在印度语境中为地表水的整体水质指数（OWQI）的开发
Surjeet辛格1在北卡罗来纳州高希市1，Gopal Krishan.1,拉维Galkate2，T. Thomas.2和R. K. Jaiswal2
1国家水文研究所，罗伊克，247667乌塔塔克手印度。
2国家水文研究所，Ganga Plains South Regional Center，Bhopal，印度462042。
http://dx.doi.org/10.12944/cwe.10.3.12
为了对不同用途的水质进行分类，研究人员开发了基于分类标准、分类指数和聚合函数的水质指标。在本研究中，建立了一个综合水质指数(OWQI)，将地表水分为5类，即优秀、良好、一般、差和污染。为此目的，在印度标准和中央污染控制委员会标准的基础上确定了浓度范围，并考虑到世界卫生组织(卫生组织)和欧洲委员会(欧共体)的其他国际标准。根据社会和环境影响选择了16个参数，并根据它们对水质影响的相对重要性分配了权重。该指标通过整合复杂的数据来提高对水质问题的理解，并生成一个描述水质状况的评分。建议的指数将对水管理当局保持地表水资源的良好健康非常有用。
OWQI;水质;标准;子指数;Sagar湖
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印度地表水总体水质指数(OWQI)的建立。Curr World Environ 2015; 10（3）DOI：http://dx.doi.org/10.12944/cwe.10.3.12
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印度地表水总体水质指数(OWQI)的建立。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=12994.
介绍
水质定义为每一类的物理、化学、生物形式，水质参数是根据其预期用途选择的。许多进行水质监测的地点产生了大量的信息，并导致为不同目的对水质进行分类的复杂性。这种分类通常用于比较水质的个别参数根据国家和国际标准。即使经过比较，也很难得出任何结论，因为有许多不同范围的参数值。为了克服这一困难，本文基于地表水类别下一般用于饮用的16个参数，建立了综合水质指数(OWQI)。这些参数包括浊度、颜色、总溶解固体(TDS)、pH、溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、secchi深度、硬度、氯化物、氟化物、硝酸盐、总磷酸盐、铁、硫酸盐、砷和总大肠菌群。
一般而言，水质评估的主要目标是确定核定目标的履行;在区域，国家或国际尺度上描述水质，并还要调查趋势及时1以便在各自的监管标准中进行分类2对于各种预期目的，如饮用水，农业，娱乐和工业用水3.。各种研究人员开发了许多水质指数，但其中许多有一些缺陷。Bharti和Katyal（2011年）4.审查了一些用于地表水脆弱性评估的水质指标。Abbasi（1999）制造各种水质指数的比较5.表1中提出了各种类型的子指数，聚合功能和缺陷的各种类型的子指数概述。
表1：各种水质指数的比较（Abbasi，1999）5.
