徐 彬，林燦堯，毛新偉

(1.太湖流域水文水資源監(jiān)測中心，江蘇 無錫 214024;2.水利部水文局，北京 100053)

水質(zhì)評價的方法很多，總體分為單因子評價法和綜合評價法兩大類。單因子評價法將各參數(shù)濃度代表值與評價標準逐項對比，以單項評價最差項目的類別作為水質(zhì)類別，同時說明超標項目和超標倍數(shù)，是GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中所采用的評價方法［1］，目前使用最多;綜合評價法的主要特點是用各種污染物的相對污染指數(shù)進行數(shù)學上的歸納和統(tǒng)計，得出一個較簡單的代表水體污染程度的數(shù)值。通過綜合評價法能了解多個水質(zhì)參數(shù)與相應(yīng)標準之間的綜合相對關(guān)系，但有時也會掩蓋高濃度的影響［1］。

綜合評價法有幾十種之多，包括指數(shù)評價法、健康風險評價法、模糊評價法、灰色評價法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法等。指數(shù)評價法因數(shù)學過程簡潔、結(jié)果易于使用而被廣泛應(yīng)用，內(nèi)梅羅水污染指數(shù)法便是其中一種［2］。由于該方法是 GB/T 14848—1993《地下水質(zhì)量標準》中的推薦方法［3］，故在地下水評價中應(yīng)用較多，而在地表水評價中則較少涉及。筆者嘗試將其應(yīng)用于太湖水質(zhì)評價中，以期能夠更加簡明合理地反映水質(zhì)綜合污染程度，為水資源保護提供一種更有助于提高工作效率的技術(shù)方法。

1 內(nèi)梅羅水污染指數(shù)簡介

內(nèi)梅羅指數(shù)由美國敘拉古大學內(nèi)梅羅(N L Nemerow)教授于1974年在其所著的《河流污染科學分析》一書中提出［4］。內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。其計算公式為

式中:IP為內(nèi)梅羅指數(shù);Iimax為所有評價因子中污染指數(shù)最大值;為所有評價因子的污染指數(shù)平均值;Ii為第i項評價因子的污染指數(shù);Ci為第i項評價因子的實測值;Coi為第i項評價因子的水質(zhì)標準值。

一般來說，如果IP≤1，說明環(huán)境質(zhì)量較好，水體較清潔;如果IP＞1，則說明環(huán)境質(zhì)量較差，水體受到了污染。

根據(jù)對其計算公式的理解，內(nèi)梅羅指數(shù)特別突出了污染最嚴重的評價因子，同時也一定程度的兼顧了其他水質(zhì)較好的參評因子對總體結(jié)果的貢獻，尤其避免了在計算過程中各因子權(quán)重人為賦值的主觀影響。

2 太湖水質(zhì)評價應(yīng)用

2.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法評價

2005—2012 年評價因子為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中除水溫和糞大腸菌群之外的22項基本指標項目，另有透明度和Chl-a作為營養(yǎng)狀態(tài)評價指標;20世紀90年代至2005年受到當時監(jiān)測條件所限，評價數(shù)據(jù)僅包括 DO、pH、TP、TN、NH3-N、CODMn、BOD5、FN 等 8 項指標，另有 2000—2005年的透明度和1998—2005年的Chl-a作為營養(yǎng)狀態(tài)評價指標;而1981年僅有 CODMn、NH3-N、TP、TN以及Chl-a等5項數(shù)據(jù)。由于太湖主要是受N、P營養(yǎng)鹽及耗氧有機物污染，TN和TP為主要超標指標，因此在已包含TN和TP兩項指標的前提下，不同年份參評指標的變化對評價結(jié)果之間可比性的影響較小。太湖作為流域內(nèi)重要的飲用水源地，使用內(nèi)梅羅指數(shù)計算時，各項評價因子的標準值采用相應(yīng)的Ⅲ類標準限值。評價結(jié)果見表1。

根據(jù)評價結(jié)果，1981年太湖的內(nèi)梅羅指數(shù)值為0.82，表明參評指標的達標情況較好，太湖水質(zhì)較為潔凈;20世紀90年代以后指數(shù)值均大于1，表明存在長期超標指標，水質(zhì)一直處于相對污染狀態(tài);2006年指數(shù)出現(xiàn)最大值，太湖水質(zhì)為歷史最差時期;2007—2012年指數(shù)值大體呈下降趨勢，表明水質(zhì)在逐步好轉(zhuǎn)?？梢钥闯稣麄€過程中2006—2007年為太湖水質(zhì)的歷史轉(zhuǎn)折點，該變化趨勢與太湖自2007年供水危機后大量綜合整治措施不斷落實并逐漸收效的宏觀過程相吻合，說明內(nèi)梅羅指數(shù)法能夠?qū)λw質(zhì)量綜合狀況進行準確的宏觀定位，評價結(jié)果合理。

表1 不同年份太湖水質(zhì)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評價結(jié)果

2.2 與單因子評價法的對比

單因子評價法是GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中所規(guī)定的評價方法，屬于國家標準方法，是目前使用最廣泛的水質(zhì)評價方法。太湖水質(zhì)單因子評價結(jié)果見表2。

