李莉 浦國佳 余建林 俞麗瑯 蘇營營

摘要：文章通過傳統(tǒng)的內梅羅指數(shù)法、改進內梅羅指數(shù)法和單因子指數(shù)評價法對京杭大運河嘉興段的7個水質監(jiān)測斷面進行評價，與傳統(tǒng)的內梅羅指數(shù)法相比，改進的內梅羅指數(shù)法可以更好地消除污染極大值的影響，并且考慮了各評價因子的權重，可以較為全面地反映河流水質情況，使評價結果具有更好的可信度。結果表明：京杭大運河嘉興段的7個水質監(jiān)測斷面水質在2019年都為Ⅲ類水質，均達到了水質類別要求。

關鍵詞：單因子指數(shù)法;內梅羅指數(shù)法;水質評價;京杭大運河嘉興段

中圖分類號：X820.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.051

Abstract：Based on 7 monitoring section samples of water quality of Jiaxing section in Beijing-Hangzhou Canal in 2019，the improved Nemerow index method was used to assess the water quality of these 7 monitoring sections of Beijing-Hangzhou Canal.Compared with single factor evaluation method and traditional Nemerow index method， the improved Nemerow index method permits more reasonable and objective assessment of water quality because it takes into account the difference and relative importance of various evaluation indexes and adopts weight factors. The results indicated that the water quality of the 7 monitoring sections in 2019 were grade Ⅲ. Meanwhile， our study also showed that the improved Nemerow method may provide decision-making basis for water recourses administration.

Key words：Single factor evaluation method;Nemerow index method;Water assessment;Jiaxing section of Beijing-Hangzhou Canal

水資源是人類賴以生存和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要稀缺資源，掌握和分析區(qū)域內水源水質對于更好地進行水資源管理和保護有著重要的意義。水資源水質評級的方法很多，常見的有單項水質評價法、污染指數(shù)法、模糊綜合評價法、主成分分析法、灰色聚類法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡法等評價方法。其中，污染指數(shù)法可以對整體水質做出定量描述，能夠在總體上反映水污染的性質和程度。在污染指數(shù)法中，內梅羅指數(shù)法具有數(shù)學模型簡潔，物理概念清晰，運算過程簡便等優(yōu)點，是目前水質綜合指數(shù)評價方法中最常用的方法。本文采用傳統(tǒng)的和改進的內梅羅指數(shù)法對京杭大運河嘉興段設置的7個斷面的2019年水質進行評價，并將得到的結果與單因子指數(shù)法進行比較。結果表明：改進的內梅羅指數(shù)法通過計算各個評價因子的權重，充分考慮各個污染因子對水質的影響，能夠更真實地反映水體水質的總體污染情況，因此，采用改進的內梅羅指數(shù)發(fā)對運河嘉興段斷面水質進行評價，有利于相關部門更全面更準確地掌握運河嘉興段的水質變化情況，為今后開展京杭大運河嘉興段的保護工作提供更準確更全面的依據(jù)。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)域概況

嘉興市位于浙江省東北部，位于北緯30°15′-31°02′，東經(jīng)120°20′-121°32′，處于長江三角洲杭嘉湖平原腹心地帶，是長三角洲重要城市之一，也是浙江最大的平原區(qū)。陸地面積3 915km2，其中平原面積3 477km2，內陸水域面積328km2，丘陵山地面積40km2，下轄南湖區(qū)、秀洲區(qū)、海寧市、桐鄉(xiāng)市、平湖市、嘉善縣和海鹽縣。

京杭大運河嘉興段位于太湖東南的水網(wǎng)地帶，是杭嘉湖平原水系的干河，也是京杭大運河自北向南溝通五大水系中太湖和錢塘江的重要水系的主動脈。江南運河嘉興段北起嘉興秀洲區(qū)王江涇長虹橋，南到桐鄉(xiāng)崇福鎮(zhèn)，流經(jīng)秀洲區(qū)、秀城區(qū)、桐鄉(xiāng)市境內，全長81.22km，“隋大業(yè)中開運河至嘉興府城，分支夾城左右”。