S. N. |
指数 |
子指数 |
聚合函数 |
瑕疵 |
1 |
霍顿(1965)6. |
分段线性(阶跃函数) |
加权和乘以2的二分项 |
黯然失色区域 |
2 |
Brown等人(1970)7. |
隐式非线性 |
加权总和 |
黯然失色区域 |
3. |
Landwehr（1976）8. |
隐式非线性 |
加权的产品 |
非线性 |
4. |
parti等。（1971）9. |
分段非线性 |
加权和（算术平均值） |
黯然失色区域 |
5. |
Mc Duffie & Haney (1973)10 |
线性 |
加权总和 |
黯然失色区域 |
6. |
Dinius（1972）11 |
非线性 |
加权总和 |
黯然失色区域 |
7. |
Dee等人。（1973）12 |
隐式非线性 |
加权总和 |
黯然失色区域 |
8. |
O'Connor（1972年）13 |
隐式非线性 |
加权总和 |
黯然失色区域 |
9. |
Deininger＆Landwehr（1971）14 |
隐式非线性 |
加权和和几何平均值 |
蚀地区和非线性 |
10 |
Walski & Parker (1974)15 |
非线性 |
加权产品几何平均值 |
非线性 |
11 |
Stoner（1978）16 |
非线性 |
加权总和 |
|
12 |
Nemerow＆Sumitomo（1970年）17 |
分段线性 |
最大的根均线。＆ 算术平均值 |
- VE值 |
13 |
史密斯(1987)18 |
多种类型 |
最小的运营商 |
- VE值 |
14 |
Viet & Bhargava (1998)19 |
多种类型 |
加权的产品 |
- VE值 |
Sargaonkar＆Deshpande（2003年）3.和Boyacioglu（2007年）1在过去十年中，分别以指数形式和线性形式发展了两种水质指数，但Boyacioglu(2007)开发的大肠菌群指数1给出了5000 - 50000参数范围内的index错误值，而Sargaonkar & Deshpande (2003)3.在DO，硬度，硝酸盐和大肠杆菌指数中发生一些蚀问题。
保持视图，通过考虑十六个水质参数，开发了上述索引中的缺陷，整体水质指数（OWQI）开发了涵盖了物理，化学和生物方面的水。为此目的，浓度范围已在印度标准（IS）和中央污染管制委员会（CPCB）标准中定义，也考虑到世界卫生组织（世卫组织）和欧洲委员会（EC）的国际标准。这种OWQI通过集成复杂的大量数据来帮助了解水的质量，并产生分数以描述水质的状态。这样的指数将对环境保护者，决策者和现场工程师提供非常有帮助的地表水资源健康。
方法
制定水质指数的一般方法可归纳为以下四个步骤:
参数选择- 选择合适/有关水质参数。
子指标函数的发展-将水质参数浓度转化为数学方程。
重量分配 - 确定各种所选水质参数的合适重量。
子指数的聚合构建总指标 - 整体水质指数的构建（OWQI）。
选择水质参数
在印度，印度标准（10500：1991）和中央污染管制局（CPCB）标准管理各种用途的水质。基于印度和其他标准，共有十六个参数，viz。浊度，颜色，TDS，pH，DO，BOD，SECCHI深度，总硬度，氯化物，氟化物，硝酸盐，总磷酸盐，铁，硫酸铁，砷和总菌落被认为是影响地表水质的重要性。对于所有这些参数，已经设计了一个类分类标准，以将水质量分为五类。这些课程包括优秀，良好，公平，贫穷和严重污染。表2给出了所提出的水质分类标准以及阶级和指数分数。
表2:建议的水质分类标准
S.N. |
参数 |
单元 |
类 |
||||
优秀 |
好的 |
公平的 |
贫穷的 |
污染严重的 |
|||
指数 |
95-100 |
75-94 |
50-74 |
25-49 |
0-24 |
||
1 |
浊度 |
ntu. |
5. |
10 |
25 |
250 |
> 250. |
2 |
颜色 |
哈登单位 |
10 |
15 |
50 |
175 |
> 175. |
3. |
总溶解固体 |
Mg / L. |
500. |
1000 |
1500 |
3000. |
> 3000 |
4. |
pH值 |
- |
6.5-8.5 |
6.0 - 6.4 ＆ 8.6 - 9.0 |
5.5 - 5.9＆ 9.1 - 9.5 |
<5.5 ＆ > 9.5 |
<5.5 ＆ > 9.5 |
5. |
做 |
Mg / L. |
8. |
6. |
4. |
2 |
<2 |
