一種新內梅羅指數法的修正方法及應用

倪天翔，楊 慶，王俊豪，趙 慧，金華麗，喬 玲

(1.中國地質環境監測院,北京 100081; 2.北京市水文地質工程地質大隊,北京 100195;3中國地質大學,北京 100083)

內梅羅指數法是沿用了23年的地下水質量標準(GB/T 14848—1993)中推薦的地下水綜合評價方法[1～4]。2018年5月1日開始實施的地下水質量標準(GB/T 14848—2017)[5]中已經沒有該方法。但經過二十多年的廣泛使用，該方法同綜合模糊評判法、單因子指數法一樣，仍然不失為一種經典方法。該方法計算過程簡潔，能夠定性和定量的反映水質污染的性質和程度。但是，內梅羅指數法也存在一些缺陷[6～10]，對其進行修正可以更加客觀地評價地下水質量狀況。

1 內梅羅指數法

1.1 內梅羅指數法的步驟

內梅羅指數法的步驟可以概括如下：

(1)根據地下水質量標準中的地下水質量分類指標進行各單項組分評價，劃分組分所屬質量類別。

(2)對各類別按照表1的規定分別確定單項組分的評價分值Fi。

表1 地下水質量評分

(3)計算綜合評價分值F：

(1)

(2)

Fmax——各單項組分評分值Fi的最大值；

n——項數。

(4)根據F值，按照表2的規定劃分地下水質量級別。

表2 地下水質量分級Table2 The classifications of ground water quality

1.2 利弊分析

由式(1)可以看出,內梅羅指數法在公式中給予了最大值和平均值相同的地位。該方法運算簡潔,物理意義清晰[1,6～7]?？梢愿鶕蟮玫腇值方便的比較不同地區的地下水質量狀況。但是,內梅羅指數法也有一些不足之處。

Fi在各級水質指標臨界值附近突變，而污染物濃度卻是連續分布。在各級標準附近，污染物濃度的微小變化都將導致Fi值的較大變化，而在同一級標準范圍內，污染物濃度變化卻對Fi值沒有影響，使得Fi并不能客觀地反映出污染物的濃度情況，降低了環境質量評價的靈敏度。

0.707Fmax

(3)

在Fmax確定的情況下，F值只能在非常小的范圍內波動。又由于Fmax取值只能是0、1、3、6、10幾個離散的值，可以得出F值的可能范圍(表3)。

表3 F值的可能范圍

對照表2和表3可以看出，Ⅳ類水的取值范圍和F值可能范圍的重合范圍極小，只有當F值介于4.242～4.25之間時，即Fmax=6且又較小時，評價結果才有可能為Ⅳ類，使得評價結果失實。

對于內梅羅指數法的上述問題，一些研究給出了修正方法[1～2,6～10]。何增輝[9]在平均值中引入權重值，用加權平均值代替算術平均值，在平均值中突出了對環境和人體危害程度較大的指標，但因沒有對最大值進行修正，修正方法對最終結果影響較小。李玲玲[2]、李小麗[7]用最大值和算術平均值的均值代替最大值,削弱極大值的作用。但此種方法大幅降低了F值計算結果,卻仍然沿用原有的標準值范圍。并且，該方法并沒有解決Fi值不連續的問題?？芪慕躘6]提出了一種使Fi值連續的修正方法，但因修正后的Fi期望值小于修正前，導致計算出的所有最大值都比修正前小，影響了評價的客觀性。因此，有必要對內梅羅指數法提出一種新的修正方法解來決上述問題。

2 修正內梅羅指數

2.1 對Fi值的修正

(4)

(5)

(6)

u——水樣某單項組分的濃度；

Si——水樣該單項組分的第i級標準值。

2.2 對的修正

(7)

當參加評分的項目數n≤5，m=n；當n>5時，m一般取5，在地下水污染較為嚴重的地區，適當增大m值，根據實際情況確定。

圖1 Fi值與污染物濃度u關系曲線圖Fig.1 Relation curve of Fi and u

3 實例應用

選取北京市水文地質工程地質大隊取得的懷柔雁棲開發區及周邊16個監測點地下水樣品測試數據進行評價，參評指標包括總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅等地下水質量標準中涉及的指標27項。評價結果見表4。

