探讨数字化定义内梅罗指数法水质评价结果

2016-11-30陈宁锦孟春芳新乡水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2016年10期

□陈宁锦 □孟春芳 □孙珂(新乡水文水资源勘测局)

探讨数字化定义内梅罗指数法水质评价结果

□陈宁锦 □孟春芳 □孙珂(新乡水文水资源勘测局)

随着社会的进步,水污染现象日趋严重，水质分析与数字信息技术逐步完善，在数字环境下运行与完善内梅罗指数法，符合时代发展的需要，符合水质评价发展的需要。文章是在C语言环境中定义内梅罗指数法对水质评价结果的类别划分，主要运用数组机器语言规则做为主要指导思想解析算法。以新乡市、焦作市2014年重点水功能区检测断面评价结果数字化处理为例。通过对结果的评价定义完善水质评价方法，促进水资源的利用。

内梅罗指数；C语言；水质评价结果；重点水功能区断面。

1 数据环境

内梅罗指数作为水质评价的重要方法，运用十分广泛，但其也具有一定缺陷。

1.1 C语言

C语言是国际上广泛流行的计算机高级语言，既可以用来编写系统软件，也可以用来编写应用软件[1]。它是把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来的工作单元。

它将文件当作一个“流”，按字节处理[2]。它的主要特点有：简洁灵活；运算范围广泛；能实现各种复杂的数据类型的运算；C语言程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立；C语言程序设计自由度大；C语言可以用来写系统软件；C语言程序执行效率高；C语言适合于多种操作系统,如DOS、UNIX,也适用于多种机型。

1.2 C语言的运行环境

VisualC++是MicrosoftVisualStudio的一部分，因此需要找到正版VisualStudio的软件，执行其中的setup.exe,并按照屏幕上的提示进行安装即可，在ghost环境下进行相关程序编译及调试。

2 分析方法与评价标准

2.1 分析方法

内梅罗指数法是基于算术平均法的一种水质评价其具备许多优点，尤其是数学过程简洁、运算方便目前应用比较广泛的一种评价法方。但其也有一定的缺陷[3]，文章对其结果进行完善。内梅罗（Nemerow）污染指数公式：

2.2 评价标准

依据《水环境检测规范》（SL219-2013）、《水质分析方法标准汇编》（2004）、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），进行采样、分析、评价。以计算2014年新乡市、焦作市重点水功能区断面水域污染等级为例，取CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，5个指标进行水质综合评价，监测断面一月份监测数据见表1。

3 数据运行与结果处理

3.1 数据运行环境展示

打开VC++6.0软件选择C语言界面。内梅罗指数公式编译为机器指令，及相应辅助指令。

#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，解析为C语言，使其符合机器语言规则。在此把一类水至五类水标准以数组形式存储于程序中，再对污染因子进行计算、对比时调用。I、j、n为变量，[6][5]数组对《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的解析，[6]代表0类水至劣Ⅴ类水，[5]代表每类水各个监测因子的值，以此为基础进行计算。命令依此进行，直至运行结束得出结果，并输出显示于屏幕上。注：全文源代码只展示一部分。

表1 监测断面数据表

以断面谷旦闸为例通过数字化运算。根据输入框的提示，输入相应数值。

经过上述源代码的运行调试，在第一行屏幕显示输入预期达到的水质目标，由于每个断面的水质达标类不一样，根据实际情况填写水质达标类。在运行时调用出该类各项水质值。再根据提示按顺序输入监测因子，通过程序运行再输入完监测因子之后可快速得出结果F，手工计算所不能及。如图1。

图1 F值运算图

F显示为一个数值，无法反应水体的水质类别和污染等级，以下是对此问题的解决方案。

3.2 评价结果定义与处理

根据国标Ⅰ类至劣Ⅴ类水质标准将河流划分为6个水质等级设Y={Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类}，依次为K={清洁、较清洁、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染}，即K为水质评语结论；根据国标选5个指标CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，即Q={CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P}。R为评价因素(F)在评语（K）上的条件，即R为公式（3）、（4），在此用机器语言进行运算，评价因子通过R计算出L（在程序中L的值为F的值），对应于评语Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类。依据内梅罗污染指数思想与构思，推导出公式（3）、(4)对实测结果进行定义[4]。

式中：Coi为地表水检测断面Ⅲ类；n为评价指标的数目5。依次代入Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类标准，运行机器指令，如图2。在显示区域依次输入国标达标值，计算出内梅罗指数F值，进行判断定义污染等级、达标类型得出水质定义分级表[5]。并存储水质定义分类表，在进行实际污染因子计算考核时调用、对比、参照得出相应详细结果。

#include”stdio.h”

#include”math.h”

Voidmain{

{

Inti,n,j;

….

Floata[10],b[10];

……

图2 水质分级图

Coi为公式（3）、（4）的基线标准，必须具有全面性与概括性，运用机器语言依次将Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、劣Ⅴ类作为基线算出表2。

表2 水质定义分级表

证明数据的严谨性、可靠性，以概率统计算法进行数据运算，若随机变量X服从一个数学期望为μ、方差为σ^2的正态分布，记为N(μ，σ^2)。其概率密度函数为正态分布的期望值μ决定了其位置，其标准差σ决定了分布的幅度。将正态分布算法思想解析、编译机器语言，分步骤计算得出结果，再依次比较分析如下计算显示得出表3。

请按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序输入

2.00 15.00 3.00 0.15 0.02

Fmax=1.00

Fave=1.00

内梅罗指数F[1]=1.00

请按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序输入

4.00 15.00 3.00 0.5 0.1

Fmax=5.00

Fave=2.47

内梅罗指数F[2]=3.94

请按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序输入

6.00 20.00 4.00 1.00 0.20

Fmax=10.00

Fave=4.47

内梅罗指数F[3]=7.74

请按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序输入

10.00 30.00 6.00 1.50 0.30

Fmax=15.00

Fave=6.80

内梅罗指数F[4]=11.65

……

依次计算出至Ⅴ的Ⅰ类～Ⅴ类数值。

表3 Coi参比标准分析表

根据正态分布规律随机性显然变量X是Ⅲ类概率最大，故选Ⅲ类为基线。

成果演示，经过上述各个问题的论证通过机器语言编译、统计、解析，对内梅罗指数F值定义水质类型、分析基线判断是否符合本月达标情况值。完善内梅罗指数在实际污染因子应用中的缺陷、对问题因子修正，数字化处理公式（3）（4）、图表2，综合运算解析得图3。

由此依次算出各个断面的达标情况。

4 结论

文章基于水质评价方法的数学依据，转为机器语言，对内梅罗指数法的公式进行机器语言编译。通过操作简单、综合、直观地论述水环境质量现状，重点讨论对数值结果定义水质类别。内梅罗指数公式，计算所得数值无法全面判断水质的具体情况，对数值完善通过数组对比与概率统计佐证得出具体水质状况。信息处理数字化客观公正评价水质，对数据溯源性、水质资料保存、水资源的有效利用起到积的作用。