內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

羅　芳　伍國(guó)榮　王　沖　張　琳

(岳麓區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖南 長(zhǎng)沙　410013)

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內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

羅芳伍國(guó)榮王沖張琳

(岳麓區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖南 長(zhǎng)沙410013)

本文采用傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子指數(shù)法對(duì)長(zhǎng)沙市某河流的10個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法由于關(guān)注了權(quán)重較大的監(jiān)測(cè)因子，比單因子指數(shù)法和傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)于評(píng)價(jià)水體水質(zhì)更科學(xué)和合理。

水質(zhì)評(píng)價(jià)；內(nèi)梅羅；單因子

水質(zhì)評(píng)價(jià)方法包括指數(shù)評(píng)價(jià)法，灰色關(guān)聯(lián)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法及主成分分析法等，其中指數(shù)評(píng)價(jià)法應(yīng)用較廣，主要分為單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法。內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是綜合污染指數(shù)法的一種。本文依據(jù)長(zhǎng)沙市內(nèi)某河流的10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，選取單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，由于考慮到內(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)，故還采用了內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的改進(jìn)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1　材料與方法

1.1樣品采集與分析

通過(guò)多次對(duì)該河流進(jìn)行實(shí)地考察、調(diào)研、并嚴(yán)格按照地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJ/T 91-2002)確定10個(gè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)。BOD5(稀釋和接種法 HJ 505-2009)、CODcr(重鉻酸鹽法 GB/T 11914-1989)、氨氮(納氏試劑比色法HJ 535-2009)、TN(堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法 HJ 636-2012)、TP(鉬酸銨分光光度法 GB/T 11893-1989)、高錳酸鹽指數(shù)(酸性法GB 11892-89)、LAS(亞甲藍(lán)分光光度法 GB/T 7494-1987)、石油類(紅外光度法 HJ 637-2012)。整批樣品分析時(shí)按照10%范圍進(jìn)行平行樣分析，并采用質(zhì)控樣作為質(zhì)量控制手段。

1.2評(píng)價(jià)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)日常監(jiān)測(cè)情況，本次監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選取BOD5、CODcr、NH3-N、TN、TP、CODMn、LAS、石油類等8項(xiàng)指標(biāo)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838- 2002)III類。

1.3評(píng)價(jià)方法

1.3.1單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是最簡(jiǎn)單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，無(wú)量綱，將每個(gè)污染因子單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出各自的達(dá)標(biāo)率或超標(biāo)率、超標(biāo)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)代表值等結(jié)果。單因子指數(shù)法對(duì)影響水環(huán)境質(zhì)量的各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)全部實(shí)行“一票否決”或“一刀切”，難以科學(xué)、客觀地反映地表水環(huán)境質(zhì)量水平或其具有的環(huán)境功能，具體計(jì)算公式如下：

m=Ci/Co

式中：m為單因子指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)因子的實(shí)測(cè)值；Co為第i項(xiàng)因子的標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3.2傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

該方法是美國(guó)敘拉古大學(xué)內(nèi)梅羅(N.L.Nemerow)教授在其所著的《河流污染科學(xué)分析》一書中提出的一種水污染指數(shù)。根據(jù)所選水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度和標(biāo)準(zhǔn)值，分別計(jì)算內(nèi)梅羅污染指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，與相應(yīng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)相對(duì)照，即可得到評(píng)價(jià)等級(jí)。評(píng)價(jià)等級(jí)計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中，Ci為第i類評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)濃度；Sij為第i類評(píng)價(jià)因子的第j類標(biāo)準(zhǔn)濃度；F最大為Fi的最大值；F平均為Fi的平均值；P傳統(tǒng)為傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)。

1.3.3改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

實(shí)際中往往有一些評(píng)價(jià)因子(如總磷)的實(shí)測(cè)濃度不大，但對(duì)水質(zhì)的影響極大。改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法考慮了各污染因子在水質(zhì)評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重，并且數(shù)學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)捷，運(yùn)算方便，物理概念清晰，能更加客觀全面地反映水環(huán)境質(zhì)量狀況。內(nèi)梅羅指數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)值，適用于多種用途、總污染指數(shù)的計(jì)算。在以前的研究中，改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法應(yīng)用已非常廣泛，被多名研究者用于不同類型水質(zhì)評(píng)價(jià)，如海域水質(zhì)、生活飲用水、城市地表徑流、水中重金屬污染評(píng)價(jià)等，具體計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)′為權(quán)重最大的污染因子對(duì)應(yīng)的F值。一般情況下，地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中污染指標(biāo)的濃度越小，說(shuō)明對(duì)水質(zhì)危害越大，兩者呈反比例的內(nèi)在關(guān)系。第i種污染因子的權(quán)重為：

式中，ri為第i種污染因子的相關(guān)性比值；Si為各污染因子的標(biāo)準(zhǔn)值；S最大為第i種污染因子的最大標(biāo)準(zhǔn)值；m為評(píng)價(jià)污染因子的個(gè)數(shù)。

2　結(jié)果與分析

2.1單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法就是用最差的單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別來(lái)確定水體綜合水質(zhì)類別，即用水體各評(píng)價(jià)因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)照該項(xiàng)目的分類標(biāo)準(zhǔn)，確定其水質(zhì)類別。根據(jù)計(jì)算公式，對(duì)長(zhǎng)沙市某河流的10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的8個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，得出結(jié)果見表1。

表1　單因子污染指數(shù)

