基于不同評價方法的某市地下水源水質評價

尹 源

(邵陽市環境研究與信息中心，湖南 邵陽 422000)

1 引言

隨著工業的發展和城市化進程加快，水質惡化狀況加劇。最嚴峻的威脅來自于城市生存命脈的地下水污染。因此，要掌握地下水的污染程度，監測與評價水質是最基本的手段，通過監測指標制定地下水資源利用和保護的措施。劉婧采用模糊綜合評價法和單因子評價法對甘肅省平涼市和慶陽市兩地2018年21處地下水水質監測點11項水質指標參數進行評價，郭麗莉針對國內外的水質評價方式進行對比分析，李蘇等用傳統、改進內梅羅指數法在水庫水質進行評價[1～3]。本文在前人研究的基礎上，分別利用4種評價方式對地下水質實施全面評價，評價方式包括加附注評分法、主成分分析法、改進的內梅羅指數法和內梅羅指數法，針對這4種評價方式的差異性進行對比，對各自的優缺點進行分析，以探索出一套符合某市的地下水質評價體系，以確保評價的高效性、科學性、合理性。

2 評價原理

2.1 主成分分析法

該分析方法的功能是降維處理原始數據，按照方差貢獻率超過85%的原則，同時，綜合主成分得分的計算是按照方差貢獻率的權數進行，利用計算獲取的分數對水質結果實施定量化評價。計算具體步驟為：對指標存在的相關性的判定：設定m個采樣點，設定n個評價指標，按照標準構建矩陣Xm×n，以矩陣Xm×n為基礎，進行關聯系數矩陣R的計算；特征值的計算及相應的正交化單位特征向量的計算；利用主成分：針對累計貢獻率和主成分方差貢獻率進行計算，提取相關的數據信息，獲取的條件為特征值大于1、累計方差貢獻率高于85%，獲取的主成分綜合原始信息設定為q個；提取q個相對應的特征向量，進行標準化處理；主成分荷載的計算；進行q個主成分樣品的得分計算。

2.2 傳統、改進內梅羅指數法

2.2.1 傳統內梅羅指數法

通常使用的地下水水質的評價方法就是傳統內梅羅指數法，主要是對水質的綜質指數進行評價，計算方式如下：

(1)

2.2.2 改進的內梅羅指數法

針對不同污染因子，改進的內梅羅指數法對其賦予權重，考慮了高危險的污染因子影響水質的情況，最大值影響計算的程度降低。在內梅羅指數法基礎上該公式增加了權重分配計算環節，如式(2)所示：

(2)

2.3 加附注評分法

地下水質量綜合評價采用加附注評分法，步驟如下：

首先對各單項組分進行評價，進行質量類別劃分(分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5類，其對應的單組分水質評價值分別為0、1、3、6、10)。

計算綜合評價分值F。

(3)

(4)

最終獲得F值區間為：F<0.80、0.807.20，地下水質量對應的級別為五級：1級優良→2級良好→3級較好→4級較差→五級極差。

3 實例分析

本文案例水質資料評價基礎為2018年某地區地下水枯水期采集的，選取A1～A10隨機均勻布置的共10個監測點，選取6個污染指標作為評價因子，具體包括硫酸鹽、氯化物、氟化物、高錳酸鹽指數、硝酸鹽(以N計)、氨氮(NH4)，根據GB14848—93，按照五個等級劃分水質標準：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

