蔡曄，林怡雯，李月娥，林休休

（1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇蘇州 215004； 2.蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇蘇州 215104）

利用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法模型評(píng)價(jià)蘇州市內(nèi)外城河水質(zhì)*

蔡曄1，林怡雯1，李月娥1，林休休2

（1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇蘇州 215004； 2.蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇蘇州 215104）

采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況。計(jì)算水質(zhì)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)臨界值，以此作為評(píng)價(jià)水質(zhì)污染狀況的依據(jù)。研究結(jié)果表明，蘇州市內(nèi)外城河6個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染狀況不同，各個(gè)點(diǎn)位的水質(zhì)隨時(shí)間變化顯著（5月、9月、11月較好）。通過(guò)Pearson相關(guān)性分析可知，影響水質(zhì)的主要因素是營(yíng)養(yǎng)元素（氨氮、總氮和總磷）及重金屬（6價(jià)鉻）。對(duì)比改進(jìn)前后的兩種評(píng)價(jià)方法，改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)水質(zhì)污染狀況的評(píng)價(jià)更為科學(xué)客觀。

改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法；水質(zhì)評(píng)價(jià)；蘇州市河水

近幾十年來(lái)，隨著城市化、社會(huì)化的發(fā)展，大量污染物排入河流，水質(zhì)惡化已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素［1-3］。蘇州市的河道在城市經(jīng)濟(jì)生活中占重要地位，外城河是護(hù)城河，是城市對(duì)外的通航河道；內(nèi)城河道伸入城市生活區(qū)，是城市給排水的重要組成部分。內(nèi)外城河的水質(zhì)評(píng)價(jià)是蘇州市水資源評(píng)價(jià)的重要組成部分，分析內(nèi)外城河的水質(zhì)狀況及水質(zhì)類(lèi)別可為蘇州市內(nèi)外城河的利用、規(guī)劃和管理提供科學(xué)依據(jù)。

筆者采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法［4-5］對(duì)蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)引起水質(zhì)污染的主要作用因子及影響因素進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)域自然概況

1.1 地理位置

蘇州市是我國(guó)著名的歷史文化名城和重要的風(fēng)景旅游城市，長(zhǎng)江三角洲重要的中心城市之一。蘇州市位于江蘇省的東南角、長(zhǎng)江三角洲的中部，東側(cè)與上海接壤，西側(cè)與無(wú)錫相鄰，瀕臨太湖，南接浙江，北隔長(zhǎng)江與南通相望。

1.2 水文地質(zhì)條件

蘇州市境內(nèi)屬長(zhǎng)江流域的太湖區(qū)。市內(nèi)河網(wǎng)縱橫交叉，湖蕩密布，是天然的水網(wǎng)地區(qū)。境內(nèi)大小河道有2萬(wàn)多條。通長(zhǎng)江的河道主要有望虞河、婁江、吳淞江、太浦河等11條。市內(nèi)骨干河道有京杭運(yùn)河、元和塘、橫涇塘和鹽鐵塘等。河流的水量和水位主要受太湖、長(zhǎng)江及京杭運(yùn)河的影響，并與降水、農(nóng)時(shí)用水相關(guān)。市區(qū)河流落差小、補(bǔ)給水量小，流速緩慢，環(huán)城河及內(nèi)城河水經(jīng)常處于滯流狀態(tài)。

1.3 采樣點(diǎn)位及頻率

取樣點(diǎn)位分布見(jiàn)圖1。

圖1 取樣點(diǎn)位分布

2 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)模型

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用GB3838-2002《 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。按照江蘇省環(huán)保廳蘇環(huán)監(jiān)［2008］8號(hào)文省控?cái)嗝嬉?guī)定，采樣點(diǎn)位的水質(zhì)類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)水?？紤]蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)特點(diǎn)和對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響，為合理地評(píng)價(jià)內(nèi)外城河的水質(zhì)優(yōu)劣和污染程度，結(jié)合本市水質(zhì)狀況，有針對(duì)性地選用汞、鎘、氰化物、總磷、氟化物、硒、鉛、氨氮、砷、六價(jià)鉻、總氮、陰離子表面活性劑、揮發(fā)酚、銅共14項(xiàng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)［6］。相關(guān)項(xiàng)目的取樣與檢測(cè)按照文獻(xiàn)［7］進(jìn)行。

