改进内梅罗水污染指数法在嘉兴市运河断面水质评价中的应用

李莉 浦国佳 余建林 俞丽琅 苏营营

摘要：文章通过传统的内梅罗指数法、改进内梅罗指数法和单因子指数评价法对京杭大运河嘉兴段的7个水质监测断面进行评价，与传统的内梅罗指数法相比，改进的内梅罗指数法可以更好地消除污染极大值的影响，并且考虑了各评价因子的权重，可以较为全面地反映河流水质情况，使评价结果具有更好的可信度。结果表明：京杭大运河嘉兴段的7个水质监测断面水质在2019年都为Ⅲ类水质，均达到了水质类别要求。

关键词：单因子指数法;内梅罗指数法;水质评价;京杭大运河嘉兴段

中图分类号：X820.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.051

Abstract：Based on 7 monitoring section samples of water quality of Jiaxing section in Beijing-Hangzhou Canal in 2019，the improved Nemerow index method was used to assess the water quality of these 7 monitoring sections of Beijing-Hangzhou Canal.Compared with single factor evaluation method and traditional Nemerow index method， the improved Nemerow index method permits more reasonable and objective assessment of water quality because it takes into account the difference and relative importance of various evaluation indexes and adopts weight factors. The results indicated that the water quality of the 7 monitoring sections in 2019 were grade Ⅲ. Meanwhile， our study also showed that the improved Nemerow method may provide decision-making basis for water recourses administration.

Key words：Single factor evaluation method;Nemerow index method;Water assessment;Jiaxing section of Beijing-Hangzhou Canal

水资源是人类赖以生存和社会经济发展的重要稀缺资源，掌握和分析区域内水源水质对于更好地进行水资源管理和保护有着重要的意义。水资源水质评级的方法很多，常见的有单项水质评价法、污染指数法、模糊综合评价法、主成分分析法、灰色聚类法和BP神经网络法等评价方法。其中，污染指数法可以对整体水质做出定量描述，能够在总体上反映水污染的性质和程度。在污染指数法中，内梅罗指数法具有数学模型简洁，物理概念清晰，运算过程简便等优点，是目前水质综合指数评价方法中最常用的方法。本文采用传统的和改进的内梅罗指数法对京杭大运河嘉兴段设置的7个断面的2019年水质进行评价，并将得到的结果与单因子指数法进行比较。结果表明：改进的内梅罗指数法通过计算各个评价因子的权重，充分考虑各个污染因子对水质的影响，能够更真实地反映水体水质的总体污染情况，因此，采用改进的内梅罗指数发对运河嘉兴段断面水质进行评价，有利于相关部门更全面更准确地掌握运河嘉兴段的水质变化情况，为今后开展京杭大运河嘉兴段的保护工作提供更准确更全面的依据。

1 研究区域及方法

1.1 研究区域概况

嘉兴市位于浙江省东北部，位于北纬30°15′-31°02′，东经120°20′-121°32′，处于长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带，是长三角洲重要城市之一，也是浙江最大的平原区。陆地面积3 915km2，其中平原面积3 477km2，内陆水域面积328km2，丘陵山地面积40km2，下辖南湖区、秀洲区、海宁市、桐乡市、平湖市、嘉善县和海盐县。

京杭大运河嘉兴段位于太湖东南的水网地带，是杭嘉湖平原水系的干河，也是京杭大运河自北向南沟通五大水系中太湖和钱塘江的重要水系的主动脉。江南运河嘉兴段北起嘉兴秀洲区王江泾长虹桥，南到桐乡崇福镇，流经秀洲区、秀城区、桐乡市境内，全长81.22km，“隋大业中开运河至嘉兴府城，分支夹城左右”。

京杭大运河对于嘉兴来说有着极其重要的地位，大运河的开通，打破了嘉兴长期偏于江南一隅的封闭状态，确立了嘉兴“左杭右苏”“南北通衢”的运河古城地位，促进了嘉兴地区经济社会的发展。大运河在历经了两千余年的持续发展与演变以后，其网状河道体系至今保持暢通，一直发挥着重要的交通、运输、行洪、灌溉、输水等作用，是孕育嘉兴的“母亲河”，是活着的、流动的重要文化遗产。此外，由于嘉兴市河网密度大，有利于污染物向着河流排放，容易造成运河水环境的污染，运河嘉兴段的水质状况对整个嘉兴地区的生态环境、当地社会经济大展具有十分重要的影响。对于她的保护和利用对于嘉兴地区的文化、经济的发展都具有重要的意义。

