水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在太湖漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價中的應(yīng)用

張莉，樊祥科，鄭浩，段翠蘭，楊振

（江蘇省漁業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇　南京　210036）

水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在太湖漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價中的應(yīng)用

張莉，樊祥科，鄭浩，段翠蘭，楊振

（江蘇省漁業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇南京210036）

根據(jù)2009—2014年太湖整個湖區(qū)平水期和豐水期的實(shí)際監(jiān)測結(jié)果，依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，選取溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（CODcr）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）6項(xiàng)參數(shù)作為主要評價指標(biāo)，應(yīng)用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對太湖水環(huán)境狀況分別綜合水質(zhì)評價。單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果表明，太湖主要污染因子的污染程度排列次序是：TP＞TN＞CODcr＞CODMn＞NH3-N＞DO，TP、TN的超標(biāo)造成太湖出現(xiàn)嚴(yán)重的富營養(yǎng)化問題，DO全年處于Ⅰ—Ⅱ類水質(zhì)。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果表明：2009—2014年間，太湖豐水期水質(zhì)總體優(yōu)于平水期，且有繼續(xù)變好的趨勢，能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)要求。

太湖；綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；水質(zhì)評價

太湖地處長江三角洲核心區(qū)域，是我國第三大淡水湖，橫跨江、浙兩省，北臨無錫，南瀕湖州，西依宜興，東近蘇州，水域面積2 338 km2［1］。太湖是一座天然的平原調(diào)蓄水庫，具有蓄洪、灌溉、航運(yùn)、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)功能［2］，更重要的是太湖是蘇州、無錫兩市的主要飲用水水源，也是浙東地區(qū)與上海的主要水源補(bǔ)給地［3，4］。隨著環(huán)太湖地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類在開發(fā)利用太湖的水資源過程中，將大量污染物和營養(yǎng)鹽不斷排入太湖，嚴(yán)重影響了太湖水環(huán)境安全和水生態(tài)功能［5-7］。近年來，太湖水體富營養(yǎng)化問題日趨加劇，藍(lán)藻水華事件頻繁暴發(fā)［8，9］，已嚴(yán)重威脅到社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人類健康［10-13］。為了解太湖水環(huán)境狀況，制定合理的太湖開發(fā)和管理措施，我國諸多學(xué)者對太湖進(jìn)行了大量調(diào)查，并用不同的評價方法對其進(jìn)行評價分析［14-17］。

目前，我國河流、湖泊水環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法有模糊分析法［18，19］、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法［20］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法［21］、灰色聚類法［22］等。這些方法對我國水環(huán)境質(zhì)量評價起到了積極作用，但也存在著一些不足，既不能對主要污染因子的污染程度定量描述，也不能估測水體狀況是否達(dá)到功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)［23］。水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法［24-26］作為近年來提出的一種全新的綜合水質(zhì)評價方法，不僅能夠完整表達(dá)單因子的水質(zhì)類別，還可以定性、定量地評價綜合水質(zhì)狀況。

該文以2009—2014年太湖整個湖區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對太湖6年間的漁業(yè)水質(zhì)狀況進(jìn)行系統(tǒng)的評價和分析，并研究太湖水質(zhì)在時間上的變化規(guī)律，以期掌握該水體水質(zhì)特征，研究結(jié)論對水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)評價有一定指導(dǎo)作用，同時對水質(zhì)保護(hù)有一定參考價值。

1　材料與方法

1.1監(jiān)測時間

根據(jù)江蘇省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站對太湖漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的長期監(jiān)測，選取2009—2014年平水期（4—5月）和豐水期（8—9月）6年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，水質(zhì)數(shù)據(jù)為平水期均值和豐水期均值。

1.2監(jiān)測站位

在太湖敞水區(qū)、主要進(jìn)出湖河道、保護(hù)區(qū)、網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)等四個功能區(qū)共布設(shè)35個監(jiān)測站位。其中敞水區(qū)15個，網(wǎng)圍養(yǎng)殖區(qū)4個，保護(hù)區(qū)4個，入湖河道7個，出湖河道5個站。圖1為太湖漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站位示意圖。