6. |
菩萨 |
Mg / L. |
2 |
3. |
5. |
7. |
> 7. |
7. |
西奇深度 |
m |
> = 10 |
8.5 |
5. |
2.5 |
<0.85 |
8. |
总硬度 |
Mg / L. |
<300. |
400. |
500. |
600 |
> 600. |
9. |
氯 |
Mg / L. |
200. |
250 |
600 |
800 |
> 800 |
10 |
氟化物 |
Mg / L. |
0.7 - -1.5 |
1.6 |
1.7 |
2 |
> 2 |
11 |
硝酸盐 |
Mg / L. |
10 |
20. |
50 |
One hundred. |
> 100. |
12 |
总磷 |
Mg / L. |
0.02 |
0.16 |
0.4 |
0.65 |
> 0.65 |
13 |
铁 |
Mg / L. |
0.1 |
0．3 |
0．5 |
1 |
> 1 |
14 |
硫酸盐 |
Mg / L. |
25 |
150 |
250 |
400. |
1000 |
15 |
砷 |
Mg / L. |
0.005. |
0.01 |
0.05 |
0.1 |
0．2 |
16 |
总大角色 |
或然数 |
50 |
500. |
5000 |
50000 |
> 50000. |
子索引功能的开发
子指数功能基本上是通过数学方程将浓度范围转换为索引分数的方程。然后基于它们相对重要的方式进一步转化为共同规模，以影响水的质量。这些子索引功能是基于水质标准和其浓度来开发的，以特别提供。为此目的，为每个参数安装数学表达式以获得如表3中给出的子索引方程。在该索引中，参数和索引范围之间的相应变化保持均匀，以提供更准确的指标值。
表3：各种参数的子指数函数的开发
S. N. |
范围 |
参数范围 |
子索引函数 |
1 |
浊度 |
0 - 5 |
y = 100. |
6 - 10. |
y = -4 * x + 115 |
||
11 - 25. |
Y = X + 91.67 * -1.667 |
||
26 - 250. |
Y = X + 52.78 * -0.111 |
||
> 250. |
y = -0.1 * x + 50 |
||
2 |
颜色 |
0 - 10 |
y = 100. |
11 - 15 |
y = -4 * x + 135 |
||
16 - 50 |
y = -0.7143 * x + 85.71 |
||
> 50 |
Y = X + -0.2 * 60 |
||
3. |
TDS. |
0 - 500 |
y = 100. |
501 - 1000 |
Y = -0.2 * X + 195 |
||
1001 - 1500. |
y = -0.0278 * x + 91.67 |
||
1501 - 3000 |
Y = -0.0167 * X + 75 |
||
> 3000. |
Y = X + -0.0083 * 50 |
||
4. |
pH值 |
6.5 - 8.5 |
y = 100. |
6.0 - 6.4和8.6 - 9.0 |
y = 50. |
||
5.5 - 5.9＆9.1 - 9.5 |
y = 25. |
||
< 5.5 & > 9.0 |
Y = 0. |
||
5. |
做 |
8以上 |
y = 100. |
6 - 7.9 |
Y = 10 * X + 15 |
||
0 - 5.9 |
y = 12.5 * x |
||
6. |
菩萨 |
<2 |
y = 100. |
2 - 2.9 |
y = -20 * x + 135 |
||
3 - 7 |
Y = -12.5 * x + 112.5 |
||
> 7. |
Y = 5 * X + 60 |
||
7. |
西奇深度 |
10及以上 |
y = 100. |
<10 |
y = 100 * log（0.90 * x + 1） |
||
8. |
总硬度 |
100 - 300 |
y = 100. |
301 - 400. |
y = -0.2 * x + 155 |
||
> 400. |
Y = -0.25 * X + 175 |
||
9. |
氯 |
200年,下面 |
y = 100. |
201 - 250 |
Y = -0.4 * X + 175 |
||
251 - 600. |
Y = X + 92.86 * -0.0714 |
||
> 800 |