2.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法在計(jì)算式中含有評(píng)價(jià)參數(shù)中的最大分指數(shù)項(xiàng)，可以突出濃度最大的水質(zhì)指標(biāo)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響和作用。式(1)為典型的內(nèi)梅羅指數(shù)計(jì)算公式［8］：

式中：Pj——按第j種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的內(nèi)梅羅指數(shù)值；

Fj,max——在j種標(biāo)準(zhǔn)下，ci／Yij的最大值，F(xiàn)j,max=max{ci／Yij}；

i——選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)目，i=1，2，……，n；

j——選取的指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類(lèi)別數(shù)，j=1，2，……，m；

ci——第i種污染因子的實(shí)測(cè)濃度；

Yij——第i種污染因子在j種標(biāo)準(zhǔn)下的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法

近年來(lái)，為克服傳統(tǒng)的內(nèi)梅羅指數(shù)過(guò)于突出最大污染因子對(duì)水質(zhì)影響和未考慮權(quán)重因素的特點(diǎn)，有學(xué)者采用F ’j,max算式代替Fj,max，改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法的計(jì)算公式如式(2)［8］：

FW——權(quán)重值Wj最大的污染因子的ci與Yij比值。

其它符號(hào)與2.2相同。

2.3.1 污染因子權(quán)重Wj的計(jì)算

引入污染指數(shù)的加權(quán)平均值，代替內(nèi)梅羅公式中的污染指數(shù)算數(shù)平均值。權(quán)重Wj的計(jì)算過(guò)程如下：將各種參評(píng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的排放標(biāo)準(zhǔn)Si由小到大順序排列S1，S2，……，Sn，將其最大值Smax與Si比較，令Ri表示第i種評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)比值，得到：

式中：Wi——第i種評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值；

Ri＝Smax／Si。

改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法將權(quán)重值最大的評(píng)價(jià)指標(biāo)值納入內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算，考慮了各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的差異性和相對(duì)重要性，彌補(bǔ)了原始的內(nèi)梅羅指數(shù)法的不足［9］。以Ⅳ類(lèi)水為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)評(píng)價(jià)的污染因子各自所占權(quán)重值的情況如表1所示。由表1可知，汞的含量對(duì)水質(zhì)影響最大，Wi權(quán)重為0.707。

表1 水質(zhì)評(píng)價(jià)因子權(quán)重值Wi

2.3.2 污染等級(jí)的劃分

以Ⅳ類(lèi)水為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，采用改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)方法計(jì)算水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中與待評(píng)價(jià)水體相同的污染因子，根據(jù)計(jì)算得到的污染指數(shù)與各類(lèi)水的水質(zhì)類(lèi)型來(lái)確定待評(píng)價(jià)水體的污染等級(jí)。

例如，Ⅰ類(lèi)水中待評(píng)價(jià)污染因子的改進(jìn)內(nèi)梅羅指數(shù)計(jì)算方法如下：將Ⅰ類(lèi)水待評(píng)價(jià)污染因子的臨界數(shù)值比上Ⅳ類(lèi)水各項(xiàng)的臨界數(shù)值，結(jié)果如表2所示。

表2 參評(píng)指標(biāo)項(xiàng)的Ⅰ類(lèi)水臨界數(shù)值比上Ⅳ類(lèi)的臨界數(shù)值

表3 改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)Pj’與水質(zhì)劃分

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

待評(píng)價(jià)的14項(xiàng)污染因子的檢測(cè)結(jié)果中，檢測(cè)限以下的數(shù)據(jù)在計(jì)算內(nèi)梅羅指數(shù)時(shí)按0 mg／L計(jì)。按照評(píng)價(jià)方法計(jì)算各個(gè)點(diǎn)位改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)的數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 蘇州內(nèi)外城河水質(zhì)評(píng)價(jià)內(nèi)梅羅指數(shù)結(jié)果比對(duì)

