内梅罗指数评价法的修正及其应用.doc

1、n E第 25 卷 第 6 期2009 年 1 1 月水 资 源 保 护WATER RESOURCES PROTECTIONVol . 25 No. 6Nov. 2009内 梅 罗 指 数 评 价 法 的 修 正 及 其 应 用李 亚 松 , 张 兆 吉 , 费 宇 红 , 王 昭( 中 国 地 质 科 学 院 水 文 地 质 环 境 地 质 研 究 所 , 河 北 石 家 庄 050061)摘 要 : 针 对 目 前 采 用 内 梅 罗 指 数 法 评 价 地 下 水 质 量 过 程 中 存 在 的 问 题 , 考 虑 毒 性 金 属 的 积 累 效 应 , 引 入 权 重 值 概 念 ,

2、对 内 梅 罗 指 数 法 进 行 改 进 , 并 将 改 进 前 后 2 种 方 法 应 用 于 深 泽 县 研 究 区 地 下 水 质 量 评 价 。 结 果 表 明 : 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 可 以 在 一 定 程 度 上 消 除 极 大 值 的 影 响 , 并 提 高 毒 理 指 标 的 影 响 程 度 , 能 够 对 地 下 水 质 量 进 行 较 为 合 理 的 评 价 。关 键 词 : 地 下 水 质 量 评 价 ; 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 ; 权 重 值中 图 分 类 号 : X824 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1004O6933

3、( 2009) 06O0048O03地 下 水 不 仅 是 人 们 日 常 用 水 的 主 要 来 源 , 同 时 也 是 复 杂 生 态 环 境 系 统 中 敏 感 的 组 成 因 子 之 一 , 地 下 水的 变 化 往 往 会 影 响 生 态 环 境 系 统 的 天 然 平 衡 状 态 。 鉴 于 地 下 水 在 生 物 圈 和 地 质 环 境 中 的 特 殊 地 位 , 对 地 下 水 质 量 进 行 全 面 合 理 的 评 价 显 得 尤 为 重 要 。1 方 法 概 述目 前 用 于 地 下 水 质 量 评 价 的 方 法 主 要 有 内 梅 罗 指 数 法 、 模 糊 数 学 综

4、 合 评 价 法 、 灰 色 聚 类 分 析 法 以 及 人 工 神 经 网 络 法 等 几 种 , 其 中 内 梅 罗 指 数 法 是 国 家 技 术 监 督 局 于 1994 年 实 施 、 2007 年 修 订 的 GB14848 ) 20075 地 下 水 质 量 标 准 6 1 中 推 荐 的 方 法 。 该 方 法 在 具 备 许 多 优 点 的 同 时 也 存 在 着 一 些 问 题 。 为 此 , 笔 者 对 内 梅 罗 指 数 法 进 行 深 入 剖 析 , 提 出 了 改进 方 法 , 并 应 用 于 典 型 区 , 在 对 比 2 种 方 法 的 同 时 得 到 一 个

5、翔 实 的 水 质 评 价 结 果 。1. 1 内 梅 罗 指 数 法利 用 内 梅 罗 指 数 法 进 行 地 下 水 质 量 评 价 , 可 分 为 3 个 步 骤 。a. 首 先 进 行 各 单 项 组 分 评 价 , 划 分 组 分 所 属 质 量 类 别 , 类 水 对 应 的 单 项 组 分 评 分 值 F i 分 别 为 0、 1、 3、 6、 10。b . 选 用 内 梅 罗 指 数 计 算 公 式 计 算 综 合 评 分值 F :F = ( F max 2 + F 2 ) / 2n其 中 F = 1 Fii = 1式 中 : F max 为 单 项 组 分 值 Fi 的 最

6、大 值 ; F 为 各 单 项基 金 项 目 : 中 国 地 质 调 查 项 目 ( 1212010634600)作 者 简 介 : 李 亚 松 ( 1983 ) ) , 男 , 河 北 深 州 人 , 硕 士 研 究 生 , 研 究 方 向 为 水 文 地 质 环 境 地 质 。 E2mail: Le easiam gma il. com# 48 #组 分 评 分 值 F i 的 平 均 值 ; n 为 项 数 。c. 根 据 F 值 按 表 1 规 定 划 分 地 下 水 质 量 级 别 。表 1 地 下 水 质 量 分 级 标 准级 别 优 良 良 好 较 好 较 差 极 差F 71 2

