的重要性，能够更加客观地反映地下水的实际质量状况，具有十分重要的意义■

（作者单位：1.山东省聊城市水文局252000 2.聊城市农业委员会 252000）