表4 評價結果

圖2 修正前后F與Fmax關系圖Fig.2 Relation between F and Fmax before and after improvement

在表4中，水樣7的Fmax為6，按照單因子法，顯然有某一項指標處于Ⅳ水標準。傳統內梅羅指數法對這個水樣的評價結果為Ⅳ類水。按照新方法，該點污染最嚴重的指標值僅略高于S3，屬于Ⅳ類水中的低限，綜合所得出的水質為Ⅲ類水。根據地下水質量標準[4]，Ⅲ類水主要適用于集中式生活飲用水源，而Ⅳ類水作為生活飲用水源需要適當地處理。因此這種方法應用于Fmax略高于S3的監測點時需要慎重。

4 結論

(3)一般情況下，經該方法計算得出的F值能夠更加客觀的反映地下水質量狀況。但這種方法應用于評價Fmax略高于S3的監測點水質時有可能低估污染程度，在這種情況下需謹慎應用。

[1] 李亞松,張兆吉, 費宇紅,等.內梅羅指數評價法的修正及其應用[J].水資源保護,2009,25(6):48-50. [LI Y S, ZHANG Z J , FEI Y H,etal. Improvement of Nemerow index method and its application[J]. Water Resources Protection,2009,25(6):48-50.(in Chinese) ]

[2] 李玲玲.內梅羅指數法的修正及應用[J].地下水,2015,37(5):101-103. [LI L L. Modification of Nemero index method and application of [J]. Groundwater,2015,37(5):101-103. (in Chinese) ]

[3] 劉偉,張夢琳,楊雙喜,等.不同地下水水質評價方法的對比研究———以宜良縣為例[J].環境工程,2017,35(3):147-151.[ LIU W, ZHANG M L,YANG S X,etal. Comparative analysis of the evaluation methods for groundwater quality: a case study of Yiliang County[J]. Environmental Engineering, 2017,35(3):147-151. (in Chinese) ]

[4] 中華人民共和國地質礦產部.GB/T 14848—1993地下水質量標準[S].北京:中國標準出版社,1993.[ Ministry of Geology and Mineral Resources of People’s Republic of China.GB/T 14848—1993 Groundwater Quality Standards[S]. Beijing: China Standard Press,1993 (in Chinese) ]

[5] 中華人民共和國國土資源部.GB/T 14848—2017地下水質量標準[S].北京:中國標準出版社,2017.[ People's Republic of China Ministry of Land and Resources. GB/T 14848-2017 Groundwater Quality Standards[S]. Beijing: China Standard Press,2017. (in Chinese) ]

[6] 寇文杰,林健,陳忠榮,等.內梅羅指數法在水質評價中存在問題及修正[J].南水北調與水利科技,2012,10(4):39-47[KOU W J,LIN J,CHEN Z R,etal. Existing problems and modifications of using Nemerow index method in water quality assessment[J]. South-to-North Water Diversion and Water Science & Technology,2012,10(4):39-47 (in Chinese) ]

[7] 李小麗,黎小東,敖天其.改進內梅羅指數法在西充河水質評價中的應用[J].人民黃河,2016,38(8):65-68.[ LI X L,LI X D,AO T Q. Application of improved Nemerow index method used in water quality assessment[J]. Yellow River, 2016,38(8):65-68. (in Chinese) ]

[8] 閆欣榮.修正的內梅羅指數法及其在城市 地下飲用水源地水質評價中的應用[J].地下水,2010,32(1):6-7.[ YAN X R. Modified Nemero index method and its application in water quality evaluation of urban underground drinking water sources [J]. Groundwater, 32(1):6-7. (in Chinese) ]

[9] 何增輝.修正內梅羅污染指數法在水源地環境質量評價中的應用[J].廣東化工,2011,38(7):141-143[HE Z H. Application of improved Nemerow exponent method for evaluation of environmental quality of waterhead area[J]. Guangdong Chemical Industry,2011,38(7):141-143 (in Chinese) ]

[10] 王博,韓合.內梅羅指數法在水質評價中的應用及缺陷[J].中國城鄉企業衛生,2015,12(6):16-17.[ WANG B, HAN H. Nemero index method in water quality assessment and its application [J]. Urban and Rural Enterprise Health In China,2015,12(6):16-17. (in Chinese) ]