利用改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評價蘇州市內(nèi)外城河水質(zhì)*

蔡曄，林怡雯，李月娥，林休休

（1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇蘇州 215004； 2.蘇州市職業(yè)大學，江蘇蘇州 215104）

利用改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評價蘇州市內(nèi)外城河水質(zhì)*

蔡曄1，林怡雯1，李月娥1，林休休2

（1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇蘇州 215004； 2.蘇州市職業(yè)大學，江蘇蘇州 215104）

采用改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法評價蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況。計算水質(zhì)的分級標準臨界值，以此作為評價水質(zhì)污染狀況的依據(jù)。研究結(jié)果表明，蘇州市內(nèi)外城河6個采樣點的水質(zhì)污染狀況不同，各個點位的水質(zhì)隨時間變化顯著（5月、9月、11月較好）。通過Pearson相關性分析可知，影響水質(zhì)的主要因素是營養(yǎng)元素（氨氮、總氮和總磷）及重金屬（6價鉻）。對比改進前后的兩種評價方法，改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對水質(zhì)污染狀況的評價更為科學客觀。

改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法；水質(zhì)評價；蘇州市河水

近幾十年來，隨著城市化、社會化的發(fā)展，大量污染物排入河流，水質(zhì)惡化已經(jīng)成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素［1-3］。蘇州市的河道在城市經(jīng)濟生活中占重要地位，外城河是護城河，是城市對外的通航河道；內(nèi)城河道伸入城市生活區(qū)，是城市給排水的重要組成部分。內(nèi)外城河的水質(zhì)評價是蘇州市水資源評價的重要組成部分，分析內(nèi)外城河的水質(zhì)狀況及水質(zhì)類別可為蘇州市內(nèi)外城河的利用、規(guī)劃和管理提供科學依據(jù)。

筆者采用改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法［4-5］對蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況進行綜合評價，并對引起水質(zhì)污染的主要作用因子及影響因素進行探討。

1 研究區(qū)域自然概況

1.1 地理位置

蘇州市是我國著名的歷史文化名城和重要的風景旅游城市，長江三角洲重要的中心城市之一。蘇州市位于江蘇省的東南角、長江三角洲的中部，東側(cè)與上海接壤，西側(cè)與無錫相鄰，瀕臨太湖，南接浙江，北隔長江與南通相望。

1.2 水文地質(zhì)條件

蘇州市境內(nèi)屬長江流域的太湖區(qū)。市內(nèi)河網(wǎng)縱橫交叉，湖蕩密布，是天然的水網(wǎng)地區(qū)。境內(nèi)大小河道有2萬多條。通長江的河道主要有望虞河、婁江、吳淞江、太浦河等11條。市內(nèi)骨干河道有京杭運河、元和塘、橫涇塘和鹽鐵塘等。河流的水量和水位主要受太湖、長江及京杭運河的影響，并與降水、農(nóng)時用水相關。市區(qū)河流落差小、補給水量小，流速緩慢，環(huán)城河及內(nèi)城河水經(jīng)常處于滯流狀態(tài)。

1.3 采樣點位及頻率

取樣點位分布見圖1。

圖1 取樣點位分布

2 改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法評價模型

2.1 水質(zhì)評價標準

水質(zhì)評價標準采用GB3838-2002《 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》。按照江蘇省環(huán)保廳蘇環(huán)監(jiān)［2008］8號文省控斷面規(guī)定，采樣點位的水質(zhì)類別為Ⅳ類水?？紤]蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)特點和對社會環(huán)境的影響，為合理地評價內(nèi)外城河的水質(zhì)優(yōu)劣和污染程度，結(jié)合本市水質(zhì)狀況，有針對性地選用汞、鎘、氰化物、總磷、氟化物、硒、鉛、氨氮、砷、六價鉻、總氮、陰離子表面活性劑、揮發(fā)酚、銅共14項作為評價指標［6］。相關項目的取樣與檢測按照文獻［7］進行。

