水質標識指數法在太湖漁業生態環境評價中的應用

張莉，樊祥科，鄭浩，段翠蘭，楊振

（江蘇省漁業技術推廣中心，江蘇　南京　210036）

水質標識指數法在太湖漁業生態環境評價中的應用

張莉，樊祥科，鄭浩，段翠蘭，楊振

（江蘇省漁業技術推廣中心，江蘇南京210036）

根據2009—2014年太湖整個湖區平水期和豐水期的實際監測結果，依據GB 3838-2002《地表水環境質量標準》，選取溶解氧（DO）、化學需氧量（CODcr）、高錳酸鹽指數（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）6項參數作為主要評價指標，應用水質標識指數法對太湖水環境狀況分別綜合水質評價。單因子水質標識指數評價結果表明，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的超標造成太湖出現嚴重的富營養化問題，DO全年處于Ⅰ—Ⅱ類水質。綜合水質標識指數評價結果表明：2009—2014年間，太湖豐水期水質總體優于平水期，且有繼續變好的趨勢，能達到水環境功能區目標要求。

太湖；綜合水質標識指數；單因子水質標識指數；水質評價

太湖地處長江三角洲核心區域，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蓄水庫，具有蓄洪、灌溉、航運、供水、水產養殖、旅游等多項經濟功能［2］，更重要的是太湖是蘇州、無錫兩市的主要飲用水水源，也是浙東地區與上海的主要水源補給地［3，4］。隨著環太湖地區經濟的高速發展，人類在開發利用太湖的水資源過程中，將大量污染物和營養鹽不斷排入太湖，嚴重影響了太湖水環境安全和水生態功能［5-7］。近年來，太湖水體富營養化問題日趨加劇，藍藻水華事件頻繁暴發［8，9］，已嚴重威脅到社會經濟的可持續發展和人類健康［10-13］。為了解太湖水環境狀況，制定合理的太湖開發和管理措施，我國諸多學者對太湖進行了大量調查，并用不同的評價方法對其進行評價分析［14-17］。

目前，我國河流、湖泊水環境質量綜合評價方法有模糊分析法［18，19］、內梅羅污染指數法［20］、人工神經網絡評價法［21］、灰色聚類法［22］等。這些方法對我國水環境質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到功能區標準［23］。水質標識指數法［24-26］作為近年來提出的一種全新的綜合水質評價方法，不僅能夠完整表達單因子的水質類別，還可以定性、定量地評價綜合水質狀況。

該文以2009—2014年太湖整個湖區的水質監測數據為基礎，采用水質標識指數法對太湖6年間的漁業水質狀況進行系統的評價和分析，并研究太湖水質在時間上的變化規律，以期掌握該水體水質特征，研究結論對水質監測數據評價有一定指導作用，同時對水質保護有一定參考價值。

1　材料與方法

1.1監測時間

根據江蘇省漁業生態環境監測站對太湖漁業生態環境的長期監測，選取2009—2014年平水期（4—5月）和豐水期（8—9月）6年來的監測數據，水質數據為平水期均值和豐水期均值。

1.2監測站位

在太湖敞水區、主要進出湖河道、保護區、網圍養殖區等四個功能區共布設35個監測站位。其中敞水區15個，網圍養殖區4個，保護區4個，入湖河道7個，出湖河道5個站。圖1為太湖漁業生態環境監測站位示意圖。

圖1　太湖漁業生態環境監測站位示意圖

1.3監測方法

DO采用HJ 506-2009《水質溶解氧的測定電化學探頭法》，CODcr采用GB 11914-1989《水質化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》，CODMn采用 GB 11892-1989《水質高錳酸鹽指數的測定》，NH3-N采用HJ 535-2009《水質氨氮的測定鈉氏試劑分光光度法》，TN采用HJ 636-2012《水質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《水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法》。

1.4評價方法

綜合水質標識指數法是以國家標準GB 3838-2002《地表水環境質量標準》為評價標準，分別求出單因子水質標識指數（P）和綜合水質標識指數（I）。

1.4.1單因子水質標識指數單因子水質標識指數（P）由1位整數、小數點后2位或3位有效數字組成，表示為：式中：X1為第i項水質指標的水質類別；X2為監測結果在X1類水質區間所處的位置，按四舍五入計算；X3為水質類別與功能區劃設定類別的比較結果。X1、X2、X3的確定參見文［27］。

1.4.2綜合水質標識指數綜合水質標識指數（I）由整數位和小數點后3位或4位有效數字組成，表示為：

式中：X1為水質總體的綜合水質類別；X2為綜合水質在X1類水質變化區間所處的位置；X3為參與綜合水質評價的水質指標中，劣于水環境功能區目標的單項指標個數；X4為綜合水質類別與水體功能區的比較結果。n為參加水質評價因子的個數。X1、X2、X3、X4的確定參見文［24］。

1.4.3水質類別的判定綜合水質標識指數的級別判定見表1。

2　綜合水質標識指數法在太湖漁業水質中的應用

根據GB 11607-1989《漁業水質標準》［28］、GB 3838-2002《地表水環境質量標準》［29］和太湖2009—2012年平水期和豐水期的可靠監測數據，并參考多年來太湖的水質特征，以DO、CODcr、CODMn、NH3-N、TN、TP 6項參數作為綜合水質標識法的主要評價指標［30-31］，應用綜合水質標識指數法進行水質評價。該水體水功能區劃為地表水Ⅲ類水體。

