三種地下水水質評價方法研究

【摘要】本文就三種常用的地下水水質評價方法：單因子指數法、內梅羅指數法以及模糊綜合評價法進行了對比性研究，闡述了三種不同的地下水水質評價方法的特點和分析原理以及相關步驟，對比其評價方法并做出了一系列分析。并且針對分析結果，得出各個不同的地下水水質評價方法的優劣以及適用情況。

【關鍵詞】地下水水質；單因子指數法；內梅羅指數法；模糊綜合評價法

引言

由于當前工業經濟的發展，以及自然環境的不斷惡化，使得地下水的水位不斷下降，水質也受到了相當嚴重的影響，嚴重的威脅的了人們的用水安全和生命健康，因此，嚴謹的地下水水質評價方法可以有效的幫助人們認識到地下水的水質狀況，并可以根據水質狀況做出相應的管理措施。由于地下水水質的評價方法眾多，大多數是通過數學方法進行水環境質量的評價分析，必須認識到的是，不同的評價方法適用于不同的水質環境，本文就三種常用的地下水水質評價方法進行分析。

1、水質評價方法

隨著各國學者對水質評價方法的不斷深入研究，許多不同的水質評價方法被提出和應用，也得出了許多有價值的評價模型。但是水質評價是一個評價指標和水質等級之間復雜的非線性關系，加上水質惡化時的復雜環境因素，至今仍沒有一個可以廣泛應用，統一實施的水質評價方法和評價模型。結合水質污染的復雜性和隨機性，目前應用廣泛的水質評價方法有：單因子指數法、內梅羅指數法以及模糊綜合評價法。

2、地下水水質三種評價方法

2.1 單因子指數法。單項因子評價方法是針對單個項目進行詳細分析評價，進而確定水質狀況。這種評價方法的優點是計算程序簡單，可以利用監測的水質狀況數學值與國家相應標準進行對比分析，確定水質等級。

而單因子指數法確定水體綜合水質類別的方法是抽取水質中影響最為明顯的單項指標，進而通過比對各種指標檢測結果和該項指標，確定檢測單位的水質類別；選取所有項目中的水質指數最差的分類作為水質的類別指標。水質指數的計算公式為：

式中：為單因子指標水質指數；為第i類污染物實測濃度（mg/L）；為第i類污染物的污染起始值或有關標準（mg/L）；當≤1時，表示檢測水域未受到污染；當>1時，表示檢測水域污染，具體的數值直接反映檢測水質的污染物超標程度。

單因子的評價方法可以較為明顯的表示單項組分的具體超標情況，突出表現主要的污染指標因素，但是不能全面的反應當前區域的地下水水質整體狀況，所以此項地下水水質評價方法多用于粗略的水質評價評估，并且依據《地下水質量標準》（GB/T14848—1993），給出相應的水質狀況單項因子評價。

2.2 內梅羅指數法。內梅羅指數法則是一種加附注的評價方法，又稱為F值評價法。具體的評價方法兼顧了單項污染指數的平均值和最大值，能夠較為綜合的反應地下水水質的各項指標狀況以及相應的污染程度，因為較為綜合和使用，也是目前為止國內外地下水水質評價最為常用的方法之一。參加評價的項目數量必須滿足相關貴的監測項目，并且需要對各個單項進行單獨評價，在進行質量分組，確定各個類別的評價分值，即F值。具體的評價步驟如下：

確定污染物的單組評分值F：

其中上式中：為污染物單組分評分值，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級，對應的單組分評分值分別為0、1、3、6、10；為各組分評分值的平均值；為內梅羅綜合指數，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級，對應的綜合污染指數區間分別為：≤0.8、0.8<≤2.5、2.5<≤4.25、4.25<≤7.2、>7.2。

2.3 模糊綜合評價法。所謂模糊綜合評價法是通過對檢測地地下水污染因素中介過渡性的模糊性描述和通過隸屬度指標對地下水各個不同等級水質的隸屬關系表述。這種方法一定程度上避免了上述不同指數方法評價的客觀人為因素影響，所以應用較為廣泛。這種數學方法最早在1965年由L.A. Zadeh創立，應用于地下水水質評價中有一定的優勢。