2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法在計算式中含有評價參數(shù)中的最大分指數(shù)項，可以突出濃度最大的水質(zhì)指標對水環(huán)境質(zhì)量的影響和作用。式(1)為典型的內(nèi)梅羅指數(shù)計算公式［8］：

式中：Pj——按第j種標準計算得出的內(nèi)梅羅指數(shù)值；

Fj,max——在j種標準下，ci／Yij的最大值，F(xiàn)j,max=max{ci／Yij}；

i——選取評價指標的數(shù)目，i=1，2，……，n；

j——選取的指標所對應的水質(zhì)類別數(shù)，j=1，2，……，m；

ci——第i種污染因子的實測濃度；

Yij——第i種污染因子在j種標準下的標準值。

2.3 改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法

近年來，為克服傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅指數(shù)過于突出最大污染因子對水質(zhì)影響和未考慮權重因素的特點，有學者采用F ’j,max算式代替Fj,max，改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法的計算公式如式(2)［8］：

FW——權重值Wj最大的污染因子的ci與Yij比值。

其它符號與2.2相同。

2.3.1 污染因子權重Wj的計算

引入污染指數(shù)的加權平均值，代替內(nèi)梅羅公式中的污染指數(shù)算數(shù)平均值。權重Wj的計算過程如下：將各種參評的評價指標的排放標準Si由小到大順序排列S1，S2，……，Sn，將其最大值Smax與Si比較，令Ri表示第i種評價指標的相關比值，得到：

式中：Wi——第i種評價指標的權重值；

Ri＝Smax／Si。

改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法將權重值最大的評價指標值納入內(nèi)梅羅指數(shù)的計算，考慮了各評價指標之間的差異性和相對重要性，彌補了原始的內(nèi)梅羅指數(shù)法的不足［9］。以Ⅳ類水為計算標準，水質(zhì)評價的污染因子各自所占權重值的情況如表1所示。由表1可知，汞的含量對水質(zhì)影響最大，Wi權重為0.707。

表1 水質(zhì)評價因子權重值Wi

2.3.2 污染等級的劃分

以Ⅳ類水為計算標準，采用改進的內(nèi)梅羅指數(shù)方法計算水環(huán)境質(zhì)量標準中與待評價水體相同的污染因子，根據(jù)計算得到的污染指數(shù)與各類水的水質(zhì)類型來確定待評價水體的污染等級。

例如，Ⅰ類水中待評價污染因子的改進內(nèi)梅羅指數(shù)計算方法如下：將Ⅰ類水待評價污染因子的臨界數(shù)值比上Ⅳ類水各項的臨界數(shù)值，結(jié)果如表2所示。

表2 參評指標項的Ⅰ類水臨界數(shù)值比上Ⅳ類的臨界數(shù)值

表3 改進的內(nèi)梅羅指數(shù)Pj’與水質(zhì)劃分

3 評價結(jié)果與分析

3.1 評價結(jié)果

待評價的14項污染因子的檢測結(jié)果中，檢測限以下的數(shù)據(jù)在計算內(nèi)梅羅指數(shù)時按0 mg／L計。按照評價方法計算各個點位改進的內(nèi)梅羅指數(shù)的數(shù)值，結(jié)果見表4。

表4 蘇州內(nèi)外城河水質(zhì)評價內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果比對

由表4可知，內(nèi)梅羅指數(shù)法改進后所得結(jié)果更為準確。由內(nèi)梅羅指數(shù)值可知，蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài)。而由改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法數(shù)值可知，不同采樣點的水質(zhì)不同，一年6個月的采樣中，采樣點位1，2，3，4，5，6能夠滿足Ⅳ類水要求的概率分別為50%，50%，83.3%，17.7%，67.7%，67.7%。此外，不同采樣點的水質(zhì)污染狀況隨時間變化顯著，5月、9月、11月的水質(zhì)狀況較好，而1月、3月、7月較差。采用SPSS統(tǒng)計軟件對14項污染因子與改進的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值進行Pearson相關性分析，結(jié)果表明在0.01置信水平上，氰化物（P=0.451）、總磷（P=0.546）、氨氮（P=0.872），6價鉻（P=0.539）和總氮（P=0.942）與改進的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值呈顯著相關性。

