指數(shù)評(píng)價(jià)法在安塞茶坊水源地的應(yīng)用

張智印，張晨招，崔虎群

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

有資料表明［1－3］，我國(guó)城市70% ～80%的淺層地下水、30%的深層地下水已被污染，90%的城市地下水不同程度遭受氮、有機(jī)烴和微量有毒有害元素污染，地下水環(huán)境污染已呈現(xiàn)由點(diǎn)向面、由城市向農(nóng)村擴(kuò)展的趨勢(shì)，并且污染物種類(lèi)越來(lái)越多，污染危害越來(lái)越嚴(yán)重。尤其是在以地下水作為主要供水水源的地區(qū)，地下水一旦受到污染，其后果將不堪設(shè)想。

水質(zhì)評(píng)價(jià)是對(duì)某一區(qū)域水環(huán)境進(jìn)行環(huán)境要素分析，對(duì)水質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的過(guò)程。通過(guò)水質(zhì)評(píng)價(jià)，可以了解和掌握水質(zhì)變化趨勢(shì)，準(zhǔn)確地反映水體污染狀況和程度，為水資源利用保護(hù)、規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)［4］。目前水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法有很多，常用的有指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊數(shù)學(xué)法、物元分析法、灰色評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等。指數(shù)評(píng)價(jià)法因?yàn)槠溆?jì)算簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀(guān)和便于比較的特點(diǎn)，在水質(zhì)評(píng)價(jià)中最廣為采用，包括單因子指數(shù)法、F值評(píng)分法、尼梅羅污染指數(shù)法。本文以安塞茶坊水源地勘察項(xiàng)目提供的水質(zhì)檢測(cè)資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、尼梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)水源地地下水進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。

1 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)常用方法

1.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法的基本思想是一票否決原則［5］，即在所有參與評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，若有某一單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，則所屬水域的使用功能便喪失或者說(shuō)得不到滿(mǎn)足。我國(guó)目前發(fā)布的全國(guó)主要流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)周報(bào)中，便采用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)水體使用功能。

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法是按照評(píng)價(jià)指標(biāo)所在的限值區(qū)間確定地下水質(zhì)量類(lèi)別，不同地下水質(zhì)量類(lèi)別的指標(biāo)限值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣。地下水質(zhì)量類(lèi)別按單指標(biāo)最高類(lèi)別確定，并指出超標(biāo)樣品最高類(lèi)別的指標(biāo)［6］。水質(zhì)指數(shù) I i的計(jì)算公式為:

Ii=Ci/Ci0

式中:Ii為單因子水質(zhì)指數(shù)，無(wú)量綱;Ci為第 i類(lèi)污染物實(shí)測(cè)濃度(mg/L);Ci0為第i類(lèi)污染物的污染起始值或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L);

當(dāng)I≤1時(shí)，表示水體未污染;

當(dāng)I≥1時(shí)，表示水體污染，具體數(shù)值直接反映污染物超標(biāo)程度。

單因子評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)依據(jù)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)已經(jīng)頒布執(zhí)行的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－93)中，依據(jù)我國(guó)地下水質(zhì)量狀況和人體健康基準(zhǔn)值，參照生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等用水水質(zhì)要求，將地下水質(zhì)量劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)于優(yōu)良、良好、較好、較差和極差5個(gè)等級(jí)。Ⅰ類(lèi)主要反映地下水化學(xué)組分的天然低背景含量;Ⅱ類(lèi)反映化學(xué)組分的天然背景含量，均適用于各種用途;Ⅲ類(lèi)以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水;Ⅳ類(lèi)以工、農(nóng)業(yè)用水要求為依據(jù)，除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當(dāng)處理后可作生活飲用水;Ⅴ類(lèi)不宜飲用。共涉及指標(biāo)39項(xiàng)，其中20項(xiàng)指標(biāo)被規(guī)定為水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目［7－9］。目前單因子評(píng)價(jià)主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法是用某水樣各組分的實(shí)測(cè)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比值作為該組分的指數(shù)，然后通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)各組分的指數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算得到該水樣的綜合指數(shù)，作為最終水質(zhì)評(píng)價(jià)尺度。劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

式中:Ci為i組分的實(shí)測(cè)值;C0為i組分的比較值。

表1 內(nèi)梅羅指數(shù)法地下水質(zhì)量級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值

根據(jù)測(cè)試結(jié)果 ，選擇有分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)且有檢出的指標(biāo)作為參評(píng)指標(biāo)，研究區(qū)選用 8項(xiàng)常規(guī)指標(biāo):鈉(Na)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、氯離子(Cl－)、硫酸根(SO42－)、總硬度(TH)、總鐵(Fe)、錳(Mn)和 3項(xiàng)無(wú)機(jī)毒理指標(biāo):氟化物(F－)、六價(jià)鉻(Cr6+)、砷(As)共11個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。選評(píng)指標(biāo)的限值以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－2007)(報(bào)批稿)為基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)而確定(表 2)。

2.2 實(shí)測(cè)濃度值

實(shí)測(cè)濃度值見(jiàn)表3。

2.3 單指標(biāo)評(píng)價(jià)

