湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的快速評(píng)價(jià)

白愛(ài)民

（云南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，云南昆明650034）

近20年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，江河湖海的富營(yíng)養(yǎng)化也日益嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，我國(guó)有大小湖泊24800多個(gè)，而處于富營(yíng)養(yǎng)化的占湖泊總量的65%，處于中營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)化富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊占湖泊總量的20%［1］。水體富營(yíng)養(yǎng)化不僅使當(dāng)?shù)仫嬘盟吹厥艿酵{，水質(zhì)普遍惡化，而且也制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民的生活［2］，因此，對(duì)湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度做常規(guī)性評(píng)價(jià)對(duì)掌握水體富營(yíng)養(yǎng)化及變化情況十分重要，也是環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)的常規(guī)例行工作之一。

水體富營(yíng)養(yǎng)化（eutrophication）是指水體中含有過(guò)多的氮、磷等可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致水體中的藻類(lèi)及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶氧量下降，水質(zhì)惡化，魚(yú)蝦等生物大量死亡的現(xiàn)象［3］。湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)一般采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。由于計(jì)算公式較復(fù)雜和麻煩，不僅工作量大，而且極易出現(xiàn)錯(cuò)誤［4］。

Microsoft EXCEL是使用最廣泛的電子表格軟件之一，它在數(shù)據(jù)綜合管理和分析方面具有功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)、使用方便等特點(diǎn)。但很多工作人員使用EXCEL仍停留在初級(jí)水平，找出一種簡(jiǎn)單、易用的求解湖 （庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)方法是很有必要的。

1 湖 （庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

湖泊 （水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)有五項(xiàng)：葉綠素a（chla）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）。

1.2 計(jì)算公式

湖泊 （水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)方法是綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，其計(jì)算公式為：

式中：TLI（∑）－綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wj－第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；

TLI（j）－代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

式中：rij－第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；

m－評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

中國(guó)湖泊（水庫(kù)）的chla與其它參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系rij及見(jiàn)表1。

表1 中國(guó)湖泊（水庫(kù)）部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系rij及值

表1 中國(guó)湖泊（水庫(kù)）部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系rij及值

注：引自金相燦等著 《中國(guó)湖泊環(huán)境》，表中rij來(lái)源于中國(guó)26個(gè)主要湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。

參數(shù) chla TP TN SD CODMn rij 1 0.84 0.82 －0.83 0.83 1 0.7056 0.6724 0.6889 0.6889 r2 ij

各項(xiàng)目營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算：

（1）TLI（chla）＝10×（2.5＋1.086×ln（chla））

（2）TLI（TP）＝10×（9.436＋1.624×ln（TP））

（3）TLI（TN）＝10×（5.453＋1.694×ln（TN））

（4）TLI（SD）＝10×（5.118－1.94×ln（SD））

（5）TLI（CODMn）＝10×（0.109＋2.661× ln（CODMn））

式中：葉綠素a（chla）單位為mg／m3，透明度（SD）單位為m；其它指標(biāo)單位均為mg／L。1.3 湖泊（水庫(kù)）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊（水庫(kù)）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)：

TLI（∑）＜30 貧營(yíng)養(yǎng)（Oligotropher）；

30≤TLI（∑）≤50 中營(yíng)養(yǎng)（Mesotropher）；

TLI（∑）＞50 富營(yíng)養(yǎng)（Eutropher）；

50＜TLI（∑）≤60 輕度富營(yíng)養(yǎng)（light eutropher）；

60＜TLI（∑）≤70 中度富營(yíng)養(yǎng)（Middle eutropher）；

TLI（∑）＞70 重度富營(yíng)養(yǎng)（Hyper eutropher）。

在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)程度越重。

2 EXCEL自定義函數(shù)及其優(yōu)勢(shì)

EXCEL有強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，內(nèi)置函數(shù)使用也很方便，不過(guò)EXCEL的內(nèi)置函數(shù)常常不能滿(mǎn)足具有特殊性和專(zhuān)業(yè)性的計(jì)算任務(wù)，這時(shí)，就可以通過(guò)定義自己的函數(shù)來(lái)解決問(wèn)題。