7、0将 Fcmax代 替 原 公 式 中 F max 可 得 出 评 分 值 Fc,对 照 表 1 即 可 得 出 评 价 结 果 。b . 权 重 值 Wi 的 计 算 :将 各 种 评 价 因 子 Si 的 类 水 标 准 按 由 小 到 大 的 顺 序 排 列 , 将 其 最 大 值 Smax 同 Si 比 较 , 并 令 Ri 为 第 i 种 评 价 因 子 的 相 关 性 比 值 , 则 :1. 2 利 弊 分 析内 梅 罗 指 数 法 的 优 点 是 数 学 过 程 简 洁 , 运 算 方便 , 物 理 概 念 清 晰 。 对 于 一 个 评 价 区 , 只 需 计 算 出 它Ri

8、= SmaxSi , Wi = RinE Rii= 1n的 综 合 指 数 , 再 对 照 相 应 的 分 级 标 准 , 便 可 知 道 该 评价 区 某 环 境 要 素 的 综 合 环 境 质 量 状 况 , 便 于 决 策 者 做 出 综 合 决 策 2 。但 是 内 梅 罗 指 数 法 同 样 也 存 在 着 许 多 问 题 , 比 如 过 分 突 出 极 大 值 对 水 质 污 染 的 影 响 , 评 价 项 目 中 即 使 只 有 一 项 指 标 F i 值 偏 高 , 而 其 他 指 标 F i 值 均较 低 也 会 使 综 合 评 分 值 偏 高 3 。 这 种 / 一 票 否

9、 决 0 式 的 方 法 在 评 价 工 作 要 求 日 趋 严 谨 和 完 善 的 情 况 下 , 显 然 不 太 客 观 。 如 果 考 虑 不 同 评 价 因 子 对 环 境 的 毒 性 、 降 解 难 易 及 去 除 性 难 易 程 度 等 因 素 , 那 么 同 处 一 个 质 量 级 别 的 不 同 污 染 因 子 的 F i 值 应 区 别 对 待 , 即 增 加 权 重 因 素 。2 内 梅 罗 指 数 法 的 改 进2. 1 基 本 构 思针 对 内 梅 罗 指 数 法 的 一 些 缺 陷 , 笔 者 对 其 运 算 过 程 做 出 了 相 应 的 修 正 : 由 于 最 大

10、 值 未 必 对 人 类 健 康 的 威 胁 程 度 最 大 , 基 本 上 污 染 因 子 的 危 害 性 与 其 类 标 准 呈 大 致 的 反 比 例 关 系 , 所 以 在 改 进 公 式 中 通 过 引 入 权 重 值 概 念 体 现 危 害 性 最 大 的 污 染 因 子 对 水 质 的 影 响 ; 权 重 值 较 大 指 标 一 般 为 毒 性 金 属 和 难 降 解 的 有 机 物 , 其 中 毒 性 金 属 是 一 类 典 型 的 积 累 性 污 染 物 , 可 通 过 食 物 链 逐 渐 传 递 富 集 , 在 某 些 条 件 下 可 以 转 化 为 毒 性 更 大 的 金

11、 属 有 机 化 合 物 , 过 高 的 重 金 属 浓 度 会 对 动 植 物 生 长 和 人 类 健 康 产 生 显 著 影 响 , 所 以 重 金 属 的 积 累 效 应 对 于 评 价 结 果 的 影 响 不 容 忽 视 。2. 2 计 算 方 法a. F max 的 修 正 :式 中 : Wi 为 第 i 种 污 染 因 子 的 权 重 值 , E Wi = 1 。i = 13 应 用 实 例在 / 华 北 平 原 地 下 水 污 染 调 查 评 价 0 中 , 对 山 前 平 原 深 泽 县 进 行 了 地 下 水 质 量 评 价 方 法 的 剖 析 。3. 1 研 究 区 概 况

12、研 究 区 深 泽 县 位 于 太 行 山 东 麓 , 北 纬 38b 7c 38b17c, 东 经 115b4c 115b21c 之 间 , 属 山 前 平 原 , 地 势 变 化 平 缓 , 滹 沱 河 、 磁 河 、 木 刀 沟 自 西 而 东 贯 穿 。 该 区 地 下 水 赋 存 于 第 四 系 含 水 层 , 属 孔 隙 潜 水 型 , 靠 大气 降 水 垂 直 入 渗 、 地 表 水 入 渗 和 西 部 潜 流 方 式 补 给 ,以 人 工 开 采 、 地 下 径 流 和 天 然 蒸 发 方 式 排 泄 。20 世 纪 80 年 代 以 来 , 村 办 企 业 不 断 增 多 ,

