一種新內(nèi)梅羅指數(shù)法的修正方法及應用

倪天翔，楊 慶，王俊豪，趙 慧，金華麗，喬 玲

(1.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院,北京 100081; 2.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊,北京 100195;3中國地質(zhì)大學,北京 100083)

內(nèi)梅羅指數(shù)法是沿用了23年的地下水質(zhì)量標準(GB/T 14848—1993)中推薦的地下水綜合評價方法[1～4]。2018年5月1日開始實施的地下水質(zhì)量標準(GB/T 14848—2017)[5]中已經(jīng)沒有該方法。但經(jīng)過二十多年的廣泛使用，該方法同綜合模糊評判法、單因子指數(shù)法一樣，仍然不失為一種經(jīng)典方法。該方法計算過程簡潔，能夠定性和定量的反映水質(zhì)污染的性質(zhì)和程度。但是，內(nèi)梅羅指數(shù)法也存在一些缺陷[6～10]，對其進行修正可以更加客觀地評價地下水質(zhì)量狀況。

1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

1.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法的步驟

內(nèi)梅羅指數(shù)法的步驟可以概括如下：

(1)根據(jù)地下水質(zhì)量標準中的地下水質(zhì)量分類指標進行各單項組分評價，劃分組分所屬質(zhì)量類別。

(2)對各類別按照表1的規(guī)定分別確定單項組分的評價分值Fi。

表1 地下水質(zhì)量評分

(3)計算綜合評價分值F：

(1)

(2)

Fmax——各單項組分評分值Fi的最大值；

n——項數(shù)。

(4)根據(jù)F值，按照表2的規(guī)定劃分地下水質(zhì)量級別。

表2 地下水質(zhì)量分級Table2 The classifications of ground water quality

1.2 利弊分析

由式(1)可以看出,內(nèi)梅羅指數(shù)法在公式中給予了最大值和平均值相同的地位。該方法運算簡潔,物理意義清晰[1,6～7]?？梢愿鶕?jù)求得的F值方便的比較不同地區(qū)的地下水質(zhì)量狀況。但是,內(nèi)梅羅指數(shù)法也有一些不足之處。

Fi在各級水質(zhì)指標臨界值附近突變，而污染物濃度卻是連續(xù)分布。在各級標準附近，污染物濃度的微小變化都將導致Fi值的較大變化，而在同一級標準范圍內(nèi)，污染物濃度變化卻對Fi值沒有影響，使得Fi并不能客觀地反映出污染物的濃度情況，降低了環(huán)境質(zhì)量評價的靈敏度。

0.707Fmax

(3)

在Fmax確定的情況下，F(xiàn)值只能在非常小的范圍內(nèi)波動。又由于Fmax取值只能是0、1、3、6、10幾個離散的值，可以得出F值的可能范圍(表3)。

表3 F值的可能范圍

對照表2和表3可以看出，Ⅳ類水的取值范圍和F值可能范圍的重合范圍極小，只有當F值介于4.242～4.25之間時，即Fmax=6且又較小時，評價結(jié)果才有可能為Ⅳ類，使得評價結(jié)果失實。

對于內(nèi)梅羅指數(shù)法的上述問題，一些研究給出了修正方法[1～2,6～10]。何增輝[9]在平均值中引入權(quán)重值，用加權(quán)平均值代替算術(shù)平均值，在平均值中突出了對環(huán)境和人體危害程度較大的指標，但因沒有對最大值進行修正，修正方法對最終結(jié)果影響較小。李玲玲[2]、李小麗[7]用最大值和算術(shù)平均值的均值代替最大值,削弱極大值的作用。但此種方法大幅降低了F值計算結(jié)果,卻仍然沿用原有的標準值范圍。并且，該方法并沒有解決Fi值不連續(xù)的問題?？芪慕躘6]提出了一種使Fi值連續(xù)的修正方法，但因修正后的Fi期望值小于修正前，導致計算出的所有最大值都比修正前小，影響了評價的客觀性。因此，有必要對內(nèi)梅羅指數(shù)法提出一種新的修正方法解來決上述問題。

2 修正內(nèi)梅羅指數(shù)

2.1 對Fi值的修正

(4)

(5)

(6)

u——水樣某單項組分的濃度；

Si——水樣該單項組分的第i級標準值。

2.2 對的修正

(7)

當參加評分的項目數(shù)n≤5，m=n；當n>5時，m一般取5，在地下水污染較為嚴重的地區(qū)，適當增大m值，根據(jù)實際情況確定。

圖1 Fi值與污染物濃度u關(guān)系曲線圖Fig.1 Relation curve of Fi and u

3 實例應用

選取北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊取得的懷柔雁棲開發(fā)區(qū)及周邊16個監(jiān)測點地下水樣品測試數(shù)據(jù)進行評價，參評指標包括總硬度、溶解性總固體、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳、銅、鋅等地下水質(zhì)量標準中涉及的指標27項。評價結(jié)果見表4。

表4 評價結(jié)果

圖2 修正前后F與Fmax關(guān)系圖Fig.2 Relation between F and Fmax before and after improvement

在表4中，水樣7的Fmax為6，按照單因子法，顯然有某一項指標處于Ⅳ水標準。傳統(tǒng)內(nèi)梅羅指數(shù)法對這個水樣的評價結(jié)果為Ⅳ類水。按照新方法，該點污染最嚴重的指標值僅略高于S3，屬于Ⅳ類水中的低限，綜合所得出的水質(zhì)為Ⅲ類水。根據(jù)地下水質(zhì)量標準[4]，Ⅲ類水主要適用于集中式生活飲用水源，而Ⅳ類水作為生活飲用水源需要適當?shù)靥幚怼Ｒ虼诉@種方法應用于Fmax略高于S3的監(jiān)測點時需要慎重。

4 結(jié)論

(3)一般情況下，經(jīng)該方法計算得出的F值能夠更加客觀的反映地下水質(zhì)量狀況。但這種方法應用于評價Fmax略高于S3的監(jiān)測點水質(zhì)時有可能低估污染程度，在這種情況下需謹慎應用。

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