Y = -0.125 * X + 125 |
||
10 |
氟化物 |
0.7 - 1.2 |
y = 100. |
1.6 - 2.0 |
Y = -260.8 * LN (X) + 205.38 |
||
<0.7＆> 2.0 |
Y = 0. |
||
11 |
硝酸盐 |
10及以下 |
Y = -0.5 * X + 100 |
11 - 20. |
y = -2 * x + 115 |
||
21 - 50 |
y = -0.8333 * x + 91.67 |
||
51 - 100 |
y = -0.5 * x + 75 |
||
> 100. |
y = -0.25 * x + 50 |
||
12 |
总磷 |
0.020及以下 |
Y = -250 * x + 100 |
0.021 - 0.160 |
Y = X + 97.86 * -142.857 |
||
0.161 - 0.40 |
Y = X + 91.67 * -104.1667 |
||
0.40 - 0.65 |
Y = X + -100 * 90 |
||
> 0.65 |
Y = X + 187.5 -250 * |
||
13 |
铁 |
0.10及以下 |
y = -50 * x + 100 |
0.11 - 0.30 |
y = -100 * x + 105 |
||
0.31 - 0.50 |
Y = X + 112.5 -125 * |
||
0.50 - 1.0 |
y = -50 * x + 75 |
||
> 1.0 |
y = -25 * x + 50 |
||
14 |
硫酸盐 |
0 - 25 |
y = 100. |
26 -150 |
y = -0.16 * x + 99 |
||
151 - 250. |
y = -0.25 * x + 112.5 |
||
251 - 400 |
Y = X + 91.67 * -0.1667 |
||
401 - 1000 |
Y = X + 31.25 * -0.0156 |
||
15 |
砷 |
0 - 0.005 |
y = 100. |
> 0.005 - 0.01 |
Y = -4000 * x + 115 |
||
> 0.01 - 0.05 |
Y = -625 * x + 81.25 |
||
> 0.05 - 0.1 |
Y = X + -500 * 75 |
||
> 0.1 - 0.2 |
Y = -20.833 * x + 27.08 |
||
16 |
全部的 大角色 |
0 - 50 |
Y = -0.1 * x + 100 |
51 - 500. |
Y = X + 97.22 * -0.0444 |
||
501 - 5000 |
Y = X + 77.78 * -0.0056 |
||
5001 - 50000 |
y = -0.0006 * x + 52.78 |
||
> 50000 |
y = -0.0005 * x + 50 |
参数权值的分配
参数权重的选择是其中一个重要的任务。因此，应重视确定各参数的权重。对水质影响较大的参数应给予较高的权重，反之亦然。这些权重是根据作者的判断和从文献中获得的经验确定的。16个参数的权重因子范围为1 ~ 4，如表4所示。
表4：对水质参数的显着重量分配
SL。不。 |
范围 |
重量因子 |
1 |
浊度 |
1 |
2 |
颜色 |
2 |
3. |
总溶解固体 |
3. |
4. |
pH值 |
1 |
5. |
做 |
4. |
6. |
菩萨 |
2 |
7. |
西奇深度 |
3. |
8. |
总硬度 |
1 |
9. |
氯 |
1 |
10 |
氟化物 |
3. |
11 |
硝酸盐 |
3. |
12 |
总磷 |
2 |
13 |
铁 |
3. |
14 |
硫酸盐 |
2 |
15 |
砷 |
4. |
16 |
粪便大角 |
4. |
总重量 |
39 |
子指数的聚合 - 总水质指数（OWQI）
为了衡量每个单独参数对常见单级的影响，每个参数产生的分数是平均输出。以下加权平均聚合函数用于此目的。
其中Wi = iTh水质参数的重量
Yi =第i个参数的子索引值
基于水质的地位，指数值范围从0到100的范围，分为五类：严重污染（0-24），穷人（25-49），公平（50-74），好（75-94）优秀（95-100）。表5中介绍了对应于不同OWQI值的水的状态。如果指数下降，那么它表明一些水质参数因任何特定原因而受到影响，需要采取合适的措施来进一步提高质量水。因此，该指数可以用作地表水资源质量管理的指导规则。