根據(jù)測(cè)算，選取的10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，除斷面1是石油類污染指數(shù)最高，水質(zhì)評(píng)價(jià)為IV類外，其余斷面的污染指數(shù)最高的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均為總氮，且水質(zhì)評(píng)價(jià)均劣于V類標(biāo)準(zhǔn)，其中斷面7污染狀況最為嚴(yán)重，均不能滿足地表水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)同一河流的不同斷面來(lái)分析，總氮為主要污染物，可以評(píng)價(jià)該河流沿線主要受生活污水污染較為嚴(yán)重，政府可從完善河流兩側(cè)收集管網(wǎng)著手，做到雨污分流；斷面1主要污染物為石油，考慮該斷面周邊是否存在汽車修理廠等，需要著力整治污水亂排的問(wèn)題。

2.2傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

根據(jù)各污染指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)濃度，計(jì)算各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的內(nèi)梅羅標(biāo)準(zhǔn)污染指數(shù)(以下簡(jiǎn)稱“P”)值：Ⅰ：P標(biāo)準(zhǔn)<0.59；Ⅱ：0.59≤P標(biāo)準(zhǔn)<0.74；Ⅲ：0.74≤P標(biāo)準(zhǔn)<1.00；Ⅳ：1.00≤P標(biāo)準(zhǔn)<3.50；Ⅴ：3.50≤P標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)測(cè)濃度計(jì)算各監(jiān)測(cè)斷面的內(nèi)梅羅污染指數(shù)，見表2。

表2　傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)一覽表(執(zhí)行地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均為三級(jí))

與表2對(duì)照得到每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水體的水質(zhì)類型：10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的P值均高于1.00，說(shuō)明均未達(dá)到III類標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足地表水標(biāo)準(zhǔn)，但其中斷面3、斷面4和斷面5評(píng)價(jià)為IV類，其余斷面均評(píng)價(jià)為V類，斷面7污染最嚴(yán)重。

2.3改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)污染因子權(quán)重見表3，由于本論文所評(píng)價(jià)的河流執(zhí)行III類標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)權(quán)重測(cè)算結(jié)果，在III類水體中，權(quán)重最大的因子為石油類。

表3　各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，給出權(quán)重內(nèi)內(nèi)梅羅標(biāo)準(zhǔn)污染指數(shù)分級(jí)：Ⅰ：P標(biāo)準(zhǔn)<0.55；Ⅱ：0.55≤P標(biāo)準(zhǔn)<0.69；Ⅲ：0.69≤P標(biāo)準(zhǔn)<1.00；Ⅳ：1.00≤P標(biāo)準(zhǔn)<3.53；Ⅴ：3.53≤P標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)權(quán)重最大的因子和改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法測(cè)算，得出結(jié)果見表4。

表4　改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)一覽表(執(zhí)行地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)均為三級(jí))

與表4對(duì)照得到每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水體的水質(zhì)類型：10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的P值均高于1.00，說(shuō)明均未達(dá)到III類標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足地表水標(biāo)準(zhǔn)，其中斷面3、斷面5和斷面9評(píng)價(jià)為IV類，其余斷面均評(píng)價(jià)為V類，斷面7污染最嚴(yán)重。

2.4對(duì)比分析

通過(guò)傳統(tǒng)、改進(jìn)的內(nèi)梅羅法計(jì)算的污染指數(shù)分析看出兩種方法的評(píng)價(jià)水質(zhì)類型不盡相同，由于考慮了權(quán)重較大的監(jiān)測(cè)因子，某些監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別的評(píng)價(jià)也存在一定差異(如斷面4和斷面9)。根據(jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)的大小，兩種方法均顯示斷面7的水質(zhì)最差。

3　結(jié)　論

(1)利用單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)對(duì)該河流的10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)，所有斷面均不能滿足III類標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到地表水標(biāo)準(zhǔn)，并且斷面7是該河流污染最嚴(yán)重的斷面，需要組織人力排查周邊污染狀況。

(2)根據(jù)單因子評(píng)價(jià)法，該河流主要的污染物是總氮，基本可以判斷該河流主要是生活污水污染。監(jiān)測(cè)斷面1污染嚴(yán)重的為石油類，建議政府可以在該斷面周邊進(jìn)行排查，是否存在汽修廠污水亂排問(wèn)題。

(3)傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在評(píng)價(jià)該河流監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)時(shí)，在某些斷面的水質(zhì)評(píng)價(jià)存在一定的差異，如監(jiān)測(cè)斷面9，傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)為V類，改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)為IV類；監(jiān)測(cè)斷面4，傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)為IV類，改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)為V類。

(4)改進(jìn)內(nèi)梅羅考慮了本次監(jiān)測(cè)指標(biāo)中權(quán)重較大的石油類，由于石油類屬于毒理性指標(biāo)，比一般的化學(xué)指標(biāo)總氮在同樣劑量的情況下，對(duì)水質(zhì)的危害程度更大，更需要引起政府部門關(guān)注。因此，本論文認(rèn)為在對(duì)一般河流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法更科學(xué)、合理。

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Application of Nemerow pollution index method and Single factor evaluation method in water quality evaluation

LUO FangWU GuorongWANG ChongZHANG Lin

(Yuelu District Environmental Monitoring Station，Huan Changsha 410013)

In this paper，the traditional Nemerow pollution index，improved Nemerow pollution index and single factor index methods are used in the 10 water quality monitoring sections of a river in Changsha City，the results showed that，for the evaluation of water，the improved Nemerow pollution index method is more scientific and reasonable due to the attention of monitoring factor that weights more large than the single factor index and the traditional Nemerow pollution index method.

Water Quality Assessment；Nemerow；Single factor

羅芳，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作

X32

A

1673-288X(2016)05-0087-03

引用文獻(xiàn)格式：羅芳等.內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(5)：87-89.