本文采用单因子指数法、传统内梅罗指法和改进内梅罗指数法对运河嘉兴段设立的7个断面的2019年水质进行评价，希望更好地了解水域水质状况，为后期水体保护、改善和开发利用提供依据。

1.2 研究方法

1.2.1 单因子指数法

单项水质评价方法，又称单因子指数法，其本质是为了简化分析，利用实测数据和标准对比分类，选取水质最差的类别作为评价结果。单因子指数法是GB3838-2002《地表水环境质量标准》中所采用的评价方法，也是目前使用最广泛的方法。水质单因子污染指数Pi的计算公式为[1-4]：

其中，Ci为试样中第i类评价因子的实测浓度;Sij为第i类评价因子的第j类的标准浓度;两者的单位都为mg/L。本文中地表水断面单项指标选取Ⅲ类水质标准中的标准浓度作为Sij，根据公式（1）求得水样的各个因子的单项污染指数。

单因子指数法选取水质指标最差的单项指标来确定水体的综合水质类别，这样的评价方法在确定水体的主要污染因子的同时，弱化了其他的污染因子，利用单因子指数法评价结果表现为过保护。

1.2.2 传统内梅罗污染指数法（Nemerow Pollution Index）

内梅罗污染指数法是当前国内外进行综合污染指数计算最常用的方法之一，是一种突出极大值的计权型多因子环境质量指数，由美国的N.L. Nemerow教授在1974年提出[5，6]。内梅罗水污染综合指数是一个无量纲的数值，它利用以下计算方法来评价各个参与统计的水质污染因子：

式中，P为内梅罗污染指数;Fmax为Fi的最大值;Fave为Fi的平均值，n为评价污染因子个数。

1.2.3 改进内梅罗污染指数法

在实际工作中，往往有一些评价因子（如总磷、汞）的实测浓度不大，但是对水质的影响很大，为了改进传统内梅罗指数法中突出最大污染因子，忽略其余污染因子的缺陷，引入各污染因子在水质评价中所占的权重问题，引入代替计算权重内梅罗指数[7-11]：

式中，为第i种污染因子的相关性比值;为各类评价指标中最大的，为各污染因子的标准值。

2 数据资料来源及收集

本研究数据来源于浙江省嘉兴生态环境监测中心，2019年全年对京杭大运河嘉兴段7个断面进行监测分析（表1）。选取该区域水源具有代表性的6项指标作为监测项目，依次为溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮和总磷。评价标准采取《地表水环境质量标准》GB3838-2002，评价标准见表2 。

3 评价体系的建立

3.1 单因子指数法

根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》，本文中京杭大运河嘉兴市所属监测断面的监测指标及类别分类标准如表2所示。

3.2 传统内梅罗污染指数法

根据各污染指标的标准浓度，计算各级标准对应的内梅罗污染指数值：Ⅰ类：P标准≤0.62;Ⅱ类：0.62 2.38则为劣Ⅴ。

3.3 改进内梅罗污染指数法

以Ⅲ类水为标准，总磷对地表水断面水质的影响最大，权重值为0.75。一般情况下，地表水数值标准中污染指标的浓度越小，说明对水质的危害越大，两者成反比列的内在关系。根据各污染指标的标准浓度，计算各级标准对应的内梅罗污染指数值：Ⅰ类：P标准≤0.44;Ⅱ类：0.44 2.25则为劣Ⅴ。

4 结果及讨论

3种统计方法结果表明，在选取的7个监测断面中，年均水质类别都为Ⅲ类，均达到功能类别要求。单因子指数法显示断面1、5、6、7监测点位污染指数最高的检测项目为总磷;断面2的主要污染物为化学需氧量;断面3和4的主要污染物分别为五日生化需氧量和氨氮。

