基于模糊綜合評價法的軍山湖水環境質量評價

基于模糊綜合評價法的軍山湖水環境質量評價

萬會平張燕萍鄧勇輝章海鑫陶志英王海華陳文靜

(江西省水產科學研究所，南昌 330039)

摘要：采用模糊綜合評價法對江西省軍山湖水質現狀進行評價。利用2013年5月—2014年3月軍山湖15個位點水質周年實際監測數據，確定5個指標(DO、CODMn、NH3-N、TN、TP)作為評價因子，建立評價矩陣，計算出影響因子的權重，最后對軍山湖水質現狀進行綜合評價。結果發現，軍山湖水質總體狀況良好，各監測月份的水質狀況達到Ⅰ類水或Ⅱ類水，其水生態環境適合長江江豚的棲息。

關鍵詞：軍山湖；模糊綜合評價法；水質評價

收稿日期：*2015-4-30

中圖分類號：S932.8

文章編號：1006-3188(2015)02-0015-03

軍山湖位于江西省南昌市進賢縣北部，東經116°01′15″ ~ 116°33′38″，北緯28°09′41″ ~ 28°46′13″。它北起瀘潯渡，南至烏石坑，東到鐘陵橋，西止涂家汊，南北長25km，東西寬5km，最寬處達16km，水面為32/21334ha，流域面積為615.5km2，蓄水量近12億m3。軍山湖居鄱陽湖之南，歷史上鄱陽湖的一部分，是白鱀豚和長江江豚的棲息地，1958年修建軍山湖大堤后形成了相對獨立的一個湖泊。其東面有信江，南部為進賢縣城，西面有青嵐湖和撫河，北面為金溪湖。豐水期，可通過閘門實現與鄱陽湖的水體交換，枯水期，則可以有效地控制湖內水位。由于軍山湖被列為飲用水源地保護區，周邊的經濟活動得到了有效控制，主要的涉水活動為取水灌溉、漁業捕撈和少量的生活污水排放，水質保持良好。

長江江豚是長江淡水生態系統的頂級生物，它也是長江生態系統健康與否的重要指示物種，主要分布在長江中下游干流及洞庭湖和鄱陽湖中。2012年長江淡水豚考察結果顯示，目前長江江豚的種群數量約為1040頭，其中長江干流僅有505頭，鄱陽湖約有450頭，長江干流2006至2012年間種群的年均下降速率達到了13.73%，未來五年內干流江豚的種群數量將會下降到250頭以下[1]。中國科學院水生生物研究所基于目前種群數量及下降速率預測，長江江豚極可能在未來15年內滅絕。為了最大限度地保護長江生態環境，保護長江水資源，保護長江水生生物多樣性，提出加大力度、加快速度推進長江江豚遷地保護的建議。在農業部委托中國科學院水生生物研究所起草了《長江江豚拯救行動計劃》中提出，江西南昌進賢縣軍山湖是首批選定的遷地保護基地候選區域，為此江西省農業廳及進賢縣縣委、縣政府高度重視長江江豚的保護，全力支持在軍山湖建立長江江豚遷地保護基地。為了給軍山湖建立長江江豚遷地保護基地提供基礎數據，本文采用模糊綜合評價法[2-4]對軍山湖水質狀況進行整體評價。

1　評價數據來源

數據來源：結合監測湖泊的進出水口、湖叉、水草區、敞水區、養殖區等因素在軍山湖布設監測位點15個(見圖1)，從2013年5月開始每2月采樣監測一次，監測一周年。按《水和廢水監測分析方法》[5]中規定方法進行監測與分析，監測結果見表1。

圖1　軍山湖湖面監測位點圖

指標5月7月9月11月1月3月DO8.8±1.29.2±1.110.4±1.211.7±1.414.9±2.515.3±1.3CODMn1.9±0.63.1±0.44.0±0.63.2±0.42.4±0.22.4±0.1TN0.58±0.40.71±0.50.85±0.50.78±0.140.78±0.171.03±0.5TP0.047±0.020.02±0.010.039±0.010.054±0.010.056±0.010.022±0.01NH3-N0.10±0.010.49±0.120.42±0.110.47±0.040.57±0.040.22±0.09

