水體營養(yǎng)狀況評價方法研究

殷飛

摘 要： 基于目前富營養(yǎng)化評價方法的多樣性，通過對主要評價方法的分析，結(jié)合分級標(biāo)準(zhǔn)，指出了綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)判定湖庫的富營養(yǎng)化程度的優(yōu)越性。評價結(jié)果更接近于富營養(yǎng)化的實(shí)際，表現(xiàn)出綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在富營養(yǎng)化評價中的普適性和可推廣性。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評價；營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；富營養(yǎng)化

中圖分類號：X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0099-02

Abstract： Based on the diversity of eutrophication evaluation method at present， combined with the classification standard， judging the superiority of eutrophication of lake by the comprehensive nutrition state index is pointed out through the analysis of main evaluation methods，The results are more closely related to the actual eutrophication and show the universality and extensibility of the comprehensive nutrition state index.

Keywords： water quality assessment； trophic state index；Eutrophication；

引言

水體富營養(yǎng)化是目前許多湖泊和水庫遇到的主要環(huán)境問題[1]，已經(jīng)嚴(yán)重的威脅著我國水資源的永續(xù)利用和環(huán)境、經(jīng)濟(jì)的安全。因此準(zhǔn)確及時的對湖泊、水庫的富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行評價、預(yù)測，判斷水體所處的營養(yǎng)狀態(tài)并對其發(fā)展趨勢預(yù)測，可以為富營養(yǎng)化的防治提供科學(xué)依據(jù)。目前，國內(nèi)外許多學(xué)者研究了眾多營養(yǎng)狀態(tài)的評價方法，如特征評價法、參數(shù)評價法、生物指標(biāo)評價法、數(shù)學(xué)分析評價法、營養(yǎng)指數(shù)評價法。由于評價標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，經(jīng)常使用的是具有連續(xù)分級量化的評價方法，主要是卡爾森指數(shù)、修正的卡爾森狀態(tài)指數(shù)、綜合營養(yǎng)指數(shù)。以上三種常用的方法可對湖庫的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)量化分級并進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的評價，從而可以實(shí)現(xiàn)定量的評價研究，所以特別適用于中小型湖庫[1]。

1 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

1.1 卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

1997年，美國科學(xué)家卡爾森在克服以往富營養(yǎng)化評價指標(biāo)的單一性、片面性的基礎(chǔ)上，綜合水質(zhì)評價指標(biāo)的各項(xiàng)參數(shù)，將單變量的簡單易用與多變量的綜合判斷有機(jī)而準(zhǔn)確的結(jié)合起來[2]，提出了卡爾森指數(shù)（Carlson Tropic State Index，簡寫為TSI）。

目前國際上通用的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法：將表征富營養(yǎng)化的三個指標(biāo)，水體實(shí)測的透明度、總磷濃度、葉綠素a通過以下的計算公式轉(zhuǎn)換為卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，易于對水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)的分級，為科研工作者進(jìn)行定量的研究湖庫的富營養(yǎng)化狀態(tài)提供了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。在該方法中，以水體透明度為基準(zhǔn)來評價水體的富營養(yǎng)狀態(tài)，主要的計算公式如下：

式中：TSI為卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；SD為透明度（m）；CHLa為葉綠素a含量（mg/m3）；TP為湖水中總磷濃度（mg/m3）。

1.2 修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

由于卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)以透明度為基準(zhǔn)來判斷水體的富營養(yǎng)化存在某些不足的地方，因此，日本的相崎守弘等人提出了修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSIM），即以葉綠素濃度為基準(zhǔn)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。公式如下：

修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采取連續(xù)分級，但分級數(shù)不夠細(xì)分，量化指標(biāo)范圍過于寬泛，具體的分級見表1。

1.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來判定湖庫的富營養(yǎng)化程度，計算公式

式中TLI（∑）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的相關(guān)權(quán)重，以CHl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)；TLI（j）為第j種評價指標(biāo)的營養(yǎng)指數(shù)；rij為第j種評價指標(biāo)與CHl-a的相關(guān)系數(shù)。

綜合狀態(tài)指數(shù)以葉綠素a（CHl-a）作為基準(zhǔn)參數(shù)，則計算公式可表示為：

根據(jù)以上公式的計算結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對湖庫的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級[3，4]，具體的分級見表 2。由表2可知，TLI（∑）數(shù)值越大，說明研究區(qū)湖庫的富營養(yǎng)化程度就愈發(fā)嚴(yán)重。

2 營養(yǎng)度指數(shù)法（AHP-PCA法）

營養(yǎng)度指數(shù)法是一種綜合湖庫眾多監(jiān)測指標(biāo)的富營養(yǎng)化狀態(tài)評價方法，即層次分析-主成分分析營養(yǎng)度指數(shù)法[5]。它是將具有降維統(tǒng)計分析的主分量分析法和具有系統(tǒng)性的層次分析方法相互有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建的對湖庫富營養(yǎng)化狀態(tài)的綜合評價模型。與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法相比，這種方法能夠更加科學(xué)合理的選取評價指標(biāo)的和因子的相對權(quán)重。

綜合營養(yǎng)度的計算公式為

公式中：TLIc為湖泊營養(yǎng)狀態(tài)的綜合營養(yǎng)度；TLIj為第j個因子的分營養(yǎng)度；Wj為第j個因子的綜合權(quán)重；Cjx為第j個因子的監(jiān)測值；Cjmin為第j個因子分營養(yǎng)度為0時的監(jiān)測值相對應(yīng)；Cjmax第j個因子分營養(yǎng)度為100時的監(jiān)測值相對應(yīng)。

根據(jù)以上計算公式劃分的湖泊營養(yǎng)狀態(tài)類型為表3。

3 評分法

利用湖泊藻類生長旺季的葉綠素湖水中藻類生長高峰值前后三個月的平均值與相應(yīng)期間TP、TN、CODMn、SD相關(guān)關(guān)系，確定評分值，從而判斷湖泊營養(yǎng)程度。評分公式為

M狀態(tài)評分指數(shù)，Mi為第i個評價參數(shù)的評分值，n為評價參數(shù)的個數(shù)。

4 結(jié)束語

（1）經(jīng)綜合分析，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）更加全面，評價結(jié)果更加細(xì)化，準(zhǔn)確。而營養(yǎng)度指數(shù)法僅僅適用于中營養(yǎng)和富營養(yǎng)狀態(tài)水體的綜合判斷；卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSI）以水體透明度為計算基準(zhǔn)，修正的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSIM）以水體的葉綠素a濃度為基準(zhǔn)，兩者的評價結(jié)果均具有片面性。（2）目前的評價方法和分級標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，同一水體不同的評價方法會得出不同的評價結(jié)果，對制定水體綜合防治措施有一定的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱卓雄，馬淞江.基于營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的湖庫富營養(yǎng)化判別及防治[J].科技風(fēng)，2009（02）：140-141.

[2]王明翠，劉雪芹，張建輝.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2002，18（5）：47-49.

[3]韓偉民，胡水景，金衛(wèi)，等.千島湖水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與保護(hù)對策[J].湖泊科學(xué)，1996，8（4）：337-344.

[4]聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）.水體富營養(yǎng)化[J].世界環(huán)境，1994，2（1）：23-26.

[5]王明翠，劉雪芹，張建輝.營養(yǎng)度指數(shù)法在寒地湖泊富營養(yǎng)化評價中的應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，35（4）：416-419.endprint