EXCEL自定義函數(shù)是使用者預(yù)先定義，可執(zhí)行計(jì)算、分析等處理數(shù)據(jù)任務(wù)的特殊公式。自定義函數(shù)是用通用應(yīng)用程序腳本編程語(yǔ)言VBA（Visual Basic for Application）創(chuàng)建的。自定義函數(shù)和內(nèi)置函數(shù)一樣，由函數(shù)名、括號(hào)及括號(hào)內(nèi)的參數(shù)組成。一個(gè)函數(shù)只有唯一的一個(gè)名稱(chēng)，它決定了函數(shù)的功能和用途。參數(shù)是函數(shù)中最復(fù)雜的組成部分，它規(guī)定了函數(shù)的運(yùn)算對(duì)象、順序或結(jié)構(gòu)等，使用戶(hù)可以對(duì)某些單元格或區(qū)域進(jìn)行處理。

使用自定義函數(shù)還有下面優(yōu)點(diǎn)：

（1）自定義函數(shù)像EXCEL內(nèi)置函數(shù)一樣簡(jiǎn)單易用；

（2）自定義函數(shù)能滿(mǎn)足具有特殊性和專(zhuān)業(yè)性計(jì)算任務(wù)的需要，功能比內(nèi)置函數(shù)更強(qiáng)大，使用更靈活；

（3）有多種方法來(lái)輸出和調(diào)用自定義函數(shù)，易于在同行業(yè)和有同樣需求的部門(mén)推廣使用；

（4）自定義函數(shù)可包含多個(gè)參數(shù)，函數(shù)名和參數(shù)名可用漢字或英文字母表示，增加報(bào)表的可讀性。

3 自定義函數(shù)的編寫(xiě)、保存與使用

3.1 編寫(xiě)自定義函數(shù)

（1）啟動(dòng)EXCEL，選擇菜單“工具→宏→Visual Basic編輯器”命令（或按下鍵盤(pán)Alt＋F11組合鍵），打開(kāi)Visual Basic窗口。

（2）選擇菜單 “插入→模塊”命令，于是得到“模塊1”，將“模塊1”改名為“Eutro模塊”（見(jiàn)圖1左側(cè)），（取富營(yíng)養(yǎng)化的英文前5個(gè)字符作為模塊名。在代碼窗口完成自定義函數(shù)的編寫(xiě)（見(jiàn)圖1右側(cè)。本例中只保留了自定義函數(shù)的格式，省略了代碼部分）。

（3）自定義函數(shù)的編寫(xiě)由“Function”開(kāi)始，后跟函數(shù)名和括在括號(hào)中參數(shù)，并可明確自定義函數(shù)返回值的數(shù)據(jù)類(lèi)型，以“End Function”語(yǔ)句結(jié)束。開(kāi)始語(yǔ)句和結(jié)束語(yǔ)句之間 （圖1中省略部分）是實(shí)現(xiàn)自定義函數(shù)功能的代碼或說(shuō)明。本例中兩個(gè)自定義函數(shù)名為“EutroIndex”（富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)）和“EutroState”（富營(yíng)養(yǎng)化程度），均有5個(gè)參數(shù)：Chl，TP，TN，Tr和COD，參數(shù)名與湖（庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)中的英文符號(hào)基本一致，方便記憶，使用時(shí)也不易弄錯(cuò)順序。

3.2 保存自定義函數(shù)

完成 “富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)”和 “富營(yíng)養(yǎng)化程度”自定義函數(shù)的編寫(xiě)與調(diào)試后，為方便推廣或在以后的工作中使用，可將模塊以文件的形式保存。方法：鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊該模塊——選擇導(dǎo)出文件——選擇擬存放文件的目錄并輸入文件名 （本例使用缺省文件名“Eutro模塊.bas”）后保存即可。見(jiàn)圖2和圖3。

3.3 導(dǎo)入自定義函數(shù)