京杭大運河對于嘉興來說有著極其重要的地位，大運河的開通，打破了嘉興長期偏于江南一隅的封閉狀態(tài)，確立了嘉興“左杭右蘇”“南北通衢”的運河古城地位，促進了嘉興地區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展。大運河在歷經(jīng)了兩千余年的持續(xù)發(fā)展與演變以后，其網(wǎng)狀河道體系至今保持暢通，一直發(fā)揮著重要的交通、運輸、行洪、灌溉、輸水等作用，是孕育嘉興的“母親河”，是活著的、流動的重要文化遺產(chǎn)。此外，由于嘉興市河網(wǎng)密度大，有利于污染物向著河流排放，容易造成運河水環(huán)境的污染，運河嘉興段的水質狀況對整個嘉興地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、當?shù)厣鐣?jīng)濟大展具有十分重要的影響。對于她的保護和利用對于嘉興地區(qū)的文化、經(jīng)濟的發(fā)展都具有重要的意義。

本文采用單因子指數(shù)法、傳統(tǒng)內梅羅指法和改進內梅羅指數(shù)法對運河嘉興段設立的7個斷面的2019年水質進行評價，希望更好地了解水域水質狀況，為后期水體保護、改善和開發(fā)利用提供依據(jù)。

1.2 研究方法

1.2.1 單因子指數(shù)法

單項水質評價方法，又稱單因子指數(shù)法，其本質是為了簡化分析，利用實測數(shù)據(jù)和標準對比分類，選取水質最差的類別作為評價結果。單因子指數(shù)法是GB3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》中所采用的評價方法，也是目前使用最廣泛的方法。水質單因子污染指數(shù)Pi的計算公式為[1-4]：

其中，Ci為試樣中第i類評價因子的實測濃度;Sij為第i類評價因子的第j類的標準濃度;兩者的單位都為mg/L。本文中地表水斷面單項指標選?、箢愃|標準中的標準濃度作為Sij，根據(jù)公式（1）求得水樣的各個因子的單項污染指數(shù)。

單因子指數(shù)法選取水質指標最差的單項指標來確定水體的綜合水質類別，這樣的評價方法在確定水體的主要污染因子的同時，弱化了其他的污染因子，利用單因子指數(shù)法評價結果表現(xiàn)為過保護。

1.2.2 傳統(tǒng)內梅羅污染指數(shù)法（Nemerow Pollution Index）

內梅羅污染指數(shù)法是當前國內外進行綜合污染指數(shù)計算最常用的方法之一，是一種突出極大值的計權型多因子環(huán)境質量指數(shù)，由美國的N.L. Nemerow教授在1974年提出[5，6]。內梅羅水污染綜合指數(shù)是一個無量綱的數(shù)值，它利用以下計算方法來評價各個參與統(tǒng)計的水質污染因子：

式中，P為內梅羅污染指數(shù);Fmax為Fi的最大值;Fave為Fi的平均值，n為評價污染因子個數(shù)。

1.2.3 改進內梅羅污染指數(shù)法

在實際工作中，往往有一些評價因子（如總磷、汞）的實測濃度不大，但是對水質的影響很大，為了改進傳統(tǒng)內梅羅指數(shù)法中突出最大污染因子，忽略其余污染因子的缺陷，引入各污染因子在水質評價中所占的權重問題，引入代替計算權重內梅羅指數(shù)[7-11]：

式中，為第i種污染因子的相關性比值;為各類評價指標中最大的，為各污染因子的標準值。

2 數(shù)據(jù)資料來源及收集

本研究數(shù)據(jù)來源于浙江省嘉興生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，2019年全年對京杭大運河嘉興段7個斷面進行監(jiān)測分析（表1）。選取該區(qū)域水源具有代表性的6項指標作為監(jiān)測項目，依次為溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮和總磷。評價標準采取《地表水環(huán)境質量標準》GB3838-2002，評價標準見表2 。

3 評價體系的建立

3.1 單因子指數(shù)法

根據(jù)GB3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》，本文中京杭大運河嘉興市所屬監(jiān)測斷面的監(jiān)測指標及類別分類標準如表2所示。

