改进的内梅罗污染指数法在集中式饮用水源地环境质量评价中的应用

丁雪卿

(内江市环境保护监测站,四川内江 641000)

饮水安全直接影响人体健康,集中式饮用水源是城市人口饮用水的主要来源。2005年,我国县级以上集中式饮用水源供水服务人口已经达到 6.5亿。因此,分析和掌握城市集中式饮用水源水质现状及其变化,对于保护水源、保障城市居民的身体健康、为政府部门制定和修改水质标准,加强对饮用水源的管理具有极其重要的现实意义[1]。采用合理、简便的水质评价方法对集中式饮用水源地的基础状况进行综合评价,则可以摸清集中式饮用水源水环境质量发展趋势及其变化规律,为集中式饮用水源水环境系统的污染控制、规划和集中式饮用水源环境系统工程方案的制定提供依据。

目前用于水环境质量评价的方法很多,主要有单因子评价法、污染指数法、灰色聚类分析法、系统聚类分析法、模糊综合评判法、综合评价法以及人工神经网络法等几种。其中,污染指数法能够对整体水质做出定量描述,只要项目、标准、监测结果可靠,其综合评价在总体上能反映水体污染的性质和程度。

因为污染指数法中常用的内梅罗污染指数法具有数学过程简捷,运算方便;物理概念清晰等特点,本文拟采用内梅罗污染指数法对集中式饮用水源水环境进行综合评价,并且考虑到内梅罗污染指数法过于突出最大污染因子对水质污染的影响和未考虑权重因素的缺点[2],故采用了内梅罗污染指数法的改进法。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2005年至 2008年,内江市环境保护监测站以及内江市下设环境监测县级站对内江市 5处集中式饮用水源进行了水质监测。其中,河流型水源地 3处,湖库型水源地 2处。

1.2 评价方法

1.2.1 传统的内梅罗 (Nemerow)综合污染指数计算公式

式中：i=1,2,…,n;j=1,2,…,m

ci为第 i种污染因子的实测浓度值;Cimax为 n种污染因子中的浓度最大值;Ciave为 n种污染因子的平均浓度;lij为第 i种污染因子的第 j类标准的标准值;PIj为第 j类标准的内梅罗综合污染指数。

传统的内梅罗综合污染指数法将水体用途分为三类： (1)人接触用的; (2)人间接接触用的; (3)人不接触用的。然后将待测水体各项污染因子实测值与各不同用途水体标准值的统计之后得出的对应于各用途水体的内梅罗综合污染指数,并且对这些指数再进行加权平均得到的总指数[3]。

1.2.2 改进后的内梅罗 (Nemerow)综合污染指数计算公式[4]

为克服传统的内梅罗综合污染指数过于突出最大污染因子对水质污染的影响和未考虑权重因素的缺点,引入 C′imax代替 Cimax算式：

式中：Cω为 i种污染因子中权重最大的污染因子的 ci/lij比值。

所以,经过改进后的内梅罗综合污染指数计算公式为：

1.2.3 污染因子权重值ωi的确定

一般来说,各种污染因子对环境和生物体的危害程度的贡献量是不一样的,但某种污染因子的危害性与该污染因子的排放浓度大小却基本上呈反比例的内在关系。因此,将各污染因子的标准值 li按照从小到大的顺序进行排列,并将其最大值 lmax与 li的比值作为 i种污染因子在该评价体系中的相关性比值,则：

式中：ωi即为第 i种污染因子的权重值。

2 集中式饮用水源环境质量评价体系的建立

2.1 评价参数的选择

评价时选用的参数越多,越能反映环境的综合质量,但工作量和经费也随之增加。因此,选择参数多少,除了视评价目的和监测条件外,要考虑评价对象的污染性质、污染类型和环境条件等因素,此外,还要考虑选择参数的针对性和监测资料的代表性[5]。

因此,结合本地区水质特点和环境监测工作情况选取溶解氧、高锰酸盐指数、CODCr、BOD5、氨氮、总磷、挥发酚、氰化物、氟化物、铬 (六价)、铅、镉、锌、铜、砷、硒、汞、硫化物、石油类、阴离子表面活性剂等 20项指标作为评价指标。

2.2 权重值的计算

根据相关规定,参与评价的 5处饮用水源地按《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002)功能区划为Ⅲ类,执行Ⅲ类水质标准。所以,以Ⅲ类水质标准为基础划分污染等级,计算各污染因子的权重。计算结果见表 1。

由表 1可知,汞的权重值最大,占到整个评价体系权重的 90%以上,即汞指标在该评价体系中的污染贡献是最大的。

2.3 污染等级的划分

以Ⅲ类水质标准为基础划分污染等级,按改进后的内梅罗综合污染指数法计算各水质类别的 PIj′数值。

所以,当某监测 PIj′点值小于 0.739时,说明水质未受到污染,状况较好;当 PIj′值处于 0.739≦ PIj′＜1时,水质状况在Ⅲ类标准范围内,但水质可能受到轻微污染;当 PIj′值大于 1时,说明水质已经受到污染 (见表2)。

