基于層次分析法構(gòu)建尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

鄭國臣，趙吉吉，秦雨,2，張新薈

（1.松遼流域水資源保護(hù)局，吉林長(zhǎng)春130021；2.長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130021；3.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

基于層次分析法構(gòu)建尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

鄭國臣1，趙吉吉1，秦雨1,2，張新薈3

（1.松遼流域水資源保護(hù)局，吉林長(zhǎng)春130021；2.長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130021；3.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱150040）

通過分析2014年8月的尼爾基水庫水環(huán)境特征，構(gòu)建尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。通過層次分析法確定要素層權(quán)重，權(quán)重大小排序?yàn)椋豪砘笜?biāo)、富營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)＞生物指標(biāo)、污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為0.15（庫末）、0.30（庫中）、0.25（壩前），說明尼爾基水庫總體存在輕度風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)措施來降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

嫩江流域；尼爾基水庫；水生態(tài)；風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系；層次分析法

尼爾基水利樞紐坐落于嫩江干流中上游。結(jié)合嫩江流域典型區(qū)域及上游污染源的分布特征，對(duì)尼爾基水庫主要污染物進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并根據(jù)水庫的理化指標(biāo)（水溫、溶解氧、pH、氨氮）、富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)（高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮、葉綠素a）、生物指標(biāo)(浮游植物、浮游動(dòng)物)和特征污染物指標(biāo)（鄰苯二甲酸二丁酯、1,4二氯苯、四氯化碳），構(gòu)建尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，對(duì)尼爾基水庫進(jìn)行水生態(tài)綜合評(píng)價(jià)，為尼爾基水庫水生態(tài)環(huán)境的管理提供技術(shù)支撐。

1 樣品采集及分析方法

尼爾基水庫水源地共布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面3個(gè)，分別為尼爾基庫末、尼爾基庫中、尼爾基壩前。2014年8月，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的基本理化指標(biāo)、湖庫富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)、有機(jī)物排查性指標(biāo)，以及生物指標(biāo)浮游植物和浮游動(dòng)物等。

評(píng)價(jià)方法包括：

1）層次分析法(AHP)。層次分析法法一般包括以下5步：明確問題；構(gòu)造判斷矩陣；判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)；層次單排序；層次總排序。

2）單因子評(píng)價(jià)方法。水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)依據(jù)SL395-2007《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》的單因子評(píng)價(jià)法。

3）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行分級(jí)。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的各項(xiàng)分指數(shù)構(gòu)筑成一個(gè)樹狀層次結(jié)構(gòu)，分為目標(biāo)層、要素層和指標(biāo)層。

2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)及層次單排序檢驗(yàn)。在判斷矩陣完成并通過一致性檢驗(yàn)后的指標(biāo)權(quán)重，見表1。水溫、溶解氧、總氮和總磷是水華現(xiàn)象發(fā)生的主要環(huán)境因子。尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系兩個(gè)方面的權(quán)重大小排序?yàn)椋豪砘笜?biāo)、富營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)、生物指標(biāo)、污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)收集與分析

2.2.1 理化指標(biāo)

以2014年8月為例，尼爾基水庫水溫在20～30℃，處于水華現(xiàn)象發(fā)生的適宜溫度范圍。水華大多暴發(fā)在pH值為堿性的水體中，尼爾基水庫pH平均值呈堿性，適宜發(fā)生水華。尼爾基水庫溶解氧為11.07 mg/L，總體上處于過飽和狀態(tài)，其中庫中溶解氧大于壩前和庫末。庫中的氨氮為1.121 mg/L，超過了Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表1 尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表2 尼爾基水庫理化指標(biāo)數(shù)據(jù)表

2.2.2 富營(yíng)鹽指標(biāo)

如表3所示，尼爾基庫中、庫末的總磷均超過Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)，分別超標(biāo)2.8倍和0.8倍；尼爾基壩前、庫中、庫末的總氮分別超標(biāo)0.66倍、2.808倍和0.802倍；庫中的高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)0.46倍；庫中的葉綠素a最高達(dá)到0.069 4 mg/L，比壩前和庫末高出19倍和11倍，這主要是因?yàn)閹熘械脑孱惣?xì)胞濃度過大導(dǎo)致的。

表3 尼爾基水庫富營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)數(shù)據(jù)表

2.2.3 生物指標(biāo)

生物狀況評(píng)價(jià)包括藻類生物多樣性和浮游動(dòng)物。尼爾基水庫各采樣點(diǎn)浮游植物的細(xì)胞密度如表4所示，庫中為252.16×106個(gè)/L，壩前為2.18× 106個(gè)/L，庫末為0.96×106個(gè)/L，庫中聚集著大量的浮游植物，為水華暴發(fā)的主要區(qū)域。

如表5所示，尼爾基水庫浮游植物和浮游動(dòng)物種數(shù)與密度計(jì)算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度多樣性指數(shù)和Margalef豐富度多樣性指數(shù)。

106個(gè)/L表4浮游植物細(xì)胞密度

表5 尼爾基水庫生物指標(biāo)數(shù)據(jù)表

2.2.4 污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

尼爾基水庫水源地篩選出有代表性的污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)鄰苯二甲酸二丁酯、1，4-二氯苯和四氯化碳。其中鄰苯二甲酸二丁酯檢出率達(dá)到100%；四氯化碳檢出率達(dá)到20%，1，4-二氯苯是有毒有機(jī)污染物的一種，它的檢出率達(dá)30%。

3 水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)層評(píng)價(jià)值的確定

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中選取的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)量單位不同，因此需要采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)所得分值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見表6。

表6 尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理表

3.2 要素層評(píng)價(jià)

尼爾基庫中理化指標(biāo)和富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)對(duì)水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響較大，水庫的水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)如圖1所示。嫩江上游支流、排污口污染源排放大量的污染物，其中磷、氮是水庫富營(yíng)養(yǎng)化，爆發(fā)水華現(xiàn)象的主要限制因子。隨著水體中磷、氮濃度的上升，水庫朝著形成水華的藍(lán)藻趨勢(shì)發(fā)展，庫中呈輕度水華風(fēng)險(xiǎn)，庫末和壩前的水流動(dòng)性較好，發(fā)生水華風(fēng)險(xiǎn)的可能性降低。

圖1 尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分布圖

選取理化指標(biāo)、富營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)、生物指標(biāo)和污染風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)尼爾基水庫水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，尼爾基水庫水生態(tài)指數(shù)為0.15（庫末）、0.30（庫中）、0.25（壩前），呈輕度風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)尼爾基庫中水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有較大影響的風(fēng)險(xiǎn)源主要為上游支流匯入、沿江排放以及上游非點(diǎn)源污染物的排放。尼爾基水庫生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值達(dá)到0.23，總體存在輕度風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)措施降低風(fēng)險(xiǎn)。

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