城區河流水體富營養化評價方法研究進展

孟祥嵩 李致春* 成開峰 余銘明

（宿州學院環境與測繪工程學院， 安徽 宿州 234000）

近年來，由于我國城市化進程的不斷加快，引發了城區河流一系列生態環境問題[1]。其中，水體富營養化是城區河流水質面臨的主要問題之一。水體富營養化主要是指人類活動將氮磷污染物向城區河流排放，致使藻類等浮游植物過度繁殖[2]。其后果會導致溶解氧降低、水體生物多樣性減少，水體生態系統失衡，水體自凈能力受到抑制。當前國外學者對湖泊和大城市水體富營養化做了大量的研究，建立了水體富營養化指標的選取方法、評價標準和數學模型，為不同區域水體富營養化問題的分析奠定了基礎。然而富營養化評價方法種類繁多，選擇恰當合適的方法自然成為評價城區河流富營養化程度的關鍵。本文通過列舉富營養化評價的主要方法并通過對比評價其優劣勢，以為城區河流富營養化評價與治理提供參考。

1 常用方法

1.1 水質指標評價法

水質指標評價法是選取一般富營養化指標如磷、氮、葉綠素等指標直接與相關標準進行濃度對比，由此直接進行評價城區河流的富營養化程度，是一種直接進行富營養化評價的簡單方法[3]。

1.2 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數法選擇葉綠素a（Chl-a）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸指數（CODMn）和透明度（SD）這些基本污染物，將其濃度轉化為綜合營養狀態指數，對照相關標準，進行水體富營養化評價。參數的計算和權重計算過程見梁偉林的研究[4]，通常指數值越高說明水質越差，富營養化越重。

1.3 灰色聚類法

聚類分析是按照標準對研究對象進行分的數學方法，是軟科學研究的重要基礎和有效手段[5]。灰色聚類法以模糊數學為基礎，將幾種聯系密切的富營養化指標轉化為幾個可以定義的類別，并用平均綜合指標或其中的某一個指標來代替這幾種指標，以使復雜的系統簡單化，在城區河流富營養化評價的運中方便、客觀、可靠。

運用灰色聚類法通常需要6 步：確定樣本矩陣、數據無量綱化處理、確定白化函數、確定聚類權及聚類權系數、確定聚類對象所處等級。具體的數學建模過程參見李干榮等的研究[6]。

1.4 BP-神經網絡法

BP 神經網絡，是人工神經網絡的一種。BP 神經網絡具有強非線性映射能力、容錯性，以及在線自學和記憶能力，處理迅速[11]，適用于評價像城區河流富營養化程度的復雜問題。

富營養化的水體常爆發水華，BP 神經網絡法常用以對于水華的分析預測來體現河流的富營養化潛力，其一般過程為標準化、構建反向神經網絡、確定與處理輸入輸出變量、敏感性分析。具體建模方法見殷高方等的研究[7]。

1.5 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是根據模糊數學的相關理論用以描述城區河流富營養化的不確定性，并將各種富營養化要素定量化，再根據隸屬度理論進行定量評價。利于解決城區河流富營養化評價污染物模糊等問題。模糊綜合評價法的一般步驟為：構建評價指標、采用構建好權重向量、構建評價矩陣、評價矩陣和權重的合成。詳見張熙等的研究[8]。

1.6 貝葉斯公式法

在城區河流水體中，由于導致富營養化的因子繁多，各個因子之間的等級界限難以明晰，在綜合評價中各因子所占比重也很難確定，故城區河流富營養化的發展有很強不確定性，貝葉斯公式正是研究不確定性的隨機方法。運用貝葉斯公式進行富營養化評價時需將公式改寫，之后一般步驟為：計算單個指標屬于某個分級的幾率，計算單個指標的所處級別和權重，計算多個水質指標的綜合評價級別。具體的建模和計算過程見謝平、廖杰等的研究[9]。

2 不同方法對比

不同的富營養化評價方法因應用方向不同有各自相應的優勢與不足。因此在不同城區河流富營養化評價中要結合實際研究區區域，當地產業的發展和主要污染因子，科學合理地選擇合適的方法進行評價，以在保證評價客觀準確的同時使過程更加簡單高效。本文針對上述幾種常用方法，在優點、缺點和使用范圍上做出了比較，詳見表1。

表1 幾種富營養化評價方法對比

3 結論

（1）現有的河流富營養化評價方法種類繁多且優劣勢明顯，適用方向也有明顯不同，但由于城區河流污染物較為復雜，現有方法都難以做到全面考慮各污染因子的權重，進而進行綜合客觀的分析和預測。

（2）隨著城區河流富營養化評價方法的日益成熟，學者們也在對方法進行不斷地完善更新，使富營養化評價模型更加符合城區河流的實際情況，科研工作者們在進行富營養化評價時也應全面考慮研究區的實際情況，選取最為合適的評價方法。