圖1　太湖漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站位示意圖

1.3監(jiān)測方法

DO采用HJ 506-2009《水質(zhì)溶解氧的測定電化學(xué)探頭法》，CODcr采用GB 11914-1989《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》，CODMn采用 GB 11892-1989《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定》，NH3-N采用HJ 535-2009《水質(zhì)氨氮的測定鈉氏試劑分光光度法》，TN采用HJ 636-2012《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》，TP采用GB 11893-1989《水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法》。

1.4評價方法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是以國家標(biāo)準(zhǔn)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評價標(biāo)準(zhǔn)，分別求出單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（P）和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（I）。

1.4.1單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（P）由1位整數(shù)、小數(shù)點(diǎn)后2位或3位有效數(shù)字組成，表示為：式中：X1為第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別；X2為監(jiān)測結(jié)果在X1類水質(zhì)區(qū)間所處的位置，按四舍五入計算；X3為水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果。X1、X2、X3的確定參見文［27］。

1.4.2綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（I）由整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后3位或4位有效數(shù)字組成，表示為：

式中：X1為水質(zhì)總體的綜合水質(zhì)類別；X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間所處的位置；X3為參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)的比較結(jié)果。n為參加水質(zhì)評價因子的個數(shù)。X1、X2、X3、X4的確定參見文［24］。

1.4.3水質(zhì)類別的判定綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的級別判定見表1。

2　綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在太湖漁業(yè)水質(zhì)中的應(yīng)用

根據(jù)GB 11607-1989《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》［28］、GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［29］和太湖2009—2012年平水期和豐水期的可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)，并參考多年來太湖的水質(zhì)特征，以DO、CODcr、CODMn、NH3-N、TN、TP 6項(xiàng)參數(shù)作為綜合水質(zhì)標(biāo)識法的主要評價指標(biāo)［30-31］，應(yīng)用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評價。該水體水功能區(qū)劃為地表水Ⅲ類水體。

2.12009—2012年太湖水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

如表2所示，依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評價，DO全部處于Ⅰ—Ⅱ類水質(zhì)，CODcr在2014年均處于Ⅲ類水質(zhì)，在2011年屬于劣Ⅴ類水質(zhì)，其余均處于Ⅳ—Ⅴ類水質(zhì)之間CODMn除在2012年豐水期屬于Ⅳ類水質(zhì)外，其余時間均介于Ⅱ—Ⅲ類水質(zhì)之間，NH3-N在2010年平水期處于Ⅳ類水質(zhì)，其余時間均在Ⅰ—Ⅲ類水質(zhì)之間，TN僅在2012年平水期和2014年豐水期達(dá)到水質(zhì)指標(biāo)要求，TP均超過Ⅲ類水質(zhì)要求。根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)計算單因子標(biāo)識指數(shù)。

表1　綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的綜合水質(zhì)級別判定

表2　2009—2012年太湖水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果mg/L

表3　單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

2.2太湖單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果及分析

2.2.1單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果見表3。如太湖2011年豐水期的NH3-N單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為3.90，“3”表示氨氮為Ⅲ類水，“9”表示氨氮值位于Ⅲ類水區(qū)間中距下限值90%的位置，“0”表示監(jiān)測值好于或達(dá)到水質(zhì)功能目標(biāo)。同樣，2011年平水期總磷指數(shù)為4.51，“4”表示總磷為Ⅳ類，“5”表示值位于Ⅳ類水區(qū)間中距下限50%的位置，“1”表示水質(zhì)監(jiān)測值劣于目標(biāo)值1個類別。

2.2.2單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果分析由表3可得到以下4點(diǎn)結(jié)論。①太湖主要污染因子的污染程度大小排列次序是：TP＞TN＞CODcr＞CODMn＞NH3-N＞DO。②TP質(zhì)量濃度有所下降，但還是嚴(yán)重超標(biāo)，是第一污染因子；TN質(zhì)量濃度略有下降，但依然超標(biāo)嚴(yán)重，是重點(diǎn)控制的污染指標(biāo)，而TP、TN是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要植物營養(yǎng)物質(zhì)，因而造成太湖出現(xiàn)嚴(yán)重的富營養(yǎng)化問題；CODcr在2014年達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)要求，在2009—2013年件均不能滿足功能區(qū)目標(biāo)。③CODMn和NH3-N除個別時間不能達(dá)到太湖水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)要求外，其他時間均達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。④其他單項(xiàng)指標(biāo)均滿足太湖水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)要求。