2.12009—2012年太湖水質監測結果

如表2所示，依據GB 3838-2002《地表水環境質量標準》評價，DO全部處于Ⅰ—Ⅱ類水質，CODcr在2014年均處于Ⅲ類水質，在2011年屬于劣Ⅴ類水質，其余均處于Ⅳ—Ⅴ類水質之間CODMn除在2012年豐水期屬于Ⅳ類水質外，其余時間均介于Ⅱ—Ⅲ類水質之間，NH3-N在2010年平水期處于Ⅳ類水質，其余時間均在Ⅰ—Ⅲ類水質之間，TN僅在2012年平水期和2014年豐水期達到水質指標要求，TP均超過Ⅲ類水質要求。根據水質指標計算單因子標識指數。

表1　綜合水質標識指數的綜合水質級別判定

表2　2009—2012年太湖水質監測結果mg/L

表3　單因子水質標識指數評價結果

2.2太湖單因子水質標識指數評價結果及分析

2.2.1單因子水質標識指數評價結果單因子水質標識指數評價結果見表3。如太湖2011年豐水期的NH3-N單因子水質標識指數為3.90，“3”表示氨氮為Ⅲ類水，“9”表示氨氮值位于Ⅲ類水區間中距下限值90%的位置，“0”表示監測值好于或達到水質功能目標。同樣，2011年平水期總磷指數為4.51，“4”表示總磷為Ⅳ類，“5”表示值位于Ⅳ類水區間中距下限50%的位置，“1”表示水質監測值劣于目標值1個類別。

2.2.2單因子水質標識指數評價結果分析由表3可得到以下4點結論。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質量濃度有所下降，但還是嚴重超標，是第一污染因子；TN質量濃度略有下降，但依然超標嚴重，是重點控制的污染指標，而TP、TN是導致水體富營養化的主要植物營養物質，因而造成太湖出現嚴重的富營養化問題；CODcr在2014年達到水環境功能區目標要求，在2009—2013年件均不能滿足功能區目標。③CODMn和NH3-N除個別時間不能達到太湖水環境功能區目標要求外，其他時間均達到Ⅲ類水質標準。④其他單項指標均滿足太湖水環境功能區目標要求。

2.3太湖綜合水質標識指數評價結果

根據單因子水質標識指數，計算太湖綜合水質標識指數，并進行綜合水質評價，評價結果如表4所示。由表4可得到以下4點結論。①從時間分布上看，2011—2014年間平水期和豐水期綜合水質標識指數平均值基本一致，說明太湖水質比較穩定。2009—2010年間豐水期綜合水質標識指數平均值小于平水期，說明豐水期水質好于平水期，太湖水環境質量不太穩定。②2009—2011年間平水期綜合水質標識指數平均值為Ⅳ類水質，水環境質量劣于功能區要求1個類別，但距離Ⅳ類水質變化區0～20%的位置，有轉為Ⅲ類水質的趨勢；2012—2014年間綜合水質標識指數平均值為Ⅲ類水質，達到水環境質量功能區要求。③豐水期除2011年綜合水質標識指數平均值為Ⅳ類水質外，其余5年均達到Ⅲ類水質，說明豐水期水質優于平水期，這與豐水期的強降水稀釋作用分不開。④若采用國家標準，選擇最差的指標，按照分類進行評價的方法評價太湖漁業水質，其結果是太湖漁業水質屬于劣Ⅴ類水，這與水質現狀明顯不符，可見綜合水質標識指數法的合理性。

太湖綜合水質標識指數隨時間變化如圖2所示，圖2表明，太湖綜合水質標識指數在2012年后均是先上升后下降，并且有繼續下降的趨勢，表明太湖水質有繼續轉好的趨勢。

表4　太湖綜合水質標識指數評價結果

3　結語

綜合水質標識指數法對太湖漁業水質的評價結果與水質現狀一致，很好地確定了水質所屬級別、水質現狀及與水環境功能區類別的差距，具有計算簡單、可操作性強、分析直觀、評價科學合理的優點。

太湖漁業水質狀況的時間分布表明，2009—2014年間豐水期水質總體優于平水期，水體水質良好，屬于Ⅲ類水體，符合水質目標要求，且水質有轉好的趨勢。

太湖主要污染物為氮、磷營養元素，TN、TP的過量均會使浮游植物大量繁殖，水體出現富營養化，破壞水體中的氧氣平衡，導致水質惡化，同時，藻類等浮游植物的死亡將釋放毒素，引起水體進一步受到污染，因此應引起足夠的重視，建議科學合理地計算與分配太湖養殖承載力和流域水環境承載力，建立生態養殖模式，全面修復并養護太湖水體生態環境。加大引江濟太線路和增大引江水量，盡早使整個太湖的水質得以改善。

圖2　太湖綜合水質標識指數隨時間變化圖

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

Zhang Li，Fan 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）