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

目前，国内外常用的水质评价法主要包括单因子评价法、综合污染指数法、主成分分析法、内梅罗污染指数法、(改进)模糊评价法、人工神经网络评价法等[1-6]。内梅罗指数法因计算简单，能够对污染环境做出定性分析和定量评价，可综合反映出污染的性质和程度等优点而被广泛应用。1974年，美国叙拉古大学内梅罗教授在《河流污染科学分析》中第1次提出内梅罗指数的概念，并采用该法对河流水环境质量进行评价[7]。1980年，中国学者金士博等[8]首次采用内梅罗指数法对漓江水质进行评价。随后在地下水[9-11]、地表水[12-14]、近岸海域[15]、湿地水环境[16-17]等水质评价，以及沉积物[18-19]、土壤[20-22]等环境要素中污染物的环境健康风险评估中，内梅罗指数法被广泛研究应用，也是我国GB/T 14848—1993《地下水质量标准》中规定的评价方法。

传统的内梅罗指数法在实际应用过程中因存在只考虑算术平均值和最大值，未考虑污染因子权重等问题，会导致评价结果不能真实反映环境要素质量[23]，因此，国内外学者采用不同修正方法对内梅罗指数进行修正，以便更加可靠应用于环境要素评价。为了探究内梅罗指数法在北戴河国家湿地公园水质评价中是否合理可靠，本文以2018年9月北戴河国家湿地公园22个水样点监测数据为基础，对比多种修正内梅罗指数法的评价结果，并与综合水质标识指数和营养状态指数进行相关性分析。

1 内梅罗指数法

1.1 传统内梅罗指数法

传统的内梅罗指数是一种包含单因子指数的算术平均值

和最大值Fmax，并强调最大值污染因子对环境质量的影响程度。数学表达式为：

式中：Ci为第i种污染因子的实测浓度；Sij为第i种污染因子在第j种标准下的标准值；P传为传统内梅罗指数。

1.2 修正内梅罗指数法Ⅰ

实际水质评价中，存在某污染因子实测浓度较低，但所占权重较大，对水质的评价影响较大。因此，在传统方法上考虑各污染因子权重，对均值进行修正[12]。

式中：Wi为第i种污染因子的权重值； Ri为第i种评价指标的相关性比值；Smax为第j类标准下污染因子中的最大标准值。

1.3 修正内梅罗指数法Ⅱ

传统的内梅罗指数法忽略了权重最大污染因子对环境质量的影响，有学者对Fmax进行修正，修正后的内梅罗数学表达式为[24]：

式中：FW为权重值最大的评价指标

值。

1.4 修正内梅罗指数法Ⅲ

针对传统内梅罗指数法的缺陷，有学者引入权重系数，从而增强评价结果的合理性[25-26]。改进后的数学表达式为：

1.5 修正内梅罗指数法Ⅳ

上述改进方法未同时考虑最值和均值的问题，势必在一定程度上会影响水质评价结果的正确性，故同时对最值和均值做出修正[12]。

式中：F′为为前n项组分的评分均值；m为

的项数。

2 结果与分析

2.1 数据来源

本文以北戴河国家湿地公园2018年9月水质监测数据为基础，以Ⅲ类水质作为评价基准。在园区内设置22个水样取样点，有针对性地选取

项水质指标为评价指标，其中Chlorophyll-a仅作为营养状态评价指标。相关项目的检测按照《水和废水监测分析方法》(第四版)[27]操作，监测数据如表1所示。

2.2 内梅罗指数法权重计算

本文以GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水为计算基准，污染因子的权重计算结果见表2。计算结果表明，TP指标对水体环境质量的影响最大，

次之，COD的影响最小。

2.3 内梅罗指数法等级分类

以GB 14848—1993中的Ⅲ类水为计算基准，计算传统和修正后的内梅罗指数等级划分，从而确定计算的水质类别。例如，Ⅰ类水环境中待评价污染因子的内梅罗指数计算如下：将Ⅰ类水待评价水质指标的临界值与Ⅲ类水水质指标的临界值相比[24]，结果见表3。

由表3可计算出：

为0.3，最大值Fmax为0.75，由式(1)计算得P传为0.57，即只要待评价水体内梅罗指数<0.57，则水质为Ⅰ类水体。同理可得其他水质类别及修正内梅罗指数，如表4所示。

注：Ⅳ和Ⅴ类内梅罗指数相同，是因为

的Ⅳ和Ⅴ类临界值比上Ⅲ类临界值的数值完全相等，若增加其他参评水质指标，则可避免出现这种情况。

2.4 内梅罗指数法评价

应用修正前后的内梅罗指数法对北戴河国家湿地公园22个水样点的水质进行评价，评价结果见表1。根据评价结果可知：北戴河国家湿地公园水质受污染较为严重，其水质主要为Ⅳ及Ⅴ类，未达到本湿地水体功能区规划要求；湿地水体主要超标因子为TN、COD和Chlorophyll-a，TP也存在个别样点超标现象；修正前后的5种内梅罗指数法对水质评价结果有所差别，其中，修正内梅罗指数法Ⅱ的评价结果(达标率22.7%)要优于其他4种内梅罗指数评价结果(达标率为18.2%)。

2.5 与综合水质标识指数法对比

综合水质标识指数法是徐祖信在单因子水质标识指数法的基础上提出的一种全新的水质评价方法，该法不仅可以定性、定量合理评价水质，还可比较劣Ⅴ类水体污染的严重程度[28]，评价方法见参考文献[28-29]。