模糊綜合評價法是通過建立評價指標級、評價級、隸屬函數和權重級實現對各個樣本的質量等級進行綜合評價[6-8]。

2. 1確定評價指標

根據軍山湖2013年5月～2014年3月的水質特點和監測數據，本文選取5個主要因素U= {DO，CODMn，NH3-N，TN，TP}適合應用模糊綜合評價法進行評價。所有評價指標分為正向指標和負向指標兩種，其中正向指標的環境因子有DO；負向指標的環境因子有CODMn、總氮、總磷以及氨氮。

2.2建立評價集

依據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)[9]，將地表水水質分成了五類，故確定評價集為:V= {Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，各等級的標準見表2。

表2　地表水環境質量標準(GB3838-2002)

2.3建立模糊關系矩陣R

根據各個評價因子的隸屬函數及其實測值，求出各月份各平價因子對于各級水的隸屬函數矩陣，例如5月份的模糊關系矩陣為

7月、9月、11月、1月及3月的模糊關系矩陣可按同樣方法得到，在此不逐一列出。

2.4確定各評價因子的權重

權重是衡量評價因子集中某一因子對水質污染程度影響相對大小的量，權重系數越大，則該因子對水質的影響程度越大。可以用評價因子貢獻率的方法確定權重向量，通過計算超標比來計算權重值。根據各評價因子的超標比可計算出各個月各評價因子的權重值，進行歸一化處理后所得結果如表3所示。

表3　評價因子權重值歸一化結果

2.5水質模糊綜合評價

將2.3節所得的各單因素模糊關系矩陣[R]和2.4節所得的權重集W代入B=W·R建立的模糊綜合評價模型中進行計算，得到模糊綜合評價集B。依據評判結果，取y=max(vi)(i=1,2,3,4….m)，即矩陣B中最大值對應的等級，得到評價軍山湖水質相應的評價等級。軍山湖各監測月份的模糊綜合評價結果如表4所示。

表4　軍山湖各監測月份水質的模糊綜合評價結果

結果發現，軍山湖2013年5月、11月以及2014年3月水質的各斷面平均值屬于Ⅰ級，2013年7月、9月以及2014年1月水質的各斷面平均值屬于Ⅱ級，軍山湖各監測月份的水質狀況達到Ⅰ類水或Ⅱ類水，水質總體狀況良好，適合長江江豚的棲息。

在影響軍山湖水質的各指標中，通過對權重的計算可以看出污染物總氮(TN)對水質的影響程度相對較大，其權重和在各監測斷面中均超過了50%，說明水體中的主要污染物為總氮，這與軍山湖的水質污染實際情況完全相符。

3　討論

南昌大學吉曉燕(2011)2009-2011年結合軍山湖實際情況，并綜合多種因素對軍山湖的枯水期、平水期和豐水期水質進行了監測，并采用綜合污染指數法對軍山湖枯水期、平水期和豐水期的水質類別評價為輕度污染、影響和輕度污染；全年水質現狀為輕度污染，影響污染程度不大，加強控制水質級別即可由“輕污染”轉化為“影響”[10]。江立文等(2012年)也利用2010年軍山湖的監測數據，采用綜合營養狀態指數法對其水質進行了評價，結果表明軍山湖綜合營養狀態指數為34.31，為中營養化湖泊[11]。

本文采用模糊綜合評價法對軍山湖2013年～2014年水質評價結果表明，軍山湖各監測月份間水質存在差異，但總體狀況良好，達到Ⅰ類或Ⅱ類水；由權重計算可知，總氮為軍山湖首要污染物，其次為總磷、氨氮。軍山湖流域主要以豐富的農業資源為基礎，水面特色養殖和“綠色”作物種植的生態農業經濟為主，其污染物主要來源于農業種植業流失、水產養殖污染以及城鎮和農村生活污染等。因此，有必要進一步加強生活污水集中處理的力度和控制農業面源污染，減少氮磷營養污染物總量，切實提高軍山湖水環境質量，確保長江江豚保護基地水環境質量良好，符合其生存與繁衍的生態環境要求。

參考文獻：

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[11] 江立文, 陳楊,林暾等. 江西省中小型湖泊水體營養狀態評價及其驅動因子研究[J].環境工程技術學報, 2012,2(4): 303~308.