3.1 水質監測數據

各監測點水質理化指標測定結果見表1。

表1 水質監測結果 mg/L

從表1不難看出，某市地下水水質指標均在地下水水質標準Ⅲ類限度內，總體水質比較好，只有個別監測點的水樣硫酸鹽和氟化物稍高狀態。

3.2 評價結果

通過內梅羅指數法原理計算表明：針對地下水質的所有監測點都達到了Ⅲ類水質等級之上，其中有7處為Ⅰ類水質，占整體的70.0%，有2處為Ⅱ類水質，占整體的20.0%，1處為Ⅲ類水質，占整體的10.0%，總體的水質為優良。改進的內梅羅指數法計算的標準參照Ⅲ類水質，水質標準中的污染因子與監測點的水體污染因子相同，經過計算顯示，在10個監測點中共6處為水質評價等級的Ⅲ類水，占整體的60.0%，3處為Ⅱ類水質，占整體的30.0%，1處為Ⅰ類水質，占整體的10.0%，呈現較好的水質。其中，A6監測點為最高的水質評價指數(0.95)，評價為最差水質；A8監測點為最低評價指數(0.40)，為最好的水質，其他的監測點水樣水質為中級水平，為Ⅱ級和Ⅲ之間。在10個監測的水樣中，利用傳統內梅羅指數法與改進內梅羅指數法評定結果水質類型相同的點占30%，不相同的監測點占70%。對比兩種評定方法顯示：其影響大小與單項組分含量大小成正比例，但水體的綜合利用價值不能通過最大值體現，改進內梅羅指數法讓最大值的影響力嚴重降低，在引入評價因子權重的情況下，評價結果比傳統的梅羅指數法更客觀、更準確。

利用加附注評分法原理確定評價結果顯示，10個監測點中只有A6的水質是較差的Ⅳ類以及A10的水質為較好的Ⅲ類，其他的8個監測點水質都是良好的Ⅱ類，整體的水質評定為良好。主成分分析法分析判斷表現A1、A4、A10三個點水質評價等級判定為較好的Ⅲ級，占總體的30.0%；A2、A3、A5、A7、A8和A9六個點水質評價結果為良好的Ⅱ級，占整體的60.0%；水質最差的點為A6，水質的評價等級定為Ⅳ級，占整體的10.0%，呈現良好的水質。

4 適應性分析

4種評價方法的各自評價結果見表2。

表2 各方法的水質評價結果

從表2不難看出：Ⅰ類的結果都是通過傳統內梅羅法的評價的，僅A6為Ⅲ類；Ⅲ類的結果主要是改進內梅羅指數法評價，只有A8為Ⅰ類；加附注評分法評價水質結果主要為呈現良好的Ⅱ類主要是通過加附注評分法評價進行的，其中A6水質呈現較差的Ⅳ類；良好的Ⅱ類水質評價主要通過主成分分析法評價進行，綜合可得A8水質最好，A6水質最差。

4.1 四種評價方法橫向比較

以上進行了評價水質的4種方法的比較，某市地下水的水質變化情況完全可以通過這4種評價結果反映出來，該4種方式中唯有傳統內梅羅指數法顯現偏高的結果，其他的評價方式的結果都接近實際狀況，可以對該地區的地下水水質進行客觀地反映，這四種方法都符合該區域的水質評價。

4.2 四種評價方法縱向比較

由表2可以看出：唯有主成分分析法例外，其余3種分析法的結果呈現一致的趨勢，其中等級水質評價等級偏高的為內梅羅指數法，另外兩種評價法呈現較大幅度波動等級的評價，而加附注評分法評價值基本處于前兩種評價法之間水平，呈現最小的波動幅度，顯而易見，加附注評分法比起其他幾種方式，具備很高的相似度和重合度，會表現平穩的評價結果。

4.3 4種評價方法綜合比較

通過上面4種評價方法的介紹顯示：與實際情況差距大的為傳統內梅羅指數法評價結果，不能在該區地下水水質評價中應用。而另外的3種評價方法都能夠相對客觀地反映該地區的地下水的水質狀況，其中表現最佳的為加附注評分法，表現為兩個方面的特點和優勢：與其他方式相比，評價結果更能客觀地反映水質情況，可以相對準確地反映地下水水質的等級、評價因子超標、水質功能狀態；容易操作、計算便捷、原理簡單，具備較強的可推廣性和適用性。通過評價顯示該地區水質的現狀較好，沒有超過三類水的界限，水質最好的為A8監測點，水質最差的是A6監測點，評價結果表明研究區現狀水質整體較好，基本控制在Ⅲ類水以內，A8監測點水質最好，A6監測點水質最差，水質由盆地邊緣(A8監測點)向盆地中心(A6監測點)表現良好到較差的趨勢。

5 結語

本文通過以上4種評價方法的比較，對某市某區枯水期10種水樣進行評價，該4種方法的優缺點在具體應用中得以體現。通過本文上述的分析不難看出，在實際的方式應用中不應該只突出某種評價方式的優勢，而是要對區域的實際情況進行研究，因地制宜地選擇最佳的評價方式，把研究區域的水質情況客觀、真實地反映出來。