探討數(shù)字化定義內(nèi)梅羅指數(shù)法水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

□陳寧錦 □孟春芳 □孫 珂(新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局)

探討數(shù)字化定義內(nèi)梅羅指數(shù)法水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

□陳寧錦 □孟春芳 □孫 珂(新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局)

隨著社會(huì)的進(jìn)步,水污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，水質(zhì)分析與數(shù)字信息技術(shù)逐步完善，在數(shù)字環(huán)境下運(yùn)行與完善內(nèi)梅羅指數(shù)法，符合時(shí)代發(fā)展的需要，符合水質(zhì)評(píng)價(jià)發(fā)展的需要。文章是在C語(yǔ)言環(huán)境中定義內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的類別劃分，主要運(yùn)用數(shù)組機(jī)器語(yǔ)言規(guī)則做為主要指導(dǎo)思想解析算法。以新鄉(xiāng)市、焦作市2014年重點(diǎn)水功能區(qū)檢測(cè)斷面評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)字化處理為例。通過(guò)對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)定義完善水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，促進(jìn)水資源的利用。

內(nèi)梅羅指數(shù)；C語(yǔ)言；水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果；重點(diǎn)水功能區(qū)斷面。

1 數(shù)據(jù)環(huán)境

內(nèi)梅羅指數(shù)作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要方法，運(yùn)用十分廣泛，但其也具有一定缺陷。

1.1 C語(yǔ)言

C語(yǔ)言是國(guó)際上廣泛流行的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，既可以用來(lái)編寫系統(tǒng)軟件，也可以用來(lái)編寫應(yīng)用軟件[1]。它是把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)的工作單元。

它將文件當(dāng)作一個(gè)“流”，按字節(jié)處理[2]。它的主要特點(diǎn)有：簡(jiǎn)潔靈活；運(yùn)算范圍廣泛；能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型的運(yùn)算；C語(yǔ)言程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立；C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)自由度大；C語(yǔ)言可以用來(lái)寫系統(tǒng)軟件；C語(yǔ)言程序執(zhí)行效率高；C語(yǔ)言適合于多種操作系統(tǒng),如DOS、UNIX,也適用于多種機(jī)型。

1.2 C語(yǔ)言的運(yùn)行環(huán)境

VisualC++是MicrosoftVisualStudio的一部分，因此需要找到正版VisualStudio的軟件，執(zhí)行其中的setup.exe,并按照屏幕上的提示進(jìn)行安裝即可，在ghost環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)程序編譯及調(diào)試。

2 分析方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 分析方法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是基于算術(shù)平均法的一種水質(zhì)評(píng)價(jià)其具備許多優(yōu)點(diǎn)，尤其是數(shù)學(xué)過(guò)程簡(jiǎn)潔、運(yùn)算方便目前應(yīng)用比較廣泛的一種評(píng)價(jià)法方。但其也有一定的缺陷[3]，文章對(duì)其結(jié)果進(jìn)行完善。內(nèi)梅羅（Nemerow）污染指數(shù)公式：

2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《水環(huán)境檢測(cè)規(guī)范》（SL219-2013）、《水質(zhì)分析方法標(biāo)準(zhǔn)匯編》（2004）、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），進(jìn)行采樣、分析、評(píng)價(jià)。以計(jì)算2014年新鄉(xiāng)市、焦作市重點(diǎn)水功能區(qū)斷面水域污染等級(jí)為例，取CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，監(jiān)測(cè)斷面一月份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3 數(shù)據(jù)運(yùn)行與結(jié)果處理

3.1 數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境展示

打開(kāi)VC++6.0軟件選擇C語(yǔ)言界面。內(nèi)梅羅指數(shù)公式編譯為機(jī)器指令，及相應(yīng)輔助指令。

#include”stdio.h”

#include”math.h”

Voidmain{

{

Inti,n,j;

….

Floata[10],b[10];

Floatc[6][5]={0，0，0，0，0，},{2，15，3，0.15,0.02},{4,15,3,0.5,0.1},..