3.2 數(shù)據(jù)分析

1月屬于枯水期，水位較低，對水中污染物具有一定的富集作用，使得水中污染物濃度水平偏高。3月，蘇州市政府開始進行河底清淤工作，使得底泥中的內(nèi)源污染物釋放出來，水質(zhì)也不太好。進入5月后，天氣變暖，居民用水增多和降雨等原因，使得水位上升，水質(zhì)變好。而2013年7月天氣較熱，水蒸發(fā)較為劇烈，使得河流的水位很低，污染物濃度偏高。由表4可知，6個點位超標的主要是氨氮、總氮、總磷這3項指標。Perason相關性分析也證明了城河水質(zhì)好壞受氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)影響較大。史永松等［10］在研究蘇州市外城河水質(zhì)變化趨勢中發(fā)現(xiàn)，在1996～2006年間，蘇州市外城河的主要污染物由石油類變?yōu)榘钡?。而本研究表明，氨氮、總氮、總磷均為?nèi)外城河的主要污染物，是河道治理的主要對象。

4 結(jié)論

（1）對內(nèi)梅羅指數(shù)的計算進行修正，對不同污染因子賦予權重，考慮了危險性最大的污染因子對水質(zhì)的影響，削弱了最大值對計算的影響；

（2）采用內(nèi)梅羅指數(shù)和改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對蘇州內(nèi)外城河6個采樣點一年的水質(zhì)污染狀況進行評價，結(jié)果表明內(nèi)梅羅指數(shù)法對水質(zhì)污染狀況的評價缺乏足夠細微的辨識度；

（3）改進的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值結(jié)果顯示不同采樣點的水質(zhì)污染狀況不同，各采樣點的水質(zhì)污染狀況隨時間變化顯著，其中5月、9月、11月的水質(zhì)狀況較好，而1月、3月、7月較差；將14項污染物因子與改進的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值做Pearson相關性分析，結(jié)果顯示蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況受營養(yǎng)元素（氨氮、總氮、總磷）的影響最大，重金屬（6價鉻）對水質(zhì)也有一定的影響；改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法更加合理，能夠客觀地反映蘇州市內(nèi)外城河水質(zhì)污染狀況。

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［5］寇文杰，林健，陳忠榮，等.內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評價中存在的問題及修正［J］.南水北調(diào)與水利科技，2012，10(4): 39-41.

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［9］關云鵬.利用內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評價地下水水質(zhì)的探討［J］.山西水利科技，2012(1): 81-84.

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Evaluation of Water Quality of City River in Suzhou by Improved Nemerow Index Method

Cai Ye1, Lin Yiwen1, Li Yuee1, Lin Xiuxiu2
（1. Suzhou Environmental Monitor Centre, Suzhou 215004, China; 2. Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China）

The water pollution situation of city river in Suzhou was evaluated by improved Nemero index method. Based on calculating the criteria for the classification of water quality, the data were used to evaluate water pollution. The results showed that the water quality was different between six points of city river in Suzhou. Each point of the water quality varied significantly with time (May, September and November were better). By Pearson correlation analysis results, the main factors affecting the water quality were the nutrients (ammonia, total nitrogen and total phosphorus) and heavy metals (hexavalent chromium). Comparison of the two evaluation methods of water pollution, improved Nemerow index method was more scientific and objective.

improved Nemero index method; water quality evaluation; water in Suzhou rivers

O651

A

1008-6145(2015)02-0084-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2015.02.025

*國家“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07506-003)

聯(lián)系人：林休休；E-mail: endless198211@163.com

2015-01-19