利用內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)的探討

關(guān)云鵬

（臨猗縣水務(wù)局 山西臨猗044100）

隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展，水質(zhì)問(wèn)題逐漸成為人類(lèi)社會(huì)面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，引起世界各國(guó)的普遍關(guān)注。地下水水質(zhì)的評(píng)價(jià)是地下水資源評(píng)價(jià)的重要組成部分，分析研究地下水水質(zhì)的時(shí)空分布狀況和水質(zhì)類(lèi)別，可為地下水資源的開(kāi)發(fā)、利用、規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。內(nèi)梅羅指數(shù)法是國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年12月30日批準(zhǔn)，1994年10月1日實(shí)施的GB/T14848—1993《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中推薦的方法。

本文采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法[1]對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量規(guī)定的監(jiān)測(cè)指標(biāo)的測(cè)定數(shù)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算過(guò)程中考慮了各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異性和相對(duì)重要性，可彌補(bǔ)原始的內(nèi)梅羅指數(shù)法的相對(duì)不足。

1 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)模型

1.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法原理

內(nèi)梅羅指數(shù)法是一種兼顧極值或者稱為突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法。

計(jì)算公式為：

式中：i—本次評(píng)價(jià)選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)目，i=1,2,…,n;

j—本次評(píng)價(jià)選用的標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類(lèi)別數(shù)，j=1,2,…，m

Ci—第i種污染因子的實(shí)測(cè)濃度；

Yij—第i種污染因子在j種標(biāo)準(zhǔn)下的標(biāo)準(zhǔn)值；

Pj—按第j種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)值

F jmax—在第j種標(biāo)準(zhǔn)下，Ci/Yij的最大值

1.2 改進(jìn)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

計(jì)算公式修改為：

式中:Pj′—第j種用途的改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)

Fw—權(quán)重值Wi最大的污染因子的Ci與Yij比值

其他符號(hào)意義同上

1.2.1 污染因子權(quán)重值Wi的計(jì)算

各種污染物對(duì)環(huán)境及人體的危害程度有很大差別，一般的，某種污染因子的危害性與該污染因子的排放標(biāo)準(zhǔn)基本上呈反比例的內(nèi)在關(guān)系，排放標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家規(guī)定的水質(zhì)類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)基本成正比例關(guān)系[2]。所以對(duì)參評(píng)因子的Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行大小排列，則數(shù)值最大的那項(xiàng)指標(biāo)含量超標(biāo)對(duì)地下水水質(zhì)的影響能力相對(duì)最小，數(shù)值最小的那項(xiàng)指標(biāo)的含量超標(biāo)對(duì)地下水的水質(zhì)影響能力相對(duì)最大。

首先將各種參評(píng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的排放標(biāo)準(zhǔn)Si由小到大的順序排列 S1，S2，…,Sn，并將其最大值 Smax與Si比較，并令 Ri表示第i種評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性比值，則：

式中：Wi為第i種評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值

即改進(jìn)的方法將數(shù)值最大的Wi所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值（Fw）納入內(nèi)梅羅指數(shù)值的計(jì)算。

1.2.2 污染等級(jí)的劃分

從地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中選擇與待評(píng)價(jià)水體相同的污染因子，采用與計(jì)算內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)相同的計(jì)算方法，計(jì)算地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中各類(lèi)水相應(yīng)的內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)，根據(jù)這些綜合指數(shù)以及各類(lèi)水的污染類(lèi)型，確定污染等級(jí)。

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的選定

水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T14848-93。依據(jù)中國(guó)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)的目標(biāo)并參照了生活引用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最低要求，將地下水質(zhì)量劃分為5類(lèi)。I類(lèi)主要反映地下水化學(xué)組分的天然低背景含量；適用于各種用途。Ⅱ類(lèi)主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量；適用于各種用途。Ⅲ類(lèi)以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)；主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水。Ⅳ類(lèi)以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)；除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后可作生活飲用水。V類(lèi)不宜飲用。其他用水可根據(jù)使用目的選用。

