山仔水庫水質研究

福州市環境監測站 黃曉芳

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山仔水庫水質研究

福州市環境監測站 黃曉芳

該文依據福州市環境監測站2013年山仔水庫水質監測數據，運用模糊數學的基本理論對山仔水庫的水質進行研究，根據研究結果闡釋山仔水庫的水質狀況，在此基礎上提出了山仔水庫富營養化的防治對策和建議。

山仔水庫 模糊綜合評價 防治對策 水質監測

1 前言

敖江是福建省第六大河，流域面積2655km2，河長137km。山仔水庫位于敖江下游，水庫呈長條不規則狀分布，于1994年11月開始蓄水，為福州市第二水源。本文采用模糊綜合評價法，根據隸屬度對山仔水庫水質進行模糊的水質等級分級，以準確地評價山仔水庫的水質狀況，為開展富營養化防治提供技術參考。具體方法是：首先，確定水體功能的標準。然后，選擇水質評價參數和相應的評價數學模型，根據福州市環境監測站2013年山仔水庫水質監測數據來計算綜合評價指數，通過評價指數對水質進行分級，最后計算分析得出污染程度[1-2]。

2 模糊綜合評價模型的建立

模糊綜合評價模型的建立分為以下五個步驟。

2.1 建立評價因子集

設評價因子集中共設置m個評價因子，所選中的評價因子為xi，則建立的評價因子集U如下：

2.2 建立評價集

由于《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中根據其功能劃分和保護目標的不同，將地表水水質劃分了五類，故確定評價集為：

2.3 建立模糊關系矩陣R

設評價因子有m個，水質評價標準由m個級別組成。設r表示第i種污染物的環境質量數值可以被評價為第j類環境質量的可能性（即i對j的隸屬度，它們的關系即為隸屬函數），構成評價因子與水質類別的模糊關系矩陣R。

隸屬度rij解析式為：

其中，Ci為評價因子xi的實際監測值，Sj為評價因子Ci的第j類水質標準值。

2.4 權重向量的計算

當每個評價指標的超標比都計算完之后，將其進行歸一化處理，得出每個評價指標的權重：

2.5 建立模糊綜合評價模型

建立模糊綜合評價模型如下：

3 評價因子與評價標準

評價因子根據受納水體的水環境狀態、評價工作等級、當地環境管理的要求等進行篩選和確定。由于山仔水庫是福州市的飲用水水源地，本次評價選定的評價因子為溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、氟化物、揮發酚。

選取《地表水環境質量標準》（GB3838-2002)作為評價標準，見表1。

表1 地表水環境質量標準基本項目標準限值 單位：mg/L

4 模糊綜合評價

4.1 分析數據來源

首先根據隸屬函數和實測值，計算各項因子對于5類水的隸屬度。利用公式以水樣的第二個單項因子高錳酸鹽指數為例，步驟如下：

同理，可以求出其它監測因子對5類水的隸屬度，從而得到模糊關系矩陣R。

4.2 模糊綜合評價

4.2.1數據收集

收集福州市環境監測站山仔水庫2013年3月、7月、11月監測數據，計算出平均值，見表2。

表2 2013年監測數據結果 單位：mg/L

4.2.2建立單因素模糊評價矩陣

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4.2.3建立權重集

計算每個評價指標的超標比，將其進行歸一化處理，得出每個評價指標的權重，見表3～表5。

表3 3月水庫監測因子權重的歸一化結果 單位：mg/L

表4 7月水庫監測因子權重的歸一化結果 單位：mg/L

表5 11月水庫監測因子權重的歸一化結果 單位：mg/L

4.2.4模糊綜合評價

在確定了單因素模糊評價矩陣R和權重集W后，確定模糊評價集。

山仔水庫通過計算得到的最終處理結果見表6。

表6 水庫2013年評價結果

5 結論

根據最大隸屬度原則，取最大值作為評價級別特征值，山仔水庫2013年評價結果為：水質等級分布都比較集中，基本都在Ⅰ類和Ⅲ類之間，水質較好，不僅能滿足灌溉需要，還基本符合國家飲用水的標準，滿足山仔水庫作為飲用水源地的級別要求。

根據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002），從監測數值來看，總氮和總磷濃度均超出Ⅲ類標準限值。水體氮磷含量過高是造成山仔水庫水源地富營養化的主要原因，水體富營養化將導致藻類繁殖，消耗水體DO，使得水體惡化，可能影響山仔水庫水的使用。

6 措施及建議

6.1 加強山仔庫區及周邊污染源整治。首先，要控制庫區周邊的人口規模；其次，加強小城鎮的建設和發展，全面開展以基礎設施建設、飲用水源地保護、能源建設、生活污水處理、垃圾處理、農業有機物處置為內容的小城鎮環境綜合整治，減少居民生活等活動對水源地的污染。

6.2 提高和改善山仔水庫的調蓄和凈化能力。加強對水庫的生態修復，通過科學合理的放養魚苗等方式，以魚抑藻，凈化水體。提高水庫的蓄水能力，在汛期增大水庫的蓄水水量，減少水庫的下泄水量，可以有效調節水庫的蓄水水量，一方面可以提高水庫的凈化能力，另一方面可以調節水庫上下游的需水量。通過設置自動監測站，安裝下泄流量在線監控裝置，實現對水質狀況的動態監控。

6.3 防治各類污染。取締違規養魚網箱和機船作業，建立隔離墻和隔離網，設置綠化隔離帶，關閉、拆除水源保護區范圍內違建的養豬場，全面禁止在禁養區、禁建區內新、擴建規模化生豬養殖場［5-7］等方式，有效控制污染物排放。

[1] 何桂芳,袁國明.用模糊數學對珠江口近20年來水質進行綜合評價[J].海洋環境科學，2007,26 (1):53-57.

[2] 曾永,樊引琴,王麗偉,等.水質模糊綜合評價法與單因子指數評價法比較[J].人民黃河，2007,29(2):45-62.

[3] 張晨,劉萬宏,王立義.模糊數學在水庫水質綜合評價中的應用[J].安全與環境學報，2009（1）:90-92.

[4] 汪尚朋,李江云.水質模糊評價的探討[J].中國農村水利水電,2005（1）:49-51.

[5] 羅獻寶,文軍,駱東奇等.千島湖水質變化特征與趨勢分析[J].中國生態農業學報，2006,14(1):208-212.

[6] 鐘曉,廖國華,孫偉等.紅楓湖、百花湖網箱養魚對湖庫水質的影響分析及水資源保護[J].貴州師范大學學報（自然科學版）,2004(4):34-38.

[7] 王煥松，雷坤.遼東灣海域水體富營養化的模糊綜合評價[J]環境科學研究，2010，23（4）：413-419.