综合水质标识指数法评价结果显示(表1)，北戴河国家湿地公园22个样点水质达标率为50.0%，远高于内梅罗指数法的评价结果；综合水质标识指数法可以评价出劣Ⅴ类水质(样点2)。将修正前后的内梅罗指数和综合水质标识指数进行相关行分析(图1)，其相关系数分别为0.72(P传)、0.68(PⅠ)、0.84(PⅡ)、0.67(PⅢ)、0.74(PⅣ)。其中，内梅罗指数Ⅱ和综合水质标识指数具有较强的线性相关性，相关系数达到0.84。内梅罗指数法和综合水质标识指数法都具有定性、定量评价功能，都能综合反映水质污染程度，在对同一水体进行评价时，两者评价结果之间理应存在一定程度的相关性，虽鲜有文献报道，但从本文结果分析得，两者具有较强的线性相关性。

2.6 与营养状态指数评价法的对比

Chlorophyll-a是湿地水环境中非常重要的水质指标，北戴河国家湿地公园水质污染也主要是由富营养化引起。根据《中国湖泊环境》(第一册)[30]中的综合营养状态评价方法，对北戴河湿地公园22个水样点的水质进行营养状态评价，评价结果见表1。

营养状态指数表明，大部分样点的水质处于中度富营养状态，样点1、2、11的水质达到重富营养化的状态，说明北戴河国家湿地公园水体富营养化较为严重。采用SPSS.22统计软件对修正前后内梅罗指数和营养状态指数评价结果进行皮尔森相关性分析(表5)，结果表明：置信水平都在0.01以上，传统内梅罗指数(R=0.704)、内梅罗指数Ⅰ(R=0.698)、内梅罗指数Ⅱ(R=0.762)、内梅罗指数Ⅲ(R=0.697)、内梅罗指数Ⅳ(R=0.770)与营养状态指数都显著相关，且内梅罗指数Ⅳ的相关性最大，其次为内梅罗指数Ⅱ。根据对北戴河国家湿地公园水质监测，其主要超标指标为TN、Chlorophyll-a和COD，而TN和Chlorophyll-a也刚好是综合营养状态指数评价指标，因此，营养状态指数和内梅罗指数之间理应具有一定的相关性，对比结果则印证了这点。徐彬等[7]的对比结果也表明内梅罗指数和营养状态指数具有很强的相关性。

3 结论

1)参评水质指标的权重计算结果表明：北戴河国家湿地公园的水环境质量受TP指标的影响最大，

次之，COD影响最小，水质属于氮限制状态。

2)内梅罗指数评价结果表明：不同修正方法修正的内梅罗指数法在评价北戴河国家湿地公园水质结果上存在差异。数据表明，修正内梅罗指数法Ⅱ对水体评价结果要稍优于其他内梅罗指数评价结果，样点水质达标率为22.7%，其余为18.2%；与综合水质标识指数法对比结果表明，修正内梅罗指数法Ⅱ的评价结果和综合水质标识指数的相关性最强，相关系数达到0.84。

3)营养状态指数评价结果表明：北戴河国家湿地公园水质营养化较为严重；营养状态指数与传统内梅罗指数、内梅罗指数Ⅰ、内梅罗指数Ⅱ、内梅罗指数Ⅲ、内梅罗指数Ⅳ的相关性分别为0.704、0.698、0.762、0.697、0.770，均表现出一定的相关性。

4)通过与综合水质标识指数和营养状态指数的相关性分析，修正内梅罗指数法Ⅱ在北戴河国家湿地公园水环境质量评价中可能更为合理可靠，并且能较好地反映各污染因子对水质影响大小，评价结果拟合程度也较高。

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[30] 金相灿. 中国湖泊环境(第一册)[M]. 北京：海洋出版社，1995.

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

0 引言

1 内梅罗指数法

1.1 传统内梅罗指数法

1.2 修正内梅罗指数法Ⅰ

1.3 修正内梅罗指数法Ⅱ

1.4 修正内梅罗指数法Ⅲ

1.5 修正内梅罗指数法Ⅳ

2 结果与分析

2.1 数据来源

2.2 内梅罗指数法权重计算

2.3 内梅罗指数法等级分类

2.4 内梅罗指数法评价

2.5 与综合水质标识指数法对比

2.6 与营养状态指数评价法的对比

3 结论

ANALYSIS OF APPLICABILITY OF NEMEROW INDEX METHOD IN EVALUATION OF WATER QUALITY OF BEIDAIHE NATIONAL WETLAND PARK

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

0 引 言

1 内梅罗指数法

1.1 传统内梅罗指数法

1.2 修正内梅罗指数法Ⅰ

1.3 修正内梅罗指数法Ⅱ

1.4 修正内梅罗指数法Ⅲ

1.5 修正内梅罗指数法Ⅳ

2 结果与分析

2.1 数据来源

2.2 内梅罗指数法权重计算

2.3 内梅罗指数法等级分类

2.4 内梅罗指数法评价

2.5 与综合水质标识指数法对比

2.6 与营养状态指数评价法的对比

3 结 论

ANALYSIS OF APPLICABILITY OF NEMEROW INDEX METHOD IN EVALUATION OF WATER QUALITY OF BEIDAIHE NATIONAL WETLAND PARK

0 引言

3 结论