根據(jù)地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下水質(zhì)量的劃分，I類(lèi)水、Ⅱ類(lèi)水均是反應(yīng)地下水化學(xué)組分的天然含量值，質(zhì)量較高。Ⅲ類(lèi)水是從人體健康的角度出發(fā)，是生活水源的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)水質(zhì)為Ⅲ類(lèi)水及以上（I類(lèi)水，Ⅱ類(lèi)水）才能被飲用。生產(chǎn)用水的標(biāo)準(zhǔn)多樣，依其用途而異，日常生活中所說(shuō)的水質(zhì)的好壞均是以水是否適宜于人類(lèi)飲用為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量的，所以本次評(píng)價(jià)選用Ⅲ類(lèi)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

此次地下水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是以Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的，所以Pj和Pj′中的j取值均為3。

2 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法的實(shí)例分析

2.1 實(shí)例介紹及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選定

本文以山西省某市地下水為例，地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)間2009年6月，本次評(píng)價(jià)的樣品點(diǎn)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)參評(píng)項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果如表1所示?？紤]該市地下水水質(zhì)特點(diǎn)和地下水對(duì)人體、社會(huì)、生態(tài)、環(huán)境等的影響，合理地評(píng)價(jià)本區(qū)地下水的水質(zhì)優(yōu)劣和污染程度，結(jié)合本地區(qū)地下水水質(zhì)狀況，有針對(duì)性地選用礦化度、總硬度、氯化物、硫酸鹽、總砷、揮發(fā)酚、總汞、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、六價(jià)鉻、氟化物、鐵、錳共14項(xiàng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 地下水參評(píng)項(xiàng)目的檢測(cè)數(shù)值(單位：mg/L)

表2 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)因子權(quán)重值Wi

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值的計(jì)算

表2為本次水質(zhì)評(píng)價(jià)所選擇的評(píng)價(jià)因子以Ⅲ類(lèi)水為標(biāo)準(zhǔn)，其自身所占權(quán)重值的情況。顯然，總汞的含量對(duì)地下水質(zhì)量影響最大,為0.621。

2.3 水質(zhì)劃分臨界值的確定

從GB/T14848—93《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中選擇與本次待評(píng)價(jià)水體相同的評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)，并給出各評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)的類(lèi)別范圍，具體如表3所示。

表3 地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)的極限值(單位：mg/L)

計(jì)算地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中各類(lèi)水相應(yīng)的改進(jìn)內(nèi)梅羅污染綜合指數(shù)值。根據(jù)這些綜合指數(shù)值以及各類(lèi)水的污染類(lèi)型，確定水質(zhì)類(lèi)別。

現(xiàn)僅給出Ⅰ類(lèi)水的綜合評(píng)價(jià)值的計(jì)算過(guò)程，取Ⅲ類(lèi)水為標(biāo)準(zhǔn)。

表4 參評(píng)指標(biāo)項(xiàng)的Ⅰ類(lèi)水臨界數(shù)值比上Ⅲ類(lèi)水的臨界數(shù)值(單位：mg/L)

所以Pj'=0.42

Ⅰ類(lèi)水相對(duì)Ⅲ類(lèi)水其水質(zhì)肯定是優(yōu)良的，所以只要檢測(cè)點(diǎn)處水樣的P′j算出來(lái)的數(shù)值小于0.42，可以將其水質(zhì)定為優(yōu)良。

其他幾個(gè)水質(zhì)類(lèi)別劃分的臨界數(shù)值的計(jì)算同理，只是將Ⅰ分別換為Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，計(jì)算結(jié)果分別為0.63，1，4.41。

則可得出水質(zhì)劃分的標(biāo)準(zhǔn)表格，表5。

表5 改進(jìn)的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)值Pj′與水質(zhì)的劃分關(guān)系

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

按照評(píng)價(jià)方法選擇的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品點(diǎn)地下水各檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行級(jí)別判定，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算后，結(jié)果如表6所示。

