張安昌莊付磊申銅飛趙紅金

改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法在聊城市地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

張安昌1莊付磊1申銅飛2趙紅金1

地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)是地下水資源評價(jià)和保護(hù)的重要內(nèi)容，目前常用的地下水水質(zhì)評價(jià)方法有內(nèi)梅羅指數(shù)法、主成分分析法、層次分析法和灰色聚類分析法等。由于主成分分析法進(jìn)行評價(jià)時(shí)因子負(fù)荷符號交替使得函數(shù)意義不明確，需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不能反映客觀情況。層次分析法和灰色聚類分析法在很大程度上受制于人的主觀因素的影響，存在評判結(jié)果與實(shí)際不符的情況。目前應(yīng)用較廣泛的方法是內(nèi)梅羅指數(shù)法，該方法具備數(shù)學(xué)過程簡捷、運(yùn)算方便、物理概念清晰等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著評判結(jié)果不夠客觀的問題。為了增強(qiáng)內(nèi)梅羅指數(shù)法的客觀性，本文對內(nèi)梅羅指數(shù)法做了深入剖析，提出了改進(jìn)方法，并通過實(shí)例計(jì)算對其改進(jìn)效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明改進(jìn)后的評價(jià)方法能夠減少極值對評價(jià)結(jié)果的影響，更能客觀反映水質(zhì)總體情況。

一、內(nèi)梅羅指數(shù)法方法概述

1.單組分評價(jià)

按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的要求進(jìn)行各單項(xiàng)組分評價(jià)，劃分組分所屬水質(zhì)類別，對各類別按表1分別確定單項(xiàng)組分評價(jià)分值Fi。

表1 地下水質(zhì)量評分表

2.綜合評價(jià)

（1）選用內(nèi)梅羅指數(shù)計(jì)算綜合評分值：

式中：F—各單項(xiàng)組分評分值F的平均值；

Fmax—單項(xiàng)組分值Fi的最大值；

n—項(xiàng)數(shù)。

（2）根據(jù)F值按表2規(guī)定劃分地下水質(zhì)量類別，同時(shí)將細(xì)菌學(xué)指標(biāo)評價(jià)類別注在級別之后。

表2 地下水質(zhì)量等級表

二、內(nèi)梅羅指數(shù)法的改進(jìn)

1.內(nèi)梅羅指數(shù)法存在的主要問題

（1）過于突出最大污染因子

由于公式中考慮了最大污染因素，在參評計(jì)算中一旦某一項(xiàng)指標(biāo)值偏高，即使其他指標(biāo)偏低，也會(huì)使得綜合評分值偏高。

（2）未考慮權(quán)重因素，各污染因子同等對待

此法未考慮不同污染因子對環(huán)境的毒性、降解難易及去除性的難易程度等因素。同一個(gè)等級的不同污染因子的取值應(yīng)區(qū)別對待，即增加權(quán)重因素。

2.內(nèi)梅羅指數(shù)法的改進(jìn)

針對內(nèi)梅羅指數(shù)存在的問題，增加權(quán)重因素，用參評項(xiàng)目中權(quán)重值最大的污染因子評分值與Fmax的均值F'max代替Fmax。這樣既解決了單一突出最大污染因子作用，又解決了將各項(xiàng)污染因子等同對待的問題。

（1）污染因子權(quán)重值Wi的計(jì)算

不同污染因子對環(huán)境及人類的危害程度存在較大差別，一般來說，某種污染因子的危害性與該污染因子的排放標(biāo)準(zhǔn)基本上呈反比例的關(guān)系。以此為前提，求算Wi。將各污染因子的排放標(biāo)準(zhǔn)Si由小到大的順序排列，將其最大值Smax同Si值比較，并令Ri表示第i種污染因子的相關(guān)性比值，則：

（2）公式的改進(jìn)

考慮了污染因子的權(quán)重值后，公式改進(jìn)如下：

式中：Fw—污染因子權(quán)重值最大的單項(xiàng)組分值。

其他變量意義同前。

三、改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法在地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

以聊城市地下水水質(zhì)監(jiān)測資料為例，應(yīng)用改進(jìn)前后的內(nèi)梅羅指數(shù)法分別進(jìn)行評價(jià)，并對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。