….

先把上述（1）、（2）公式，解析為C語(yǔ)言，使其符合機(jī)器語(yǔ)言規(guī)則。在此把一類水至五類水標(biāo)準(zhǔn)以數(shù)組形式存儲(chǔ)于程序中，再對(duì)污染因子進(jìn)行計(jì)算、對(duì)比時(shí)調(diào)用。I、j、n為變量，[6][5]數(shù)組對(duì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的解析，[6]代表0類水至劣Ⅴ類水，[5]代表每類水各個(gè)監(jiān)測(cè)因子的值，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。命令依此進(jìn)行，直至運(yùn)行結(jié)束得出結(jié)果，并輸出顯示于屏幕上。注：全文源代碼只展示一部分。

表1 監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)表

以斷面谷旦閘為例通過(guò)數(shù)字化運(yùn)算。根據(jù)輸入框的提示，輸入相應(yīng)數(shù)值。

經(jīng)過(guò)上述源代碼的運(yùn)行調(diào)試，在第一行屏幕顯示輸入預(yù)期達(dá)到的水質(zhì)目標(biāo)，由于每個(gè)斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)類不一樣，根據(jù)實(shí)際情況填寫水質(zhì)達(dá)標(biāo)類。在運(yùn)行時(shí)調(diào)用出該類各項(xiàng)水質(zhì)值。再根據(jù)提示按順序輸入監(jiān)測(cè)因子，通過(guò)程序運(yùn)行再輸入完監(jiān)測(cè)因子之后可快速得出結(jié)果F，手工計(jì)算所不能及。如圖1。

圖1 F值運(yùn)算圖

F顯示為一個(gè)數(shù)值，無(wú)法反應(yīng)水體的水質(zhì)類別和污染等級(jí)，以下是對(duì)此問(wèn)題的解決方案。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果定義與處理

根據(jù)國(guó)標(biāo)Ⅰ類至劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將河流劃分為6個(gè)水質(zhì)等級(jí)設(shè)Y={Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類}，依次為K={清潔、較清潔、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴(yán)重污染}，即K為水質(zhì)評(píng)語(yǔ)結(jié)論；根據(jù)國(guó)標(biāo)選5個(gè)指標(biāo)CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P，即Q={CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、P}。R為評(píng)價(jià)因素(F)在評(píng)語(yǔ)（K）上的條件，即R為公式（3）、（4），在此用機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行運(yùn)算，評(píng)價(jià)因子通過(guò)R計(jì)算出L（在程序中L的值為F的值），對(duì)應(yīng)于評(píng)語(yǔ)Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類。依據(jù)內(nèi)梅羅污染指數(shù)思想與構(gòu)思，推導(dǎo)出公式（3）、(4)對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行定義[4]。

式中：Coi為地表水檢測(cè)斷面Ⅲ類；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)目5。依次代入Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行機(jī)器指令，如圖2。在顯示區(qū)域依次輸入國(guó)標(biāo)達(dá)標(biāo)值，計(jì)算出內(nèi)梅羅指數(shù)F值，進(jìn)行判斷定義污染等級(jí)、達(dá)標(biāo)類型得出水質(zhì)定義分級(jí)表[5]。并存儲(chǔ)水質(zhì)定義分類表，在進(jìn)行實(shí)際污染因子計(jì)算考核時(shí)調(diào)用、對(duì)比、參照得出相應(yīng)詳細(xì)結(jié)果。

#include”stdio.h”

#include”math.h”

Voidmain{

{

Inti,n,j;

….