3.2 傳統(tǒng)內梅羅污染指數(shù)法

根據(jù)各污染指標的標準濃度，計算各級標準對應的內梅羅污染指數(shù)值：Ⅰ類：P標準≤0.62;Ⅱ類：0.62 2.38則為劣Ⅴ。

3.3 改進內梅羅污染指數(shù)法

以Ⅲ類水為標準，總磷對地表水斷面水質的影響最大，權重值為0.75。一般情況下，地表水數(shù)值標準中污染指標的濃度越小，說明對水質的危害越大，兩者成反比列的內在關系。根據(jù)各污染指標的標準濃度，計算各級標準對應的內梅羅污染指數(shù)值：Ⅰ類：P標準≤0.44;Ⅱ類：0.44 2.25則為劣Ⅴ。

4 結果及討論

3種統(tǒng)計方法結果表明，在選取的7個監(jiān)測斷面中，年均水質類別都為Ⅲ類，均達到功能類別要求。單因子指數(shù)法顯示斷面1、5、6、7監(jiān)測點位污染指數(shù)最高的檢測項目為總磷;斷面2的主要污染物為化學需氧量;斷面3和4的主要污染物分別為五日生化需氧量和氨氮。

由于3種統(tǒng)計方法所得到的結果閾值不同，評價標準也不一致，所以3個指數(shù)之間沒有直接的可比性，為比較3種方法的評價結果，我們除了對7個斷面的年均水質類別進行判斷以外，還對7個斷面每個月的水質情況進行了計算和分析。7個斷面的檢測中，數(shù)據(jù)采集為每月一次，故可以得到84組數(shù)據(jù)，對這84組數(shù)據(jù)分別采用3種評價方法進行統(tǒng)計，結合每個月斷面的水質監(jiān)測指標進行級別判定，可以得出不同計算方法下的不同評價結果（圖1，表3）。

由圖1可以看出：單因子指數(shù)法因為以指標最差項為評價依據(jù)，所以在某些斷面的某些月份會出現(xiàn)水質類別為Ⅴ類的斷面;而傳統(tǒng)內梅羅指數(shù)不僅考慮了平均污染值的影響，還兼顧了最大超標污染物的影響，所以利用內梅羅指數(shù)進行統(tǒng)計以后，7個斷面全年12個月共84次統(tǒng)計結果中，Ⅴ類水質斷面變?yōu)榱刷纛愃|;傳統(tǒng)的內梅羅指數(shù)由于受到自身算法的限制，存在一個公認的缺點，即評價結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果影響有限，屬于相對嚴格的水質評價方法[12-14]。對于很多研究性工作來說，該點不利于對水體質量作出全面均衡的評價。而改進的內梅羅指數(shù)講權重值最大的評價指標納入計算以后，考慮了各評價指標之間的差異性和相對重要性，彌補了傳統(tǒng)的內梅羅指數(shù)過于突出污染最大項的缺點。傳統(tǒng)內梅羅指數(shù)中全年每月次監(jiān)測結果中，7個斷面以Ⅲ（占比為56.0%）和Ⅳ類水質為主（占比為38.1%）;而改進后的內梅羅指數(shù)顯示結果以Ⅲ類水為主，占比為71.4%，所以改進內梅羅指數(shù)模型的評價結果總體上更符合實際。

5 結論

改進內梅羅指數(shù)法在京杭大運河嘉興市所屬斷面水質評價中有較好的適應性。此種統(tǒng)計方式提供的計算過程簡單，結果簡單明了，相較于簡單的單因子指數(shù)法和傳統(tǒng)的內梅羅指數(shù)法能夠更全面反映綜合水質狀況，能夠幫助管理和統(tǒng)計人員更全面和快速的統(tǒng)計、分析和掌握不同水體的綜合污染情況，是水資源保護和管理的有力工具。

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收稿日期：2020-08-09

基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項課題（編號：2017ZX07206-001）

作者簡介：李莉（1983-），女，博士，工程師，研究方向為環(huán)境質量評價。

通訊作者：蘇營營（1980-），女，博士，高級工程師，研究方向為環(huán)境質量評價。