表2 内梅罗综合污染指数与水质类别对应Tab.2 Nemerow indexes and corresponding grades ofwater quality

2.4 应用

根据 2005年至 2008年内江市 5处集中式饮用水源水质监测数据,计算各污染因子的年平均值的内梅罗综合污染指数,再对照相应的分级标准,得出评价区域的综合环境质量状况。其中,污染因子含量未检出时,按相应检出限进行算值。结果见表3。

表3 内江市集中式饮用水源评价结果Tab.3 Assess ment conclusion of the public drinkingwater sources in Neijiang

从表 3中数据显示,花园滩饮用水源地 2005年的内梅罗综合污染指数最高,说明该水源地2005年水质受到一定程度污染。其余水源地的内梅罗综合污染指数处于0.739≦PIj′＜1,说明水质综合状况均在Ⅲ类标准范围内。

图 各饮用水源地 PI指数变化趋势图Fig. Changing trends of the PI index

从上图可以看出,除花园滩饮用水源地外,近年来内江市饮用水源地水质总体变化趋势不大。其中,资中水厂和蒙溪口水电站水质状况呈良性发展,团鱼凼水库水质略有反复,长沙坝 -葫芦口水库水质基本维持不变。

3 内梅罗污染指数法与单因子评价法的对比

按《四川省饮用水水源地基础环境调查及评估技术大纲》所采用的单因子评价法进行评价,并与内梅罗污染指数法的评价结果作比较。结果见表4。

表4 单因子评价法与内梅罗污染指数法评价结果对照Tab.4 Comparison of assessment between the Nemerow indexmethod and single-factor indexmethod

从评价结果来看,资中水厂和蒙溪口水电站2006至 2008年 3年的评价结果以及长沙坝 -葫芦口水库 2005至 2008年 3年的评价结果两种评价方法的结论是一致的。

资中水厂 2005年、花园滩 2005至 2008年以及团鱼凼水库 2005年和 2007至 2008年的评价结果两种方法评价结论不吻合,且单因子评价法结论更严格。其中,主要影响因素有总磷、CODCr、高锰酸盐指数和石油类,超标倍数在 1.03～2.80倍之间,但这四种污染因子在该评价体系中的权重分别为 4.71×10-4(湖、库：1.88×10-3)、1.57×10-5、1.57×10-5、1.89×10-3(湖、库：1.88×10-3)。所以,单因子评价法的评价结论显得过于严格。

4 结 论

采用内梅罗污染指数的改进法评价对内江市 5处集中式饮用水源地进行评价。克服了单因子评价法对综合水质的评价结论过于保护,不能充分反映饮用水源质量整体状况的缺点;能够更好地反映多项污染物对水质综合污染的影响程度,判断综合水质相对于水环境功能区的达标程度[6],同时也有利于对同一水体在时间、空间上的基本污染状况和变化进行比较[7,8]。

2006年至 2008年,内江市集中式饮用水源地水质整体状况达到Ⅲ类水质要求,且变化趋势不大。其中,资中水厂和蒙溪口水电站水质状况呈良性发展趋势,团鱼凼水库水质略有反复,长沙坝 -葫芦口水库水质基本维持不变。所以,相关环境部门应继续坚强监管力度,使全市的集中式饮用水源地水质向更好的趋势发展。

[1] 邢小茹,曹 勤,刘 京,等.中国部分环境保护重点城市集中式饮用水源水质评价[J].中国环境科学,2008,28(11)：961-967.

[2] 王 博,韩 合.内梅罗指数法在水质评价中的应用和缺陷[J].中国城乡企业卫生,2005,12(6)：16-17.

[3] 关伯仁.评内梅罗的污染指数[J].环境科学,1979,(4)：67-71.

[4] 马成有,曹剑锋,姜纪沂,平建华 .改进的尼梅罗污染指数法及其应用——以磐石市地下水环境质量评价为例[J].水资源保护,2006,22(4)：53-55.

[5] 丁 菁.内梅罗污染指数法在排污口邻近海域水环境质量评价中的应用[J].福建水产,2006,3(1)：1-4.

[6] 于福荣,卢文喜,卞玉梅,等.改进的尼梅罗污染指数法在黄龙工业园水质评价中的应用[J].世界地质,2008,27(1)：59-62.

[7] 尹海龙,徐祖信 .河流综合水质评价方法比较研究[J].长江流域资源与环境,2008,17(5)：729-733.

[8] 程继雄,程胜高,张 炜 .地下水质量评价常用方法的对比分析[J].安全与环境工程,2008,15(2)：23-25.