兩種湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法的探討

謝蘇蕾

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

湖庫富營養(yǎng)化是指湖泊、水庫水體在自然條件和人類活動(dòng)等因素的影響下，過量的氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)輸入水體，導(dǎo)致水體營養(yǎng)過剩，從而出現(xiàn)水生生物(主要為藻類)大量繁殖，水體惡化的現(xiàn)象。近年來，廣東省湖庫水體富營養(yǎng)化問題日趨突出，成為影響供水安全的主要因素。為了及時(shí)有效地了解和防治水體富營養(yǎng)化，不但要對(duì)富營養(yǎng)化指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還要對(duì)水體的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，只有評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確，才能為水體富營養(yǎng)化的防治措施提供科學(xué)依據(jù)[1]。

模糊數(shù)學(xué)方法自美國1965年提出以來，已經(jīng)有許多人將其成功地應(yīng)用在水質(zhì)評(píng)價(jià)中[2]，其中應(yīng)用在水體富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)中的研究較少。近年來以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的模糊綜合評(píng)價(jià)法在富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)合理性上體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)[3]。本文通過介紹及應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)惠州市10宗湖庫進(jìn)行富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行比較分析，以期驗(yàn)證模糊綜合評(píng)價(jià)法在富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)應(yīng)用中的可行性和合理性，為湖庫的管理治理提供有效的決策依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)方法介紹

本文用到的方法有模糊綜合評(píng)價(jià)法[2]和營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[4]。為與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行合理比較，采用一致的湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法(見表1)，均選取總磷(TP)、總氮(TN)、葉綠素a(Chl-a)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、透明度(SD)5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法

1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)值X建立各參數(shù)對(duì)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度集R：

(1)

式中Yij為第i種評(píng)價(jià)因子對(duì)第j級(jí)的隸屬度。

然后采取常用的超標(biāo)污染貢獻(xiàn)率法計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重系數(shù)Wi：

(2)

式中Xi為第i種評(píng)價(jià)因子實(shí)際監(jiān)測(cè)值；Si為第i種評(píng)價(jià)因子各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的算術(shù)平均值；n為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)；Wi為第i種因子的權(quán)重。

由此計(jì)算出各污染物的權(quán)重，構(gòu)成矩陣：

(3)

最后對(duì)上述隸屬度矩陣R和權(quán)重矩陣A進(jìn)行模糊復(fù)合運(yùn)算：

(4)

其中Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分別表示該水庫對(duì)貧營養(yǎng)，中營養(yǎng)，輕度富營養(yǎng)，中度富營養(yǎng)，重度富營養(yǎng)狀態(tài)的隸屬度，結(jié)果取最大的隸屬度值判定其營養(yǎng)狀態(tài)等級(jí)。

1.2 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(EI)

首先采用線性插值法參照表1將各項(xiàng)水質(zhì)評(píng)價(jià)項(xiàng)目濃度值轉(zhuǎn)換為賦分值En；然后取5個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值的平均值為營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI；最后參照表1根據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI確定營養(yǎng)狀態(tài)等級(jí)。其計(jì)算公式為：

(5)

2 評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

2.1 評(píng)價(jià)樣本

結(jié)合廣東省水文水資源監(jiān)測(cè)中心惠州分中心的現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況，本文對(duì)惠州市內(nèi)10宗湖庫2013—2018年的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，湖庫基本信息見表2。9宗水庫主要有供水、灌溉、防洪、發(fā)電等功能，全部為城鎮(zhèn)供水，且主要為生活用水[5]。

表2 惠州市10宗湖庫基本信息

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

本文用數(shù)字1～5分別表示各個(gè)營養(yǎng)等級(jí)，如表3所示?；葜菔袃?nèi)10宗湖庫2013—2018年的營養(yǎng)等級(jí)結(jié)果如圖1～5所示。

表3 營養(yǎng)等級(jí)與表示數(shù)字

圖1 廟灘水庫2013—2018年?duì)I養(yǎng)等級(jí)

圖2 角洞、招元、觀洞、梅樹下、黃山洞、

圖3 紅花湖水庫2013—2018年?duì)I養(yǎng)等級(jí)

圖4 黃坑水庫2013—2018年?duì)I養(yǎng)等級(jí)

圖5 西湖2013—2018年?duì)I養(yǎng)等級(jí)

根據(jù)圖1～5可知，模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果大多數(shù)高于營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，而西湖的兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果一致，廟灘水庫的模糊綜合評(píng)價(jià)法的結(jié)果低于營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。結(jié)合廣東省水文水資源監(jiān)測(cè)中心惠州分中心2013—2018年的湖庫水質(zhì)情況調(diào)查資料[6]分析，模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際，并可以達(dá)到水華預(yù)警作用，較營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法具有優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

綜上，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法在計(jì)算營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI時(shí)取各評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值的算術(shù)平均值，這容易掩蓋單項(xiàng)高濃度污染物對(duì)EI的貢獻(xiàn)。模糊綜合評(píng)價(jià)法即考慮了營養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別劃分的模糊性，也考慮了不同評(píng)價(jià)因子對(duì)水體富營養(yǎng)化的影響權(quán)重，評(píng)價(jià)結(jié)果與所研究湖庫的實(shí)際水質(zhì)情況更吻合。因此，較營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法而言，模糊綜合評(píng)價(jià)法的數(shù)據(jù)更加連續(xù)，評(píng)價(jià)結(jié)果更具代表性。針對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)法的特點(diǎn)，并結(jié)合上述研究結(jié)果可知，對(duì)于出現(xiàn)單項(xiàng)高濃度污染因子的湖庫水體，可選用模糊綜合評(píng)價(jià)法，更能客觀反應(yīng)湖庫營養(yǎng)狀態(tài)的實(shí)際情況，有助于相關(guān)管理者做出科學(xué)決策。但因水華現(xiàn)象的發(fā)生較罕見，本文驗(yàn)證材料略顯不足，有待今后進(jìn)一步補(bǔ)充驗(yàn)證。