表2 不同年份太湖水質(zhì)單因子評價結(jié)果

單因子評價結(jié)果由水質(zhì)類別、超標項目及超標倍數(shù)(本文僅列出最大超標倍數(shù))3部分組成。單從水質(zhì)類別結(jié)果來看，1981年太湖水質(zhì)較好，為Ⅲ類，但20世紀90年代至今則始終在Ⅴ類和劣Ⅴ類之間來回波動，無法看出明顯的變化趨勢和細節(jié)差異。如果連同超標項目及超標倍數(shù)一并分析，則可以較為詳細的了解不同年份的水質(zhì)細節(jié)，但是卻很難將各年度水質(zhì)綜合污染狀況繪制成變化趨勢圖等進行直觀對比。在實際應(yīng)用中，如果評價對象數(shù)量較多且超標指標差異較大，使用該方法很難快速獲取較為精細的水質(zhì)總體變化趨勢;而對于宏觀管理來說，由3部分組成的復(fù)合型評價結(jié)果不夠簡明，相較于內(nèi)梅羅指數(shù)法的單一數(shù)值型結(jié)果，不能很方便地用于數(shù)理統(tǒng)計和圖表繪制，其利用價值難以有效發(fā)揮。

2.3 與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價法的對比

太湖水質(zhì)污染主要是由富營養(yǎng)化引起的。根據(jù)SL395—2007《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》中的湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評價方法［5］，使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)評價所得太湖營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)結(jié)果見表3。

表3 不同年份太湖營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果

將太湖的內(nèi)梅羅指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價結(jié)果進行相關(guān)分析，其相關(guān)系數(shù)達到0.89，具有很強的線性相關(guān)性(圖1)。

圖1 內(nèi)梅羅指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)性

由于太湖是典型的富營養(yǎng)化湖泊，其水質(zhì)超標最為嚴重的TN、TP同時也是營養(yǎng)狀態(tài)評價指標，因此內(nèi)梅羅指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的評價結(jié)果之間理應(yīng)存在一定的相關(guān)性，而分析結(jié)果則很好地印證了這一點。與成熟的國標方法結(jié)果比對表明，內(nèi)梅羅指數(shù)的評價結(jié)果在不同污染程度的區(qū)間范圍內(nèi)分布合理，評價方法較為可靠。

3 方法評價

受到自身算法的限制，內(nèi)梅羅指數(shù)的評價結(jié)果存在一個公認的特點，即評價結(jié)果特別突出了超標最嚴重的指標影響，尤其是在評價指標較多并且僅有個別指標超標的情況下，占多數(shù)的低濃度指標對評價結(jié)果影響有限［6-7］，屬于相對嚴格的水質(zhì)評價方法。對于很多研究性工作來說，該特點不利于對水體質(zhì)量做出全面均衡的評價，對此很多學者提出了內(nèi)梅羅指數(shù)的各種修正方案。

但對于水資源保護管理部門來說，其工作重點恰恰正是超標項目，且超標越嚴重的越需關(guān)注。在管理工作中，使用內(nèi)梅羅指數(shù)能夠更加快捷地將各指標監(jiān)測數(shù)據(jù)中超標最嚴重的通過數(shù)值型評價結(jié)果反映出來，幫助工作人員對繁雜的原始數(shù)據(jù)進行批量處理，快速區(qū)分和篩選出不同污染程度的水體。

另外，內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果為一個簡單的分值，無論是否為專業(yè)人士，都能較為輕易地通過其對水質(zhì)污染程度做出大致判斷。如果將其用于水質(zhì)信息的通報發(fā)布，可便于不同層次讀者對水質(zhì)狀況的了解和判讀。

4 結(jié)論

內(nèi)梅羅水污染指數(shù)法在太湖水質(zhì)評價中具有較好的適用性。該方法計算過程便捷，結(jié)果簡明易用，方法合理可靠，相較于國家標準中的單因子評價法能夠更加簡捷地反映綜合水質(zhì)狀況且便于統(tǒng)計分析利用，有助于管理人員跨過繁雜的原始數(shù)據(jù)快速掌握不同水體的污染程度，是水資源保護和管理工作中的一項有力工具。目前該評價方法已初步應(yīng)用于太湖健康狀況評價中。

［1］GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準［S］.

［2］彭文啟，張祥偉.現(xiàn)代水環(huán)境質(zhì)量評價理論與方法［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005.

［3］GB/T 14848—1993地下水質(zhì)量標準［S］.

［4］關(guān)伯仁.評內(nèi)梅羅的污染指數(shù)［J］.環(huán)境科學，1979(4):67-71.(GUAN Boren.Assessmentof Nemerow pollution index［J］.Environmental Science，1979(4):67-71.(in Chinese))

［5］SL 395—2007地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］李亞松，張兆吉，費宇紅，等.內(nèi)梅羅指數(shù)評價法的修正及其應(yīng)用［J］.水資源保護，2009，25(6):48-50.(LI Yasong，ZHANG Zhaoji，F(xiàn)EI Yuhong，et al.Improvement of Nemerow index method and its application［J］.Water Resources Protection，2009，25(6):48-50.(in Chinese))

［7］寇文杰，林健，陳忠榮，等.內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評價中存在問題及修正［J］.南水北調(diào)與水利科技，2012，10(4):39-41.(KOU Wenjie，LIN Jian，CHEN Zhongrong，et al.Existing problems and modifications of using Nemerow index method in water quqlity assessment［J］.South-to-North Water Diversion and Water Science ＆ Technology，2012，10(4):39-41.(in Chinese))