由于3种统计方法所得到的结果阈值不同，评价标准也不一致，所以3个指数之间没有直接的可比性，为比较3种方法的评价结果，我们除了对7个断面的年均水质类别进行判断以外，还对7个断面每个月的水质情况进行了计算和分析。7个断面的检测中，数据采集为每月一次，故可以得到84组数据，对这84组数据分别采用3種评价方法进行统计，结合每个月断面的水质监测指标进行级别判定，可以得出不同计算方法下的不同评价结果（图1，表3）。

由图1可以看出：单因子指数法因为以指标最差项为评价依据，所以在某些断面的某些月份会出现水质类别为Ⅴ类的断面;而传统内梅罗指数不仅考虑了平均污染值的影响，还兼顾了最大超标污染物的影响，所以利用内梅罗指数进行统计以后，7个断面全年12个月共84次统计结果中，Ⅴ类水质断面变为了Ⅳ类水质;传统的内梅罗指数由于受到自身算法的限制，存在一个公认的缺点，即评价结果特别突出了超标最严重的指标影响，尤其是在评价指标较多并且仅有个别指标超标的情况下，占多数的低浓度指标对评价结果影响有限，属于相对严格的水质评价方法[12-14]。对于很多研究性工作来说，该点不利于对水体质量作出全面均衡的评价。而改进的内梅罗指数讲权重值最大的评价指标纳入计算以后，考虑了各评价指标之间的差异性和相对重要性，弥补了传统的内梅罗指数过于突出污染最大项的缺点。传统内梅罗指数中全年每月次监测结果中，7个断面以Ⅲ（占比为56.0%）和Ⅳ类水质为主（占比为38.1%）;而改进后的内梅罗指数显示结果以Ⅲ类水为主，占比为71.4%，所以改进内梅罗指数模型的评价结果总体上更符合实际。

5 结论

改进内梅罗指数法在京杭大运河嘉兴市所属断面水质评价中有较好的适应性。此种统计方式提供的计算过程简单，结果简单明了，相较于简单的单因子指数法和传统的内梅罗指数法能够更全面反映综合水质状况，能够帮助管理和统计人员更全面和快速的统计、分析和掌握不同水体的综合污染情况，是水资源保护和管理的有力工具。

参考文献

[1]郑琨，张蕾，薛晨亮.单因子指数法在水质评价中的应用研究[J].地下水，2018（5）： 79-80.

[2]刘运珊.单因子指数法在信丰县地表水水质评价中的应用[J].水资源开发与管理，2018（5）：64-66.

[3]顾薇娜，李琳，何琴，等.单因子指数法在饮用水水质评价中的探索与应用[J].给水排水，2016（S1）：150-154.

[4]杜娟娟，李荣峰.基于单因子指数法的沁河水质评价与分析[J].山西水利科技，2015（4）：62-64.

[5]罗芳，伍国荣，王冲，等.内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用[J].环境与可持续发展，2016（5）：87-89.

[6]徐彬，林灿尧，毛新伟.内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析[J].水资源保护，2014（30）：38-40.

[7]丁雪卿.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[J].四川环境，2010（29）：47-51.

[8]李小丽，黎小东，敖天其.改进内梅罗指数法在西充河水质评价中的应用[J].人民黄河，2016（38）：65-68.

[9]孙艳，陈景.改进内梅罗指数模型在水质评价中的应用探索[J].广西水利水电，2018（5）：56-59.

[10]宁阳明，尹发能.基于改进内梅罗污染指数法和灰色聚类法的水质评价[J].华中师范大学学报（自然科学版），2020（1）：149-155.

[11]汤玉强，李清伟，左婉璐，等.内梅罗指数法在北戴河国家湿地公园水质评价中的适用性分析[J].环境工程，2019（37）：195-199.

[12]李亚松，张兆吉，费宇红，等.内梅罗指数评价法的修正及其应用[J].水资源保护，2009（25）：48-50.

[13]寇文杰，林健，陳忠荣，等.内梅罗指数法在水质评价中存在问题及修正[J].南水北调与水利科技，2012（10）：39-41.

[14]徐彬，林灿尧，毛新伟.内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析[J].水资源保护，2014（30）：38-40.

收稿日期：2020-08-09

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项课题（编号：2017ZX07206-001）

作者简介：李莉（1983-），女，博士，工程师，研究方向为环境质量评价。

通讯作者：苏营营（1980-），女，博士，高级工程师，研究方向为环境质量评价。