當(dāng)需要在EXCEL數(shù)據(jù)報(bào)表中使用自定義函數(shù)時(shí)，須先將自定義函數(shù)模塊導(dǎo)入。方法：打開(kāi)數(shù)據(jù)報(bào)表——按Alt＋F11（組合功能鍵）——在Visual Basic窗口的文件菜單中選擇“導(dǎo)入文件”（見(jiàn)圖4）——選擇模塊保存的文件夾和文件名——“打開(kāi)”該文件即完成模塊的導(dǎo)入。

3.4 使用自定義函數(shù)

自定義函數(shù)導(dǎo)入到EXCEL工作薄后，就可像內(nèi)置函數(shù)一樣使用了。在 “AD9”單元格輸入計(jì)算富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的公式“＝eutroindex（AA9，I9，J9，Z9，E9）”（見(jiàn)圖5的公式欄），公式中引用的單元格按順序分別代表了湖庫(kù)1的參數(shù)：葉綠素a、總磷、總氮、透明度和高錳酸鹽指數(shù) （為使自定義函數(shù)的使用更簡(jiǎn)明，本例隱藏了EXCEL工作表中無(wú)關(guān)的行和列）。同理，在 “AE9”單元格輸入描述富營(yíng)養(yǎng)化程度的公式“＝eutrostate（AA9，I9，J9，Z9，E9）”，就可獲得第一個(gè)湖庫(kù)的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)公式復(fù)制粘貼 （或句柄拖動(dòng)方式）快速輸入公式后，整張報(bào)表的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)完成（見(jiàn)圖5）。

本例中，使用自定義函數(shù)計(jì)算出了富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化程度給出了文字描述。在報(bào)表中，數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)用 “－”表示，當(dāng)參與計(jì)算的參數(shù)出現(xiàn)缺測(cè)時(shí)，富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)用紅色的 “（100）”（負(fù)一百，）表示，富營(yíng)養(yǎng)化程度用 “缺項(xiàng)”描述。

3.5 自定義函數(shù)的推廣

如果想要其它人員 （或在其它計(jì)算機(jī)上）使用自定義函數(shù)，只要把保存的模塊文件 （本例為“Eutro模塊.bas”）發(fā)送給推廣對(duì)象，再按上面敘述的方法，將模塊導(dǎo)入到擬評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化程度的EXCEL文件中即可。當(dāng)然，也可使用加載宏文件的方式來(lái)保存和使用自定義函數(shù)，但使用方法更復(fù)雜一些。

4 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)湖 （庫(kù)）的富營(yíng)養(yǎng)化程度是環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)的常規(guī)例行工作之一。評(píng)價(jià)工作涉及的指標(biāo)多，計(jì)算公式復(fù)雜。EXCEL功能非常強(qiáng)大［5］，但很多使用者只會(huì)分步計(jì)算，工作量很大，遠(yuǎn)沒(méi)有體現(xiàn)出EXCEL的優(yōu)越性。本文介紹了評(píng)價(jià)湖（庫(kù)）的富營(yíng)養(yǎng)化程度的Excel自定義函數(shù)，以及函數(shù)的編寫(xiě)、保存、導(dǎo)入與使用方法。自定義函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理與分析，象EXCEL的內(nèi)置函數(shù)一樣簡(jiǎn)單直觀，使用方便，且易于推廣。利用EXCEL的引用功能，可方便快捷地完成大量重復(fù)計(jì)算的公式輸入 ［6］，快速獲得多個(gè)湖 （庫(kù)）的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果。

［1］劉光釗.水體富營(yíng)養(yǎng)化及其藻害 ［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

［2］劉慧.水體富營(yíng)養(yǎng)化及其防治［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2006，（5）.

［3］謝小東.水體富營(yíng)養(yǎng)化及其治理措施 ［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，（21）.

［4］鄭婷婷.EXCEL在湖泊＼水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，（43）.

［5］張迎新.EXCEL2003函數(shù)應(yīng)用完全手冊(cè)［M］.2004

［6］白愛(ài)民.EXCEL與底泥數(shù)據(jù)的分析［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2010，29（5）：109－112.