基于模糊數學的鶴泉湖水質評價研究

李小宇　鐘艷霞 楊麗芳

摘要

由于傳統混合樣品分析難以體現水體實際污染狀況，因此清晰準確的水質空間分布研究將有利于開展細致的水環境管理。而模糊數學評價法具有準確性好、操作簡單的優點，能夠解決水質評價中存在的評價結果難于量化、人為分等定級影響評價結果等問題。因此，利用模糊數學的基本原理，建立水質監測的模糊評價模型，對鶴泉湖開展水質評價。結果顯示，從單因子權重方面看，TP和COD是影響鶴泉湖水質的主要因素；從總體上看，鶴泉湖水質介于III類和IV類之間，可以作為休閑娛樂用水區域；多點位綜合分析發現，鶴泉湖水質存在一定空間分布，不同區域的水質狀況并不一致。

關鍵詞鶴泉湖；水質評價；模糊數學；空間分布

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）28-09883-04

Water Quality Evaluation of Hequan Lake Based on the Fuzzy Mathematics

LI Xiaoyu， ZHONG Yanxia*， YANG Lifang

（Resource and Environment College， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

AbstractSince the traditional mixed samples analysis is difficult to reflect the actual water pollution， therefore accurate spatial distribution of water quality research is necessary and helpful to carry out effective management of water environment. Fuzzy mathematical evaluation method has advantages of great or considerable accuracy， simple operation， making it possible to quantify the evaluation results and overcome the effect of artificial classification and gradation and so on. Thus， based on the basic principle of fuzzy mathematics， fuzzy evaluation model is used to assess water quality of Hequan Lake. The assessment outcomes show that TP and COD are main factors influencing water quality in terms of single factor weight； second the value of water quality of Hequan Lake ranges from class III to IV， according to which it can be regarded as a recreational water area； third multiple points analysis indicates that there exists spatial heterogeneity of distribution of water quality， namely water quality is not consistent in different regions.

Key words Hequan Lake； Water quality evaluation； Fuzzy mathematics； Space distribution

水質評價作為水環境管理的重要依據，被廣泛應用于水環境中。濕地水環境質量是衡量濕地生態系統健康水平的重要指標，在濕地生態系統健康評價中備受關注[1]，國內已經開展了大量對各類型濕地水質的評價研究，如對濱海濕地[2]、湖泊[3]和河流[4]等水體的水質進行了評價研究。而可靠的水質評價結果，一方面取決于監測數據的準確性；另一方面依賴于評價方法的科學性，評價方法不同，評價結果往往存在較大的差異[5]。模糊綜合評判法不僅綜合考慮了水體污染程度由輕到重逐漸變化的模糊特性，而且還可以獲得科學、合理的水質評價結果[6-9]。所以，模糊綜合評判法在天然水體的水質評價中被廣泛應用。

近年來，由于鶴泉湖旅游業的發展，湖泊水質有一定的下降，為正確、全面了解鶴泉湖的水質狀況，避免單點位湖泊水質分析的片面性，明確湖泊水質時空分布的特征；同時為保護鶴泉湖濕地、實現濕地生態系統健康恢復和發展提供依據，筆者采用了模糊綜合評價法對永寧縣鶴泉湖開展多點位、多指標的水質空間分布分析。

1材料與方法

1.1研究區概況

鶴泉湖位于銀川市永寧縣城東北2 km，109國道與觀湖路交界東側1.5 km處，北距銀川市18 km，東臨黃河2 km，湖區凈水面積26.7 hm2。湖區豐水期面積200 hm2，枯水期面積30 hm2，平均水深1.9 m，最深處達4 m，湖底為黑色淤泥，水體pH為8.0～8.7，偏堿性（冰封期除外）。鶴泉湖平均海拔高度1 096 m，屬中溫帶荒漠草原氣候帶，具有典型的大陸性氣候特征，年平均降雨量202.4 mm，年平均蒸發量1 785.7 mm，年平均氣溫8.1 ℃，年平均無霜期166 d，年平均日照2 866.7 h，冰封期120 d左右。 作為銀川市重要的濕地公園之一，鶴泉湖為水生生物提供了良好的生境。該地區盛產野鴨、水鳥及各種魚類，生態環境良好。浮游動物和底棲動物豐富，水生植物主要為沉水植物和挺水植物，湖中有大量的蘆葦叢，各生物群落鑲嵌構成了鶴泉湖獨特的景觀。

1.2采樣點的布設與采集

采樣時間為2013年9月，使用簡易采水裝置采集水樣，用聚乙烯塑料桶儲存水樣。根據湖面水生植物分布特征選取23個采樣點（由于21、24號位點與該區其他點位的監測值相差懸殊，因此在圖中刪除了這2個點位），并把這23個點分為碼頭區、湖泊主體水域、湖泊外圍渠系和廊道，具體分布情況見圖1。現場測定水溫、pH，采集完水樣現場固定后，盡快送回實驗室進行水樣的預處理，水樣在運輸過程中應避免震動和碰撞。

1.3測定指標與方法

根據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002），選用了化學需氧量（COD）、氨氮（NH4+N）、總磷（TP）作為評價鶴泉湖水質的重要指標。其中，水樣COD的測定選用重鉻酸鉀法；NH3N的測定采用納氏試劑分光光度法；TP的測定采用鉬酸銨分光光度法。

2 水質評價

模糊數學法在水質評價中的應用分為模糊聚類分析法和模糊綜合評價法。模糊綜合評價法是根據給出的評價標準和實測值，經過模糊變換，對評價對象給出總的評價結果的一種方法。在評價中，找出影響水質的各主要因素，確定評價因子集、評價集、隸屬函數，然后通過計算各因素的權重和隸屬度，得到綜合隸屬度，最終確定水質類別[10-11]。