模糊綜合評價法的基本思路是：對多種的因素影響的變化或現象，根據給出的具體水質評價標準以及相應的實測值，經過模糊變換，對其做出總評價。具體步驟如下：

第一，建立地下水水質評價因子集合及對應的水質等級集合，從中選取若干個評價因子，組成水質綜合評價指標因子集，這個指標應當根據不同的監測區域地下水水質具體狀況進行不同的選取和組合。

第二，單因子評價，確定地下水水質專用評價評語集，在地下水水質評價中可以選擇與《地下水質量標準》相符的評價準則，將地下水水質分別評價為5級：V={Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ}，其中的五個分級從左到右分別代表地下水水質的優良、良好、較好、較差、極差。

第三，確定隸屬函數，構造相關的模糊關系矩陣。即使用函數分布形態曲線求得隸屬函數，通常兩端的等級隸屬度用降半梯形和升半梯形函數表示，中間的等級隸屬度則用對稱山型函數表示。然后模糊關系矩陣通過評價指標個數及其標準質量分級和各個等級的隸屬度來確定。具體計算如下：各級地下水水質的隸屬函數計算公式如下：

如果存在n個評價指標，m級水質標準，則有n*m階模糊矩陣R：

第四，指標權重計算。在模糊綜合評價中，應當考慮各項單項指標高低的差異，對于環境的污染和相關人身影響，不同評價指標之間是不盡相同的，因此需要在多因子影響的總體污染重，確定各個因子指標之間的相互作用，確定其在總體水質污染重的各自的權重值。指標權重的確定可以使用污染物的濃度超標加權計算法。計算公式如下所示：

上式中：為評價指標的實測濃度值，為評價指標的標準上限值，為評價指標的權重值。

第五，建立水質評價模型并進行模糊綜合運算，計算最終評價結果。具體來說就是將評價指標的權重矩陣與模糊關系矩陣進行復合運算，得到評價指標隸屬于各個評價等級的程度矩陣B，根據最大隸屬度原則，其中的最大值為相應等級的評價指標等級。具體計算公式如下：

3、地下水水質三種評價方法分析

綜上所述，三種地下水水質評價方法各有其相應的數學模型計算方法，具體來說，單因子指數法評價簡單明了，較為直觀，可以明顯的反應出水質中單項指標的超標情況，可以幫助管理部門確定地下水的主要污染源和對應的污染指標，但是不能反應出整體的水質具體情況，不能給出合理的綜合改善建議。內梅羅指數法則可以通過分級反映水質情況，在地下水水質污染因素較多的時候可以給出較準確的分析結果，但是雖然其綜合多種水質污染因素，但是在主要表現最大的污染因素的同時，會綜合許多因素值非常小的污染源，這會導致分析結果較為悲觀。

模糊綜合評價法則充分的考慮了上述兩種評價方法的不足和優點。其考慮到了地下水水質各個分級之間的過渡性，并且考慮到了不同評價指標的水質影響權重，這保證了模糊綜合評價法的地下水水質評價是一個高精度的水質評價方法。高精度是優點，同時也是局限，在一個城市范圍內的地下水水質評價工作中，各個數值的采集計算將是一個繁雜的工作流程，應用起來較為困難。當前應用環境下，可以借助計算機輔助軟件來應用這項評價方法。

總的來說，各種評價方法都需要水質評測人員結合日常研究中的地下水水質具體狀況，選取最合適最高效的評價方法，進而可以取得水質評價的最優解。

4、結語

對于地下水的水質評價，方法多種多樣，除去本文的三種水質評價方法，還有包括集對分析法、主成分分析法等許多不同的模型分析方法，面對更為復雜化的水質狀況，我們需要在水質評價方法上加深研究。

參考文獻：

[1]王娟.地下水水質評價方法的研究進展[J].科技創新與應用，2012，（2）.

[2]張新鈺，辛寶東，劉文臣，郭高軒，陸海燕，紀軼群.三種地下水水質評價方法的對比分析[J].水資源與水工程學報，2011，（3）.