改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在集中式飲用水源地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

丁雪卿

(內(nèi)江市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站,四川內(nèi)江 641000)

飲水安全直接影響人體健康,集中式飲用水源是城市人口飲用水的主要來(lái)源。2005年,我國(guó)縣級(jí)以上集中式飲用水源供水服務(wù)人口已經(jīng)達(dá)到 6.5億。因此,分析和掌握城市集中式飲用水源水質(zhì)現(xiàn)狀及其變化,對(duì)于保護(hù)水源、保障城市居民的身體健康、為政府部門制定和修改水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)對(duì)飲用水源的管理具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。采用合理、簡(jiǎn)便的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法對(duì)集中式飲用水源地的基礎(chǔ)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),則可以摸清集中式飲用水源水環(huán)境質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)及其變化規(guī)律,為集中式飲用水源水環(huán)境系統(tǒng)的污染控制、規(guī)劃和集中式飲用水源環(huán)境系統(tǒng)工程方案的制定提供依據(jù)。

目前用于水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法很多,主要有單因子評(píng)價(jià)法、污染指數(shù)法、灰色聚類分析法、系統(tǒng)聚類分析法、模糊綜合評(píng)判法、綜合評(píng)價(jià)法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等幾種。其中,污染指數(shù)法能夠?qū)φw水質(zhì)做出定量描述,只要項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠,其綜合評(píng)價(jià)在總體上能反映水體污染的性質(zhì)和程度。

因?yàn)槲廴局笖?shù)法中常用的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法具有數(shù)學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)捷,運(yùn)算方便;物理概念清晰等特點(diǎn),本文擬采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)集中式飲用水源水環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并且考慮到內(nèi)梅羅污染指數(shù)法過(guò)于突出最大污染因子對(duì)水質(zhì)污染的影響和未考慮權(quán)重因素的缺點(diǎn)[2],故采用了內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的改進(jìn)法。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2005年至 2008年,內(nèi)江市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站以及內(nèi)江市下設(shè)環(huán)境監(jiān)測(cè)縣級(jí)站對(duì)內(nèi)江市 5處集中式飲用水源進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)。其中,河流型水源地 3處,湖庫(kù)型水源地 2處。

1.2 評(píng)價(jià)方法

1.2.1 傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅 (Nemerow)綜合污染指數(shù)計(jì)算公式

式中：i=1,2,…,n;j=1,2,…,m

ci為第 i種污染因子的實(shí)測(cè)濃度值;Cimax為 n種污染因子中的濃度最大值;Ciave為 n種污染因子的平均濃度;lij為第 i種污染因子的第 j類標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值;PIj為第 j類標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)。

傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法將水體用途分為三類： (1)人接觸用的; (2)人間接接觸用的; (3)人不接觸用的。然后將待測(cè)水體各項(xiàng)污染因子實(shí)測(cè)值與各不同用途水體標(biāo)準(zhǔn)值的統(tǒng)計(jì)之后得出的對(duì)應(yīng)于各用途水體的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),并且對(duì)這些指數(shù)再進(jìn)行加權(quán)平均得到的總指數(shù)[3]。

1.2.2 改進(jìn)后的內(nèi)梅羅 (Nemerow)綜合污染指數(shù)計(jì)算公式[4]

為克服傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)過(guò)于突出最大污染因子對(duì)水質(zhì)污染的影響和未考慮權(quán)重因素的缺點(diǎn),引入 C′imax代替 Cimax算式：

式中：Cω為 i種污染因子中權(quán)重最大的污染因子的 ci/lij比值。

所以,經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算公式為：

1.2.3 污染因子權(quán)重值ωi的確定

一般來(lái)說(shuō),各種污染因子對(duì)環(huán)境和生物體的危害程度的貢獻(xiàn)量是不一樣的,但某種污染因子的危害性與該污染因子的排放濃度大小卻基本上呈反比例的內(nèi)在關(guān)系。因此,將各污染因子的標(biāo)準(zhǔn)值 li按照從小到大的順序進(jìn)行排列,并將其最大值 lmax與 li的比值作為 i種污染因子在該評(píng)價(jià)體系中的相關(guān)性比值,則：