13、 并 大都 建 立 在 透 水 性 好 、 水 量 充 足 的 河 流 两 岸 , 河 床 多 为 砂 性 土 , 大 量 工 业 及 生 活 废 水 通 过 无 防 渗 的 沟 渠 排 入 河 流 , 使 得 污 染 物 随 水 连 续 渗 漏 , 以 直 接 或 间 接 的方 式 进 入 地 下 含 水 层 , 造 成 地 下 水 , 特 别 是 浅 层 地 下 水 的 污 染 。 虽 然 深 泽 县 排 污 企 业 较 少 , 但 是 其 境 内 的 3 条 河 流 , 尤 其 是 滹 沱 河 和 磁 河 , 已 经 没 有 天 然 径 流 , 成 为 上 游 化 工 厂 、 皮 革 厂

14、 、 造 纸 厂 等 企 业 的 排 污 渠 , 木 刀 沟 由 于 人 为 强 制 断 流 , 已 经 在 4 号 取 样 点 附 近 形 成 了 一 个 污 水 渗 坑 ( 图 1) , 对 两 岸 居 民 生 活 造 成 了 很 大 的 影 响 。F cmax =其 中 Fw =F max + F w2nE F i i = 1 m式 中 : Fw 为 权 重 值 前 n 项 组 分 的 平 均 评 分 值 , n 值 根 据 评 价 数 据 确 定 ; F i 为 前 n 项 组 分 的 评 分 值 ; m为 前 n 项 中 F i 1 的 项 数 。图 1 取 样 点 分 布# 49

15、#编 号 原 方 法 改 进 方 法 编 号 原 方 法 改 进 方 法1 级 级2 级 级3 级 级4 级 级5 级 级6 级 级7 级 级8 级 级9 级 级10 级 级11 级 级12 级 级13 级 级14 级 级15 级 级16 级 级17 级 级18 级 级19 级 级20 级 级21 级 级22 级 级4 4233423. 2 取 样 与 测 试研 究 中 对 覆 盖 深 泽 全 区 的 22 个 观 测 井 进 行 了调 查 取 样 , 取 样 点 分 布 见 图 1。 全 部 样 品 均 采 自 地 下 含 水 层 , 并 在 规 定 时 间 内 送 至 中 国 地 质 科

16、学 院 水 文 地 质 环 境 地 质 研 究 所 测 试 中 心 测 试 。3. 3 评 价为 同 原 内 梅 罗 指 数 法 进 行 对 比 , 笔 者 利 用 修 正 前 后 2 种 方 法 对 测 试 结 果 进 行 评 价 。 评 价 因 子 选评 价 结 果 表 明 , 深 泽 大 部 分 地 区 地 下 水 水 质 良 好 , 部 分 地 区 地 下 水 质 量 优 良 , 但 是 位 于 木 刀 沟 渗 坑 旁 的 4 号 点 、 磁 河 沿 岸 的 11 号 点 、 滹 沱 河 沿 岸 的 17 号 点 所 采 集 的 地 下 水 样 品 , 评 价 结 果 都 不 乐 观

17、。 其 中 , 4 号 点 靠 近 渗 坑 , 11 号 点 和 17 号 点 紧 挨 河 道 , 由 于 当 地 土 壤 岩 性 多 为 砂 性 土 , 渗 透 系 数 比 较 大 , 污 染 物 通 过 垂 直 入 渗 或 河 道 测 渗 , 已 经 对 其 附 近 的 地 下 水 造 成 了 污 染 。 可 以 看 出 , 上 游 工 厂 所 排 污 水 经 河pH、 Mn、 Cl- 、 SO2- 、 总 硬 度 、 TDS、 CODMn、 NH+ 2N 和 道 入 渗 , 已 经 对 当 地 河 流 沿 岸 地 下 水 环 境 造 成 了 一NO- 2N 等 9 项 感 官 性 状 及

18、 一 般 化 学 指 标 ; As、 Cd、Cr6+ 、 Pb、 Hg、 F- 和 NO- 2N 等 7 项 毒 理 指 标 , 按 改 进 的 方 法 分 别 对 评 价 因 子 进 行 权 重 值 计 算 。由 表 2 可 知 , Hg 的 权 重 值 最 大 , 为 01698, 且 权 重 值 较 大 的 前 5 项 指 标 均 为 毒 性 金 属 , 为 此 笔 者 选择 Hg、 Cd、 Cr6+ 、 Pb 和 As 等 5 项 指 标 共 同 参 与 评 价 。表 2 权 重 值 计 算 结 果定 的 影 响 ; 对 于 远 离 河 道 区 域 , 地 下 水 水 质 评 价 结