表5：OWQI和相应的水质课程和状态
类 |
OWQI价值 |
水的现状 |
污染严重的 |
0 - 24 |
不适合所有目的 |
贫穷的 |
25 - 49 |
特殊处理(特殊处理) |
公平的 |
50 - 74. |
需要治疗（过滤和消毒） |
好的 |
75 - 94 |
可接受的 |
优秀 |
95 - 100. |
原始品质 |
结果与讨论
在印度亚穆纳河Etawah和Sagar湖以及土耳其Tahtali水库采样点的水质指数估算中，应用了该方法。这些采样地点的数据取自已发表的文献1,3,20其中研究区域很好地描述，如图1至3所示。基于MS Excel 2007的计算机程序开发用于计算各个参数明智和整体指标的水质索引。该计划还提出了基于OWQI的水的质量等级和地位。
OWQI在地表水水质评价中的应用
计算了亚穆纳河、塔塔里水库和萨加尔湖Etawah采样点的OWQI。亚穆纳河和Sagar湖瀑布在印度北部和中部的部分,分别Tahtali水库落在西部城市伊兹密尔土耳其(图1 - 3)。水质指数估计parameter-wise然后OWQI计算为每个位置(表6 - 8)。
 |
|
 |
|
 |
|
表6:亚穆纳河Etawah的观测水质和相应指数(1997年6月)
范围 |
价值 |
指数 |
pH值 |
8.65 |
50 |
浊度（NTU） |
n |
One hundred. |
硬度(毫克/升) |
270 |
One hundred. |
TDS(毫克/升) |
828. |
29 |
BOD5(毫克/升) |
3. |
One hundred. |
做（mg / l） |
7.9 |
94 |
Cl(毫克/升) |
213 |
90 |
no3（mg / l） |
0.03 |
One hundred. |
SO4（mg / l） |
75 |
87 |
总大疱（MPN / 100ml） |
2500 |
64 |
OWQI |
79 |
|
表7：观察到塔哈利水库的水质和相应指数
范围 |
价值 |
指数 |
砷(毫克/升) |
0.0058 |
92 |
氟化物（Mg / L） |
0.792 |
One hundred. |
Nitrate-N(毫克/升) |
5.84 |
97 |
做（mg / l） |
9.62 |
One hundred. |
BOD5(毫克/升) |
4.16 |
61 |
总磷(PO4) (mg/L) |
0.098 |
84 |
pH值 |
8.18 |
One hundred. |
总大肠杆菌（CFU / 100ml） |
170 |
90 |
OWQI |
92 |
|
表8：观察到的水质和Sagar湖的相应指数
范围 |
价值 |
指数 |
secchi深度（m） |
0.23 |
8. |
pH值 |
6.6 |
One hundred. |
做（mg / l） |
4.37 |
55 |
硬度(毫克/升) |
178.08 |
One hundred. |
氯化物（Mg / L） |
63.34 |
One hundred. |
硝酸盐（mg / l） |
9.76 |
95 |
磷酸(毫克/升) |
0.44 |
46 |
铁（mg / l） |
1.71 |
7. |
BOD5(毫克/升) |
11.4 |
3. |
TDS(毫克/升) |
378 |
One hundred. |
OWQI |
5. |
|
从表6可以看出，亚穆纳河上的Etawah地区的OWQI为79，这表明该地区的水属于“良好”级，水质为“可接受”级。塔塔里水库也是如此，OWQI为92(表6)，水质相对较好。以Sagar湖为例，由表7可知，OWQI为54，水质等级为“Fair”，该水在使用前需要经过处理(过滤和消毒)。
结论
本文提出了综合水质指数(OWQI)，为饮用水地表水资源质量评价提供了一个简单的工具。OWQI是根据国家和国际标准制定的，考虑了包括水的物理、化学和生物方面的16个参数。在计算指标的基础上，介绍了OWQI在三个不同采样点的应用情况。该系统为水质评价提供了一种更简单的方法，对决策者、规划者和现场工程师保持地表水资源的健康非常有用。该指标也可作为水质管理决策支持工具。
承认
作者感谢国家水文研究所主任，为所有支持和鼓励。
参考
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