式中：ωi即為第 i種污染因子的權(quán)重值。

2 集中式飲用水源環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的建立

2.1 評(píng)價(jià)參數(shù)的選擇

評(píng)價(jià)時(shí)選用的參數(shù)越多,越能反映環(huán)境的綜合質(zhì)量,但工作量和經(jīng)費(fèi)也隨之增加。因此,選擇參數(shù)多少,除了視評(píng)價(jià)目的和監(jiān)測(cè)條件外,要考慮評(píng)價(jià)對(duì)象的污染性質(zhì)、污染類型和環(huán)境條件等因素,此外,還要考慮選擇參數(shù)的針對(duì)性和監(jiān)測(cè)資料的代表性[5]。

因此,結(jié)合本地區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)和環(huán)境監(jiān)測(cè)工作情況選取溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、CODCr、BOD5、氨氮、總磷、揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、鉻 (六價(jià))、鉛、鎘、鋅、銅、砷、硒、汞、硫化物、石油類、陰離子表面活性劑等 20項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 權(quán)重值的計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)定,參與評(píng)價(jià)的 5處飲用水源地按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3838-2002)功能區(qū)劃為Ⅲ類,執(zhí)行Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。所以,以Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)劃分污染等級(jí),計(jì)算各污染因子的權(quán)重。計(jì)算結(jié)果見表 1。

由表 1可知,汞的權(quán)重值最大,占到整個(gè)評(píng)價(jià)體系權(quán)重的 90%以上,即汞指標(biāo)在該評(píng)價(jià)體系中的污染貢獻(xiàn)是最大的。

2.3 污染等級(jí)的劃分

以Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)劃分污染等級(jí),按改進(jìn)后的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算各水質(zhì)類別的 PIj′數(shù)值。

所以,當(dāng)某監(jiān)測(cè) PIj′點(diǎn)值小于 0.739時(shí),說(shuō)明水質(zhì)未受到污染,狀況較好;當(dāng) PIj′值處于 0.739≦ PIj′＜1時(shí),水質(zhì)狀況在Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),但水質(zhì)可能受到輕微污染;當(dāng) PIj′值大于 1時(shí),說(shuō)明水質(zhì)已經(jīng)受到污染 (見表2)。

表2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)與水質(zhì)類別對(duì)應(yīng)Tab.2 Nemerow indexes and corresponding grades ofwater quality

2.4 應(yīng)用

根據(jù) 2005年至 2008年內(nèi)江市 5處集中式飲用水源水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算各污染因子的年平均值的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù),再對(duì)照相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),得出評(píng)價(jià)區(qū)域的綜合環(huán)境質(zhì)量狀況。其中,污染因子含量未檢出時(shí),按相應(yīng)檢出限進(jìn)行算值。結(jié)果見表3。

表3 內(nèi)江市集中式飲用水源評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Assess ment conclusion of the public drinkingwater sources in Neijiang

從表 3中數(shù)據(jù)顯示,花園灘飲用水源地 2005年的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)最高,說(shuō)明該水源地2005年水質(zhì)受到一定程度污染。其余水源地的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)處于0.739≦PIj′＜1,說(shuō)明水質(zhì)綜合狀況均在Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

圖 各飲用水源地 PI指數(shù)變化趨勢(shì)圖Fig. Changing trends of the PI index

從上圖可以看出,除花園灘飲用水源地外,近年來(lái)內(nèi)江市飲用水源地水質(zhì)總體變化趨勢(shì)不大。其中,資中水廠和蒙溪口水電站水質(zhì)狀況呈良性發(fā)展,團(tuán)魚凼水庫(kù)水質(zhì)略有反復(fù),長(zhǎng)沙壩 -葫蘆口水庫(kù)水質(zhì)基本維持不變。

3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法與單因子評(píng)價(jià)法的對(duì)比

按《四川省飲用水水源地基礎(chǔ)環(huán)境調(diào)查及評(píng)估技術(shù)大綱》所采用的單因子評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià),并與內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果作比較。結(jié)果見表4。

