基于模糊數(shù)學(xué)的鶴泉湖水質(zhì)評(píng)價(jià)研究

李小宇　鐘艷霞 楊麗芳

摘要

由于傳統(tǒng)混合樣品分析難以體現(xiàn)水體實(shí)際污染狀況，因此清晰準(zhǔn)確的水質(zhì)空間分布研究將有利于開(kāi)展細(xì)致的水環(huán)境管理。而模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法具有準(zhǔn)確性好、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，能夠解決水質(zhì)評(píng)價(jià)中存在的評(píng)價(jià)結(jié)果難于量化、人為分等定級(jí)影響評(píng)價(jià)結(jié)果等問(wèn)題。因此，利用模糊數(shù)學(xué)的基本原理，建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)的模糊評(píng)價(jià)模型，對(duì)鶴泉湖開(kāi)展水質(zhì)評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，從單因子權(quán)重方面看，TP和COD是影響鶴泉湖水質(zhì)的主要因素；從總體上看，鶴泉湖水質(zhì)介于III類和IV類之間，可以作為休閑娛樂(lè)用水區(qū)域；多點(diǎn)位綜合分析發(fā)現(xiàn)，鶴泉湖水質(zhì)存在一定空間分布，不同區(qū)域的水質(zhì)狀況并不一致。

關(guān)鍵詞鶴泉湖；水質(zhì)評(píng)價(jià)；模糊數(shù)學(xué)；空間分布

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）28-09883-04

Water Quality Evaluation of Hequan Lake Based on the Fuzzy Mathematics

LI Xiaoyu， ZHONG Yanxia*， YANG Lifang

（Resource and Environment College， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

AbstractSince the traditional mixed samples analysis is difficult to reflect the actual water pollution， therefore accurate spatial distribution of water quality research is necessary and helpful to carry out effective management of water environment. Fuzzy mathematical evaluation method has advantages of great or considerable accuracy， simple operation， making it possible to quantify the evaluation results and overcome the effect of artificial classification and gradation and so on. Thus， based on the basic principle of fuzzy mathematics， fuzzy evaluation model is used to assess water quality of Hequan Lake. The assessment outcomes show that TP and COD are main factors influencing water quality in terms of single factor weight； second the value of water quality of Hequan Lake ranges from class III to IV， according to which it can be regarded as a recreational water area； third multiple points analysis indicates that there exists spatial heterogeneity of distribution of water quality， namely water quality is not consistent in different regions.

Key words Hequan Lake； Water quality evaluation； Fuzzy mathematics； Space distribution

水質(zhì)評(píng)價(jià)作為水環(huán)境管理的重要依據(jù)，被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境中。濕地水環(huán)境質(zhì)量是衡量濕地生態(tài)系統(tǒng)健康水平的重要指標(biāo)，在濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中備受關(guān)注[1]，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展了大量對(duì)各類型濕地水質(zhì)的評(píng)價(jià)研究，如對(duì)濱海濕地[2]、湖泊[3]和河流[4]等水體的水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。而可靠的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，一方面取決于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；另一方面依賴于評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性，評(píng)價(jià)方法不同，評(píng)價(jià)結(jié)果往往存在較大的差異[5]。模糊綜合評(píng)判法不僅綜合考慮了水體污染程度由輕到重逐漸變化的模糊特性，而且還可以獲得科學(xué)、合理的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果[6-9]。所以，模糊綜合評(píng)判法在天然水體的水質(zhì)評(píng)價(jià)中被廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)，由于鶴泉湖旅游業(yè)的發(fā)展，湖泊水質(zhì)有一定的下降，為正確、全面了解鶴泉湖的水質(zhì)狀況，避免單點(diǎn)位湖泊水質(zhì)分析的片面性，明確湖泊水質(zhì)時(shí)空分布的特征；同時(shí)為保護(hù)鶴泉湖濕地、實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康恢復(fù)和發(fā)展提供依據(jù)，筆者采用了模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)永寧縣鶴泉湖開(kāi)展多點(diǎn)位、多指標(biāo)的水質(zhì)空間分布分析。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

鶴泉湖位于銀川市永寧縣城東北2 km，109國(guó)道與觀湖路交界東側(cè)1.5 km處，北距銀川市18 km，東臨黃河2 km，湖區(qū)凈水面積26.7 hm2。湖區(qū)豐水期面積200 hm2，枯水期面積30 hm2，平均水深1.9 m，最深處達(dá)4 m，湖底為黑色淤泥，水體pH為8.0～8.7，偏堿性（冰封期除外）。鶴泉湖平均海拔高度1 096 m，屬中溫帶荒漠草原氣候帶，具有典型的大陸性氣候特征，年平均降雨量202.4 mm，年平均蒸發(fā)量1 785.7 mm，年平均氣溫8.1 ℃，年平均無(wú)霜期166 d，年平均日照2 866.7 h，冰封期120 d左右。 作為銀川市重要的濕地公園之一，鶴泉湖為水生生物提供了良好的生境。該地區(qū)盛產(chǎn)野鴨、水鳥及各種魚類，生態(tài)環(huán)境良好。浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物豐富，水生植物主要為沉水植物和挺水植物，湖中有大量的蘆葦叢，各生物群落鑲嵌構(gòu)成了鶴泉湖獨(dú)特的景觀。

1.2采樣點(diǎn)的布設(shè)與采集

采樣時(shí)間為2013年9月，使用簡(jiǎn)易采水裝置采集水樣，用聚乙烯塑料桶儲(chǔ)存水樣。根據(jù)湖面水生植物分布特征選取23個(gè)采樣點(diǎn)（由于21、24號(hào)位點(diǎn)與該區(qū)其他點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)值相差懸殊，因此在圖中刪除了這2個(gè)點(diǎn)位），并把這23個(gè)點(diǎn)分為碼頭區(qū)、湖泊主體水域、湖泊外圍渠系和廊道，具體分布情況見(jiàn)圖1。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫、pH，采集完水樣現(xiàn)場(chǎng)固定后，盡快送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水樣的預(yù)處理，水樣在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)避免震動(dòng)和碰撞。

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），選用了化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH4+N）、總磷（TP）作為評(píng)價(jià)鶴泉湖水質(zhì)的重要指標(biāo)。其中，水樣COD的測(cè)定選用重鉻酸鉀法；NH3N的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法；TP的測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法。

2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

模糊數(shù)學(xué)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用分為模糊聚類分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法。模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)值，經(jīng)過(guò)模糊變換，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象給出總的評(píng)價(jià)結(jié)果的一種方法。在評(píng)價(jià)中，找出影響水質(zhì)的各主要因素，確定評(píng)價(jià)因子集、評(píng)價(jià)集、隸屬函數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算各因素的權(quán)重和隸屬度，得到綜合隸屬度，最終確定水質(zhì)類別[10-11]。