2.3太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

根據(jù)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，計算太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，并進(jìn)行綜合水質(zhì)評價，評價結(jié)果如表4所示。由表4可得到以下4點(diǎn)結(jié)論。①從時間分布上看，2011—2014年間平水期和豐水期綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值基本一致，說明太湖水質(zhì)比較穩(wěn)定。2009—2010年間豐水期綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值小于平水期，說明豐水期水質(zhì)好于平水期，太湖水環(huán)境質(zhì)量不太穩(wěn)定。②2009—2011年間平水期綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值為Ⅳ類水質(zhì)，水環(huán)境質(zhì)量劣于功能區(qū)要求1個類別，但距離Ⅳ類水質(zhì)變化區(qū)0～20%的位置，有轉(zhuǎn)為Ⅲ類水質(zhì)的趨勢；2012—2014年間綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值為Ⅲ類水質(zhì)，達(dá)到水環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)要求。③豐水期除2011年綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值為Ⅳ類水質(zhì)外，其余5年均達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)，說明豐水期水質(zhì)優(yōu)于平水期，這與豐水期的強(qiáng)降水稀釋作用分不開。④若采用國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇最差的指標(biāo)，按照分類進(jìn)行評價的方法評價太湖漁業(yè)水質(zhì)，其結(jié)果是太湖漁業(yè)水質(zhì)屬于劣Ⅴ類水，這與水質(zhì)現(xiàn)狀明顯不符，可見綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的合理性。

太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)隨時間變化如圖2所示，圖2表明，太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)在2012年后均是先上升后下降，并且有繼續(xù)下降的趨勢，表明太湖水質(zhì)有繼續(xù)轉(zhuǎn)好的趨勢。

表4　太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果

3　結(jié)語

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對太湖漁業(yè)水質(zhì)的評價結(jié)果與水質(zhì)現(xiàn)狀一致，很好地確定了水質(zhì)所屬級別、水質(zhì)現(xiàn)狀及與水環(huán)境功能區(qū)類別的差距，具有計算簡單、可操作性強(qiáng)、分析直觀、評價科學(xué)合理的優(yōu)點(diǎn)。

太湖漁業(yè)水質(zhì)狀況的時間分布表明，2009—2014年間豐水期水質(zhì)總體優(yōu)于平水期，水體水質(zhì)良好，屬于Ⅲ類水體，符合水質(zhì)目標(biāo)要求，且水質(zhì)有轉(zhuǎn)好的趨勢。

太湖主要污染物為氮、磷營養(yǎng)元素，TN、TP的過量均會使浮游植物大量繁殖，水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，破壞水體中的氧氣平衡，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，同時，藻類等浮游植物的死亡將釋放毒素，引起水體進(jìn)一步受到污染，因此應(yīng)引起足夠的重視，建議科學(xué)合理地計算與分配太湖養(yǎng)殖承載力和流域水環(huán)境承載力，建立生態(tài)養(yǎng)殖模式，全面修復(fù)并養(yǎng)護(hù)太湖水體生態(tài)環(huán)境。加大引江濟(jì)太線路和增大引江水量，盡早使整個太湖的水質(zhì)得以改善。

圖2　太湖綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)隨時間變化圖

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Application of water quality identification index method in water quality evaluation of Taihu Lake

Zhang Li，F(xiàn)an Xiangke，Zheng Hao，Duan Cuilan，Yang Zhen
（Fisheries Technology Extension Center of Jiangsu Province，Nanjing 210036，China）

According to the actual monitoring results of average water period and flood period from 2009 to 2014 and Surface Water Environmental Quality Standard（GB 3838-2002），six parameters which were DO，COD－cr，CODMn，NH3-N，TN and TP were selected as the main index to evaluate water quality of Taihu Lake with the method of water quality identification index.Single factor quality identification index results show that the pollution degree of Taihu Lake is as follows:TP＞TN＞CODcr＞CODMn＞NH3-N＞DO.The serious problem of excessive eutrophication was caused by TP and TN，and the water quality wasⅠ—Ⅱbased on DO results.Comprehensive water quality identification index indicates that the water quality was better in flood period than in average water period，and the trend had continued to change for the better，with the requirements of water environment functional area could be achieved.

Taihu lake；comprehensive water quality identification index；single factor identification index；water assess

Q178.5

A

1004-2091（2016）01-0035-06

10.3969/j.issn.1004-2091.2016.01.007

2015-06-24）