兩種湖庫營養狀態評價方法的探討

謝蘇蕾

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

湖庫富營養化是指湖泊、水庫水體在自然條件和人類活動等因素的影響下，過量的氮、磷等植物營養物質輸入水體，導致水體營養過剩，從而出現水生生物(主要為藻類)大量繁殖，水體惡化的現象。近年來，廣東省湖庫水體富營養化問題日趨突出，成為影響供水安全的主要因素。為了及時有效地了解和防治水體富營養化，不但要對富營養化指標進行實時監測，還要對水體的營養狀態進行評價，只有評價結果準確，才能為水體富營養化的防治措施提供科學依據[1]。

模糊數學方法自美國1965年提出以來，已經有許多人將其成功地應用在水質評價中[2]，其中應用在水體富營養化評價中的研究較少。近年來以數理統計為基礎的模糊綜合評價法在富營養化評價合理性上體現出了極大的優勢[3]。本文通過介紹及應用模糊綜合評價法，對惠州市10宗湖庫進行富營養化評價，并將評價結果與營養狀態指數法進行比較分析，以期驗證模糊綜合評價法在富營養化評價應用中的可行性和合理性，為湖庫的管理治理提供有效的決策依據。

1 評價方法介紹

本文用到的方法有模糊綜合評價法[2]和營養狀態指數法[4]。為與營養狀態指數法進行合理比較，采用一致的湖庫營養狀態評價標準及分級方法(見表1)，均選取總磷(TP)、總氮(TN)、葉綠素a(Chl-a)、高錳酸鹽指數(CODMn)、透明度(SD)5個指標進行評價。

表1 湖庫營養狀態評價標準及分級方法

1.1 模糊綜合評價法

根據實際監測數值X建立各參數對各級標準的隸屬度集R：

(1)

式中Yij為第i種評價因子對第j級的隸屬度。

然后采取常用的超標污染貢獻率法計算各評價因子的權重系數Wi：

(2)

式中Xi為第i種評價因子實際監測值；Si為第i種評價因子各級標準值的算術平均值；n為評價因子個數；Wi為第i種因子的權重。

由此計算出各污染物的權重，構成矩陣：

(3)

最后對上述隸屬度矩陣R和權重矩陣A進行模糊復合運算：

(4)

其中Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分別表示該水庫對貧營養，中營養，輕度富營養，中度富營養，重度富營養狀態的隸屬度，結果取最大的隸屬度值判定其營養狀態等級。

1.2 營養狀態指數法(EI)

首先采用線性插值法參照表1將各項水質評價項目濃度值轉換為賦分值En；然后取5個評價項目賦分值的平均值為營養狀態指數EI；最后參照表1根據營養狀態指數EI確定營養狀態等級。其計算公式為：

(5)

2 評價方法的應用

2.1 評價樣本

結合廣東省水文水資源監測中心惠州分中心的現有數據情況，本文對惠州市內10宗湖庫2013—2018年的營養狀態進行評價，湖庫基本信息見表2。9宗水庫主要有供水、灌溉、防洪、發電等功能，全部為城鎮供水，且主要為生活用水[5]。

表2 惠州市10宗湖庫基本信息

2.2 評價結果及分析

本文用數字1～5分別表示各個營養等級，如表3所示。惠州市內10宗湖庫2013—2018年的營養等級結果如圖1～5所示。

表3 營養等級與表示數字

圖1 廟灘水庫2013—2018年營養等級

圖2 角洞、招元、觀洞、梅樹下、黃山洞、

圖3 紅花湖水庫2013—2018年營養等級

圖4 黃坑水庫2013—2018年營養等級

圖5 西湖2013—2018年營養等級

根據圖1～5可知，模糊綜合評價法的評價結果大多數高于營養狀態指數法，而西湖的兩種方法的評價結果一致，廟灘水庫的模糊綜合評價法的結果低于營養狀態指數法。結合廣東省水文水資源監測中心惠州分中心2013—2018年的湖庫水質情況調查資料[6]分析，模糊綜合評價法的評價結果更符合實際，并可以達到水華預警作用，較營養狀態指數法具有優勢。

3 結語

綜上，營養狀態指數法在計算營養狀態指數EI時取各評價項目賦分值的算術平均值，這容易掩蓋單項高濃度污染物對EI的貢獻。模糊綜合評價法即考慮了營養狀態級別劃分的模糊性，也考慮了不同評價因子對水體富營養化的影響權重，評價結果與所研究湖庫的實際水質情況更吻合。因此，較營養狀態指數法而言，模糊綜合評價法的數據更加連續，評價結果更具代表性。針對模糊綜合評價法的特點，并結合上述研究結果可知，對于出現單項高濃度污染因子的湖庫水體，可選用模糊綜合評價法，更能客觀反應湖庫營養狀態的實際情況，有助于相關管理者做出科學決策。但因水華現象的發生較罕見，本文驗證材料略顯不足，有待今后進一步補充驗證。