表4 單因子評(píng)價(jià)法與內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)照Tab.4 Comparison of assessment between the Nemerow indexmethod and single-factor indexmethod

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,資中水廠和蒙溪口水電站2006至 2008年 3年的評(píng)價(jià)結(jié)果以及長(zhǎng)沙壩 -葫蘆口水庫(kù) 2005至 2008年 3年的評(píng)價(jià)結(jié)果兩種評(píng)價(jià)方法的結(jié)論是一致的。

資中水廠 2005年、花園灘 2005至 2008年以及團(tuán)魚凼水庫(kù) 2005年和 2007至 2008年的評(píng)價(jià)結(jié)果兩種方法評(píng)價(jià)結(jié)論不吻合,且單因子評(píng)價(jià)法結(jié)論更嚴(yán)格。其中,主要影響因素有總磷、CODCr、高錳酸鹽指數(shù)和石油類,超標(biāo)倍數(shù)在 1.03～2.80倍之間,但這四種污染因子在該評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重分別為 4.71×10-4(湖、庫(kù)：1.88×10-3)、1.57×10-5、1.57×10-5、1.89×10-3(湖、庫(kù)：1.88×10-3)。所以,單因子評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)論顯得過(guò)于嚴(yán)格。

4 結(jié) 論

采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)的改進(jìn)法評(píng)價(jià)對(duì)內(nèi)江市 5處集中式飲用水源地進(jìn)行評(píng)價(jià)。克服了單因子評(píng)價(jià)法對(duì)綜合水質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)論過(guò)于保護(hù),不能充分反映飲用水源質(zhì)量整體狀況的缺點(diǎn);能夠更好地反映多項(xiàng)污染物對(duì)水質(zhì)綜合污染的影響程度,判斷綜合水質(zhì)相對(duì)于水環(huán)境功能區(qū)的達(dá)標(biāo)程度[6],同時(shí)也有利于對(duì)同一水體在時(shí)間、空間上的基本污染狀況和變化進(jìn)行比較[7,8]。

2006年至 2008年,內(nèi)江市集中式飲用水源地水質(zhì)整體狀況達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)要求,且變化趨勢(shì)不大。其中,資中水廠和蒙溪口水電站水質(zhì)狀況呈良性發(fā)展趨勢(shì),團(tuán)魚凼水庫(kù)水質(zhì)略有反復(fù),長(zhǎng)沙壩 -葫蘆口水庫(kù)水質(zhì)基本維持不變。所以,相關(guān)環(huán)境部門應(yīng)繼續(xù)堅(jiān)強(qiáng)監(jiān)管力度,使全市的集中式飲用水源地水質(zhì)向更好的趨勢(shì)發(fā)展。

[1] 邢小茹,曹 勤,劉 京,等.中國(guó)部分環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市集中式飲用水源水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2008,28(11)：961-967.

[2] 王 博,韓 合.內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用和缺陷[J].中國(guó)城鄉(xiāng)企業(yè)衛(wèi)生,2005,12(6)：16-17.

[3] 關(guān)伯仁.評(píng)內(nèi)梅羅的污染指數(shù)[J].環(huán)境科學(xué),1979,(4)：67-71.

[4] 馬成有,曹劍鋒,姜紀(jì)沂,平建華 .改進(jìn)的尼梅羅污染指數(shù)法及其應(yīng)用——以磐石市地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為例[J].水資源保護(hù),2006,22(4)：53-55.

[5] 丁 菁.內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在排污口鄰近海域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].福建水產(chǎn),2006,3(1)：1-4.

[6] 于福榮,盧文喜,卞玉梅,等.改進(jìn)的尼梅羅污染指數(shù)法在黃龍工業(yè)園水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].世界地質(zhì),2008,27(1)：59-62.

[7] 尹海龍,徐祖信 .河流綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)方法比較研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2008,17(5)：729-733.

[8] 程繼雄,程勝高,張 煒 .地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)常用方法的對(duì)比分析[J].安全與環(huán)境工程,2008,15(2)：23-25.