Floata[10],b[10];

……

圖2 水質(zhì)分級(jí)圖

Coi為公式（3）、（4）的基線標(biāo)準(zhǔn)，必須具有全面性與概括性，運(yùn)用機(jī)器語(yǔ)言依次將Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類作為基線算出表2。

表2 水質(zhì)定義分級(jí)表

證明數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性、可靠性，以概率統(tǒng)計(jì)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，若隨機(jī)變量X服從一個(gè)數(shù)學(xué)期望為μ、方差為σ^2的正態(tài)分布，記為N(μ，σ^2)。其概率密度函數(shù)為正態(tài)分布的期望值μ決定了其位置，其標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布的幅度。將正態(tài)分布算法思想解析、編譯機(jī)器語(yǔ)言，分步驟計(jì)算得出結(jié)果，再依次比較分析如下計(jì)算顯示得出表3。

請(qǐng)按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序輸入

2.00 15.00 3.00 0.15 0.02

Fmax=1.00

Fave=1.00

內(nèi)梅羅指數(shù)F[1]=1.00

請(qǐng)按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序輸入

4.00 15.00 3.00 0.5 0.1

Fmax=5.00

Fave=2.47

內(nèi)梅羅指數(shù)F[2]=3.94

請(qǐng)按照CODmn CODcr BOD5 NH3-NP的次序輸入

6.00 20.00 4.00 1.00 0.20

Fmax=10.00

Fave=4.47

內(nèi)梅羅指數(shù)F[3]=7.74

請(qǐng)按照CODmnCODcrBOD5NH3-NP的次序輸入

10.00 30.00 6.00 1.50 0.30

Fmax=15.00

Fave=6.80

內(nèi)梅羅指數(shù)F[4]=11.65

……

依次計(jì)算出至Ⅴ的Ⅰ類～Ⅴ類數(shù)值。

表3 Coi參比標(biāo)準(zhǔn)分析表

根據(jù)正態(tài)分布規(guī)律隨機(jī)性顯然變量X是Ⅲ類概率最大，故選Ⅲ類為基線。

成果演示，經(jīng)過(guò)上述各個(gè)問(wèn)題的論證通過(guò)機(jī)器語(yǔ)言編譯、統(tǒng)計(jì)、解析，對(duì)內(nèi)梅羅指數(shù)F值定義水質(zhì)類型、分析基線判斷是否符合本月達(dá)標(biāo)情況值。完善內(nèi)梅羅指數(shù)在實(shí)際污染因子應(yīng)用中的缺陷、對(duì)問(wèn)題因子修正，數(shù)字化處理公式（3）（4）、圖表2，綜合運(yùn)算解析得圖3。

由此依次算出各個(gè)斷面的達(dá)標(biāo)情況。

4 結(jié)論

文章基于水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的數(shù)學(xué)依據(jù)，轉(zhuǎn)為機(jī)器語(yǔ)言，對(duì)內(nèi)梅羅指數(shù)法的公式進(jìn)行機(jī)器語(yǔ)言編譯。通過(guò)操作簡(jiǎn)單、綜合、直觀地論述水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論對(duì)數(shù)值結(jié)果定義水質(zhì)類別。內(nèi)梅羅指數(shù)公式，計(jì)算所得數(shù)值無(wú)法全面判斷水質(zhì)的具體情況，對(duì)數(shù)值完善通過(guò)數(shù)組對(duì)比與概率統(tǒng)計(jì)佐證得出具體水質(zhì)狀況。信息處理數(shù)字化客觀公正評(píng)價(jià)水質(zhì)，對(duì)數(shù)據(jù)溯源性、水質(zhì)資料保存、水資源的有效利用起到積的作用。

圖3 成果展示圖

[1]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)，京:清華大學(xué)出版社，2012.

[2]陳武.湖北長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院，淺談C語(yǔ)言的學(xué)習(xí)技巧，2007.5.

[3]何增輝.修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在水源地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，廣東化工2011.07.

[4]丁雪卿.改進(jìn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在集中式飲用水源地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，2010.4.

[5]閆欣.榮正的內(nèi)梅羅指數(shù)法及其在城市地下飲用水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，地下水，2010.01.

（責(zé)任編輯：趙 鑫）

X 824

A

1673-8853（2016）10-0037-03

2016-08-08