1.研究區(qū)域概況

聊城市位于山東省西部冀魯豫交界處，地處東經(jīng)115°16′～116°30′、北緯35°47′～37°03′。聊城市地下水類型主要為淺層潛水、承壓水和巖溶水。主要含水層為砂壤土和粉細(xì)砂層，地下水流向與地表傾斜方向基本一致。淺層地下水以大氣降水及上游來水為補(bǔ)給源，以潛水蒸發(fā)、人工開采及徑向出流為主要排泄方式。

2.評價(jià)指標(biāo)及監(jiān)測數(shù)據(jù)

選用山東省水環(huán)境監(jiān)測中心聊城分中心2015年對全市16個(gè)代表性觀測井的監(jiān)測資料對改進(jìn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。地下水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)為pH、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞、鉻、總硬度、鉛、氟化物、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、耗氧量、硫酸鹽、氯化物共19項(xiàng)。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果取全年平均值見表3。

表3 地下水監(jiān)測成果表

3.地下水污染因子權(quán)重值

按照公式（3）和（4）計(jì)算參評項(xiàng)目的權(quán)重值：

表4 地下水污染因子權(quán)重值Wi

4.評價(jià)結(jié)果比較及分析（見表5）

表5 地下水質(zhì)量評價(jià)結(jié)果表

由表3可知所測地下水pH、氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞、六價(jià)鉻、鉛、鎘均符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，高錳酸鹽指數(shù)僅有茌平自來水一個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，其余均符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，氯化物、硫酸鹽、鐵、錳等不同程度的出現(xiàn)了Ⅲ和Ⅳ類水。由表5可知改進(jìn)法的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果普遍優(yōu)于改進(jìn)前的評價(jià)結(jié)果，其中茌平一中、高唐醫(yī)院、臨清二院、冠縣自來水、莘縣醫(yī)院、莘縣自來水、東昌學(xué)院、聊城大學(xué)取水點(diǎn)的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果均由較差變?yōu)榱己没蛘咻^好，分析其原因主要是總硬度、鐵、錳、氟化物等原生的還原環(huán)境特征指標(biāo)引起的水質(zhì)問題，不處理或稍微簡單處理其指標(biāo)值即能達(dá)到保證人體健康要求的基準(zhǔn)限值。在采用未改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)評價(jià)計(jì)算時(shí)，未考慮各水質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重值，認(rèn)為由原生的還原環(huán)境特征指標(biāo)引發(fā)的水質(zhì)問題與其他較嚴(yán)重的水質(zhì)問題同等重要，因此降低了水質(zhì)評價(jià)的結(jié)果或掩蓋了其他較嚴(yán)重水質(zhì)問題的嚴(yán)重性；而改進(jìn)后的內(nèi)梅羅指數(shù)法通過權(quán)重值弱化了此類原生的還原環(huán)境特征指標(biāo)的重要性，突出其他較嚴(yán)重水質(zhì)問題的重要性，使評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、科學(xué)。

四、結(jié)論

內(nèi)梅羅指數(shù)法因其方法的優(yōu)越性在目前地下水質(zhì)量評價(jià)中應(yīng)用廣泛，但由于未區(qū)分毒理性不強(qiáng)的水化學(xué)指標(biāo)與其他毒理性較強(qiáng)的水化學(xué)指標(biāo)，使水質(zhì)評價(jià)結(jié)果往往較差，給用水者帶來一定的心理負(fù)擔(dān)。本文通過引入權(quán)重值的概念，考慮毒性重金屬的積累效應(yīng)對生物鏈的影響,提出了改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法，并將改進(jìn)后的方法應(yīng)用于聊城市地下水評價(jià)中，結(jié)果表明該方法能夠在一定程度上消除極大值影響，并提高毒理指標(biāo)在水質(zhì)評價(jià)計(jì)算中的重要性，能夠更加客觀地反映地下水的實(shí)際質(zhì)量狀況，具有十分重要的意義■

（作者單位：1.山東省聊城市水文局252000 2.聊城市農(nóng)業(yè)委員會(huì) 252000）