由表4可知，內(nèi)梅羅指數(shù)法改進(jìn)后所得結(jié)果更為準(zhǔn)確。由內(nèi)梅羅指數(shù)值可知，蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài)。而由改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法數(shù)值可知，不同采樣點(diǎn)的水質(zhì)不同，一年6個(gè)月的采樣中，采樣點(diǎn)位1，2，3，4，5，6能夠滿足Ⅳ類(lèi)水要求的概率分別為50%，50%，83.3%，17.7%，67.7%，67.7%。此外，不同采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染狀況隨時(shí)間變化顯著，5月、9月、11月的水質(zhì)狀況較好，而1月、3月、7月較差。采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)14項(xiàng)污染因子與改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果表明在0.01置信水平上，氰化物（P=0.451）、總磷（P=0.546）、氨氮（P=0.872），6價(jià)鉻（P=0.539）和總氮（P=0.942）與改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值呈顯著相關(guān)性。

3.2 數(shù)據(jù)分析

1月屬于枯水期，水位較低，對(duì)水中污染物具有一定的富集作用，使得水中污染物濃度水平偏高。3月，蘇州市政府開(kāi)始進(jìn)行河底清淤工作，使得底泥中的內(nèi)源污染物釋放出來(lái)，水質(zhì)也不太好。進(jìn)入5月后，天氣變暖，居民用水增多和降雨等原因，使得水位上升，水質(zhì)變好。而2013年7月天氣較熱，水蒸發(fā)較為劇烈，使得河流的水位很低，污染物濃度偏高。由表4可知，6個(gè)點(diǎn)位超標(biāo)的主要是氨氮、總氮、總磷這3項(xiàng)指標(biāo)。Perason相關(guān)性分析也證明了城河水質(zhì)好壞受氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)影響較大。史永松等［10］在研究蘇州市外城河水質(zhì)變化趨勢(shì)中發(fā)現(xiàn)，在1996～2006年間，蘇州市外城河的主要污染物由石油類(lèi)變?yōu)榘钡６狙芯勘砻?，氨氮、總氮、總磷均為?nèi)外城河的主要污染物，是河道治理的主要對(duì)象。

4 結(jié)論

（1）對(duì)內(nèi)梅羅指數(shù)的計(jì)算進(jìn)行修正，對(duì)不同污染因子賦予權(quán)重，考慮了危險(xiǎn)性最大的污染因子對(duì)水質(zhì)的影響，削弱了最大值對(duì)計(jì)算的影響；

（2）采用內(nèi)梅羅指數(shù)和改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)蘇州內(nèi)外城河6個(gè)采樣點(diǎn)一年的水質(zhì)污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)水質(zhì)污染狀況的評(píng)價(jià)缺乏足夠細(xì)微的辨識(shí)度；

（3）改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值結(jié)果顯示不同采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染狀況不同，各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染狀況隨時(shí)間變化顯著，其中5月、9月、11月的水質(zhì)狀況較好，而1月、3月、7月較差；將14項(xiàng)污染物因子與改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)數(shù)值做Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果顯示蘇州市內(nèi)外城河的水質(zhì)污染狀況受營(yíng)養(yǎng)元素（氨氮、總氮、總磷）的影響最大，重金屬（6價(jià)鉻）對(duì)水質(zhì)也有一定的影響；改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法更加合理，能夠客觀地反映蘇州市內(nèi)外城河水質(zhì)污染狀況。

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［3］王桂智，唐德善.我國(guó)城市護(hù)城河發(fā)展謅議——以南京秦淮河為例［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8(4): 216-226.

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Evaluation of Water Quality of City River in Suzhou by Improved Nemerow Index Method

Cai Ye1, Lin Yiwen1, Li Yuee1, Lin Xiuxiu2
（1. Suzhou Environmental Monitor Centre, Suzhou 215004, China; 2. Suzhou Vocational University, Suzhou 215104, China）

The water pollution situation of city river in Suzhou was evaluated by improved Nemero index method. Based on calculating the criteria for the classification of water quality, the data were used to evaluate water pollution. The results showed that the water quality was different between six points of city river in Suzhou. Each point of the water quality varied significantly with time (May, September and November were better). By Pearson correlation analysis results, the main factors affecting the water quality were the nutrients (ammonia, total nitrogen and total phosphorus) and heavy metals (hexavalent chromium). Comparison of the two evaluation methods of water pollution, improved Nemerow index method was more scientific and objective.

improved Nemero index method; water quality evaluation; water in Suzhou rivers

O651

A

1008-6145(2015)02-0084-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2015.02.025

*國(guó)家“十二五”水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX07506-003)

聯(lián)系人：林休休；E-mail: endless198211@163.com

2015-01-19