根據(jù)單指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，對(duì)12個(gè)樣品進(jìn)行單指標(biāo)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示在12個(gè)樣品中，符合Ⅲ類(lèi)的水點(diǎn)4個(gè)，占總?cè)↑c(diǎn)數(shù)的33.3%，符合Ⅳ類(lèi)的水點(diǎn)7個(gè)，占總?cè)↑c(diǎn)數(shù)的58.3%，符合Ⅴ的類(lèi)水點(diǎn)1個(gè)，占總?cè)↑c(diǎn)數(shù)的 8.4%(圖 1)，無(wú)Ⅰ、Ⅱ類(lèi)水，地下水質(zhì)量超標(biāo)率為:66.7%，從單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看研究區(qū)地下水超標(biāo)情況較嚴(yán)重。

11個(gè)指標(biāo)中超Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的有2項(xiàng):Na+、SO42－，占評(píng)價(jià)指標(biāo)總數(shù)的18.2%，其中，NO3－和 As為無(wú)機(jī)毒理指標(biāo)，其余為無(wú)機(jī)常規(guī)指標(biāo)，Na+組分超標(biāo)率較大，為50%，SO42－組分超標(biāo)率為10%，因此，可以認(rèn)為 Na+、SO42－等組分的超標(biāo)是影響區(qū)域地下水質(zhì)量的主要因素。

圖1 單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果分類(lèi)餅圖

表2 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及其限值

2.4 尼梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)

根據(jù)尼梅羅指數(shù)法計(jì)算公式，對(duì)樣品評(píng)價(jià)結(jié)果如下表4。

樣品評(píng)價(jià)結(jié)果顯示12個(gè)樣品中符合Ⅱ類(lèi)的水點(diǎn)6個(gè)，符合Ⅰ類(lèi)的水點(diǎn)6個(gè)，研究區(qū)無(wú)地下水超標(biāo)。評(píng)價(jià)分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 尼梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分類(lèi)餅圖

mg/L表3 12份水樣檢測(cè)結(jié)果

表4 尼梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表

2.5 兩種方法評(píng)價(jià)結(jié)果比較

表5 不同評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果比較表

從水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比情況(表5)來(lái)看，兩種方法評(píng)價(jià)結(jié)果的差異較大。單因子評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)地下水質(zhì)量差。這是因?yàn)樵摲椒ò训叵滤|(zhì)量類(lèi)別按單項(xiàng)組分的最高類(lèi)別確定，考慮因素過(guò)于直觀(guān)、單一，與多種因素共同反映的地下水質(zhì)量總體特征差距較大，因此，當(dāng)需要總體把握區(qū)域地下水質(zhì)量狀況時(shí)，不適宜采用該方法。但利用單因子評(píng)價(jià)結(jié)果能夠明確解釋單一組分超標(biāo)程度，并進(jìn)一步區(qū)分影響區(qū)域地下水水質(zhì)的主要因素。根據(jù)單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，明確Na、SO42－組分的超標(biāo)是影響研究區(qū)地下水質(zhì)量的主要因素，這不僅能對(duì)其它方法評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性進(jìn)行判斷，而且能為地下水污染研究提供指導(dǎo)性的思路。內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)地下水質(zhì)量較好。這是因?yàn)閮?nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)算過(guò)程突出少數(shù)高超標(biāo)組分對(duì)水質(zhì)的影響程度，綜合指數(shù)PI對(duì)超標(biāo)組分的超標(biāo)數(shù)量以及超標(biāo)倍數(shù)反應(yīng)敏感，而對(duì)非超標(biāo)或低超組分反應(yīng)一般，表現(xiàn)為該方法評(píng)價(jià)結(jié)果中無(wú)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類(lèi)水。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)從評(píng)價(jià)結(jié)果看，研究區(qū)水質(zhì)較好。但兩種不同評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大，因此，還需要進(jìn)一步的對(duì)研究區(qū)的水質(zhì)采用其他評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(2)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單、明了，不能全面的反映水質(zhì)的整體狀況，但能直觀(guān)反映單項(xiàng)指標(biāo)的超標(biāo)情況，清晰判斷出主要污染指標(biāo)。尼梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定水質(zhì)類(lèi)型，在各指標(biāo)水質(zhì)分級(jí)明顯、超標(biāo)指標(biāo)較多或者沒(méi)有超標(biāo)指標(biāo)的情況下可以較合理的反映水質(zhì)狀況。但是它突出最大污染因素，即使參評(píng)項(xiàng)目中只有一項(xiàng)指標(biāo)值偏高，而其它指標(biāo)值較低也會(huì)使綜合評(píng)分值偏高，某種情況下一定程度上高估水質(zhì)污染程度。

(3)建議進(jìn)行地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，要根據(jù)評(píng)價(jià)目的不同而選用不同的評(píng)價(jià)方法，選用的評(píng)價(jià)方法不同，得到的結(jié)果就會(huì)有所差異。根據(jù)單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果可以判斷影響地下水質(zhì)量的主要因素，根據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，可以把握區(qū)域水質(zhì)總體特征，因此，在進(jìn)行地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，最好是利用單指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果和某種綜合評(píng)價(jià)結(jié)果共同描述地下水質(zhì)量特征。

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