19、果 虽 然 比 较 乐 观 , 但 是 由 于 重 金 属 指 标 的 普 遍 检 出 , 也 存 在 一 些 隐 患 。改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 由 于 考 虑 了 权 重 因 素 , 相对 原 方 法 较 为 客 观 。 但 是 改 进 方 法 同 原 方 法 都 存 在 一 个 固 有 的 问 题 , 即 其 描 述 的 环 境 质 量 是 非 连 续 的 , 分 级 标 准 建 立 在 二 值 逻 辑 基 础 上 , 它 的 截 然 型 和 非评 价 水 质 标 准 /因 子 (mg# L- 1) 权 重 值评 价 水 质 标 准 /因 子 ( mg#L- 1 ) 权 重 值

20、 连 续 性 会 造 成 相 差 很 小 的 污 染 强 度 值 处 于 两 类 完 全Mn 01 3 2133 10- 3 Cd 01005 01140Cl- 250 2179 10- 6 Pb 0101 01070SO4 2- 250 2179 10- 6 Hg 01001 01698总 硬 度 450 1155 10- 6 F - 11 0 61 98 10- 4TDS 1000 6198 10- 7 NO- 2N 10 61 98 10- 5CODMn 31 0 2132 10- 4 NH+ 2N 01 5 11 40 10- 3As 01 01 01 070 NO- 2N 01 2

21、31 49 10- 3不 同 的 级 别 中 ; 而 相 差 很 大 的 污 染 强 度 值 可 能 会 处于 同 一 级 别 中 , 在 以 后 的 工 作 中 要 针 对 这 一 问 题 进 行 研 究 。4 结 论内 梅 罗 指 数 法 是 目 前 地 下 水 质 量 评 价 最 常 用 的Cr6+ 01 05 01 0143. 4 评 价 结 果由 表 3 可 见 , 经 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 评 价 后 , 有6 个 取 样 点 评 价 结 果 发 生 了 变 化 , 除 10 号 点 由 极 差改 为 较 好 外 , 其 余 5 个 取 样 点 均 由 较 差 变 为

22、 较 好 。 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 不 仅 考 虑 了 毒 性 金 属 的 权 重 值 , 同 时 削 弱 了 极 大 值 的 影 响 。 此 结 果 考 虑 到 参 评指 标 权 重 以 及 居 民 后 期 处 理 难 易 程 度 , 可 以 客 观 反映 地 下 水 质 量 , 正 确 引 导 当 地 居 民 合 理 利 用 地 下 水 。表 3 深 泽 县 地 下 水 质 量 评 价 结 果方 法 , 但 在 毒 理 性 不 强 的 水 化 学 指 标 偏 高 的 影 响 下 , 评 价 结 果 经 常 显 示 为 水 质 极 差 , 给 用 水 者 带 来 一 定 的 心

23、 理 负 担 。 笔 者 通 过 引 入 权 重 值 的 概 念 , 考 虑 到 毒 性 重 金 属 的 积 累 效 应 对 生 物 链 的 影 响 , 提 出 了 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 , 并 将 改 进 的 方 法 应 用 于 山 前 平 原 深 泽 县 研 究 区 , 结 果 表 明 该 法 能 够 在 一 定 程 度 上 消 除 极 大 值 影 响 , 并 提 高 毒 理 指 标 的 影 响 。 当 然 改 进 的 内 梅 罗 指 数 法 还 是 存 在 数 值 不 连 续 等 局 限 性 , 还 需 对 其 进 行 进 一 步 的 探 索 。参 考 文 献 : 1 GB 14848 ) 20 07, 地 下 水 质 量 标 准 S . 2 王 博 , 韩 合 . 内 梅 罗 指 数 法 在 水 质 评 价 中 的 应 用 及 缺 陷 J . 中 国 城 乡 企 业 卫 生 , 2005 ( 6) : 16O17 . 3 谷 朝 君 , 盘 颖 . 内 梅 罗 指 数 法 在 地 下 水 水 质 评 价 中 的 应 用 及 存 在 问 题 J . 环 境 保 护 科 学 , 2002 ( 2) : 45O47 .( 收 稿 日 期 : 2008O10O19 编 辑 : 徐 娟 )# 50 #