表6 樣品點(diǎn)地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表

由表6可得，所有樣品點(diǎn)處的水樣水質(zhì)從優(yōu)到劣的排序?yàn)閔3，h1，h7，h2，h5，h4，h6，h8。

從水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表1可以看出h3僅砷和氨氮的含量濃度較高，參評(píng)指標(biāo)類(lèi)別比例為：Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水占0，Ⅲ類(lèi)水占14.3%，Ⅱ類(lèi)水占28.6%，Ⅰ類(lèi)水占57.1%，且含量均較低，所以水質(zhì)良好，為Ⅱ類(lèi)水。

水質(zhì)最差的h8處，參評(píng)指標(biāo)類(lèi)別比例中Ⅴ類(lèi)水占42.9%，Ⅳ類(lèi)水占21.4%，Ⅲ類(lèi)水占21.4%，Ⅱ類(lèi)水占7.1%，Ⅰ類(lèi)水占7.1%，此處檢測(cè)指標(biāo)測(cè)得的含量值超標(biāo)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以水質(zhì)極差，為Ⅴ類(lèi)水。

2.5 與原內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果的比較

樣品點(diǎn)的水質(zhì)在采用了改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)后，還進(jìn)行了與常用的內(nèi)梅羅指數(shù)法的評(píng)價(jià)，兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

表7 兩種方法對(duì)樣品點(diǎn)地下水質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

兩種方法評(píng)定的8個(gè)水樣中水質(zhì)類(lèi)型一致的點(diǎn)占50%，不一致的點(diǎn)占50%?？傮w上改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)定樣品點(diǎn)的水質(zhì)比原始的內(nèi)梅羅指數(shù)法偏好。

水樣h1和h2，超標(biāo)的主要是礦化度、總硬度和硫酸鹽，結(jié)合北方地區(qū)地下水的離子含量規(guī)律，礦化度和總硬度均較大，硫酸鹽略微超標(biāo)，所以評(píng)定為良好較合理；

h3處也是礦化度和總硬度稍稍超標(biāo)，其他指標(biāo)含量均在Ⅰ類(lèi)水范圍內(nèi)，總體評(píng)定為Ⅰ類(lèi)水更加合理；h4、h5處水樣，礦化度，總硬度超標(biāo)，這是北方水質(zhì)的通性，其他項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)總體都在Ⅱ類(lèi)水和Ⅲ類(lèi)水范圍內(nèi)，總體上評(píng)定為良好比較差合理；h6處和h4，h5情況類(lèi)似，評(píng)定為較好比極差客觀；

h7處評(píng)定結(jié)果一致，超標(biāo)項(xiàng)目不多，水質(zhì)良好比較客觀；

第h8個(gè)水樣，兩種方法均認(rèn)為此處水質(zhì)為極差。從檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，超標(biāo)的有礦化度、硝酸鹽氮和氟化物，六價(jià)鉻的含量級(jí)別達(dá)到了Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，亞硝酸鹽氮超標(biāo)極其嚴(yán)重，結(jié)合地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所劃分的水質(zhì)類(lèi)型的定義，評(píng)定為水質(zhì)極差比較客觀，合理性較強(qiáng)。

3 結(jié)論

（1）93版地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)里介紹的評(píng)價(jià)地下水質(zhì)量的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法的標(biāo)準(zhǔn)是固定的，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不考慮參評(píng)指標(biāo)項(xiàng)目、數(shù)目等的差異，文章給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算考慮這些變化因子的影響，較為客觀。

（2）受單項(xiàng)組分含量最大值的影響較大，但最大值未必對(duì)人類(lèi)健康及水的利用價(jià)值影響最大，改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法削弱了最大值的影響能力。

（3）改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)地下水質(zhì)量的評(píng)價(jià)考慮了評(píng)價(jià)因子的權(quán)重因素，將權(quán)重值最大的評(píng)價(jià)指標(biāo)納入評(píng)價(jià)過(guò)程，其結(jié)果相對(duì)更為客觀。

（4）本文采用的方法對(duì)樣品點(diǎn)處地下水的水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明該方法有較好的合理性，能客觀地反應(yīng)地下水質(zhì)量狀況。

[1]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)

[2]楊賢智,李景錕,廖延梅,環(huán)境管理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1990.185.