基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的軍山湖水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的軍山湖水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

萬(wàn)會(huì)平張燕萍鄧勇輝章海鑫陶志英王海華陳文靜

(江西省水產(chǎn)科學(xué)研究所，南昌 330039)

摘要：采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)江西省軍山湖水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用2013年5月—2014年3月軍山湖15個(gè)位點(diǎn)水質(zhì)周年實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定5個(gè)指標(biāo)(DO、CODMn、NH3-N、TN、TP)作為評(píng)價(jià)因子，建立評(píng)價(jià)矩陣，計(jì)算出影響因子的權(quán)重，最后對(duì)軍山湖水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，軍山湖水質(zhì)總體狀況良好，各監(jiān)測(cè)月份的水質(zhì)狀況達(dá)到Ⅰ類(lèi)水或Ⅱ類(lèi)水，其水生態(tài)環(huán)境適合長(zhǎng)江江豚的棲息。

關(guān)鍵詞：軍山湖；模糊綜合評(píng)價(jià)法；水質(zhì)評(píng)價(jià)

收稿日期：*2015-4-30

中圖分類(lèi)號(hào)：S932.8

文章編號(hào)：1006-3188(2015)02-0015-03

軍山湖位于江西省南昌市進(jìn)賢縣北部，東經(jīng)116°01′15″ ~ 116°33′38″，北緯28°09′41″ ~ 28°46′13″。它北起瀘潯渡，南至烏石坑，東到鐘陵橋，西止涂家汊，南北長(zhǎng)25km，東西寬5km，最寬處達(dá)16km，水面為32/21334ha，流域面積為615.5km2，蓄水量近12億m3。軍山湖居鄱陽(yáng)湖之南，歷史上鄱陽(yáng)湖的一部分，是白鱀豚和長(zhǎng)江江豚的棲息地，1958年修建軍山湖大堤后形成了相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)湖泊。其東面有信江，南部為進(jìn)賢縣城，西面有青嵐湖和撫河，北面為金溪湖。豐水期，可通過(guò)閘門(mén)實(shí)現(xiàn)與鄱陽(yáng)湖的水體交換，枯水期，則可以有效地控制湖內(nèi)水位。由于軍山湖被列為飲用水源地保護(hù)區(qū)，周邊的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)得到了有效控制，主要的涉水活動(dòng)為取水灌溉、漁業(yè)捕撈和少量的生活污水排放，水質(zhì)保持良好。

長(zhǎng)江江豚是長(zhǎng)江淡水生態(tài)系統(tǒng)的頂級(jí)生物，它也是長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)健康與否的重要指示物種，主要分布在長(zhǎng)江中下游干流及洞庭湖和鄱陽(yáng)湖中。2012年長(zhǎng)江淡水豚考察結(jié)果顯示，目前長(zhǎng)江江豚的種群數(shù)量約為1040頭，其中長(zhǎng)江干流僅有505頭，鄱陽(yáng)湖約有450頭，長(zhǎng)江干流2006至2012年間種群的年均下降速率達(dá)到了13.73%，未來(lái)五年內(nèi)干流江豚的種群數(shù)量將會(huì)下降到250頭以下[1]。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所基于目前種群數(shù)量及下降速率預(yù)測(cè)，長(zhǎng)江江豚極可能在未來(lái)15年內(nèi)滅絕。為了最大限度地保護(hù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境，保護(hù)長(zhǎng)江水資源，保護(hù)長(zhǎng)江水生生物多樣性，提出加大力度、加快速度推進(jìn)長(zhǎng)江江豚遷地保護(hù)的建議。在農(nóng)業(yè)部委托中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所起草了《長(zhǎng)江江豚拯救行動(dòng)計(jì)劃》中提出，江西南昌進(jìn)賢縣軍山湖是首批選定的遷地保護(hù)基地候選區(qū)域，為此江西省農(nóng)業(yè)廳及進(jìn)賢縣縣委、縣政府高度重視長(zhǎng)江江豚的保護(hù)，全力支持在軍山湖建立長(zhǎng)江江豚遷地保護(hù)基地。為了給軍山湖建立長(zhǎng)江江豚遷地保護(hù)基地提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[2-4]對(duì)軍山湖水質(zhì)狀況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。

1　評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源：結(jié)合監(jiān)測(cè)湖泊的進(jìn)出水口、湖叉、水草區(qū)、敞水區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)等因素在軍山湖布設(shè)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)15個(gè)(見(jiàn)圖1)，從2013年5月開(kāi)始每2月采樣監(jiān)測(cè)一次，監(jiān)測(cè)一周年。按《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[5]中規(guī)定方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1　軍山湖湖面監(jiān)測(cè)位點(diǎn)圖

指標(biāo)5月7月9月11月1月3月DO8.8±1.29.2±1.110.4±1.211.7±1.414.9±2.515.3±1.3CODMn1.9±0.63.1±0.44.0±0.63.2±0.42.4±0.22.4±0.1TN0.58±0.40.71±0.50.85±0.50.78±0.140.78±0.171.03±0.5TP0.047±0.020.02±0.010.039±0.010.054±0.010.056±0.010.022±0.01NH3-N0.10±0.010.49±0.120.42±0.110.47±0.040.57±0.040.22±0.09

模糊綜合評(píng)價(jià)法是通過(guò)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)級(jí)、評(píng)價(jià)級(jí)、隸屬函數(shù)和權(quán)重級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)樣本的質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[6-8]。

2. 1確定評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)軍山湖2013年5月～2014年3月的水質(zhì)特點(diǎn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本文選取5個(gè)主要因素U= {DO，CODMn，NH3-N，TN，TP}適合應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。所有評(píng)價(jià)指標(biāo)分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)兩種，其中正向指標(biāo)的環(huán)境因子有DO；負(fù)向指標(biāo)的環(huán)境因子有CODMn、總氮、總磷以及氨氮。

2.2建立評(píng)價(jià)集

依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[9]，將地表水水質(zhì)分成了五類(lèi)，故確定評(píng)價(jià)集為:V= {Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，各等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2　地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)

2.3建立模糊關(guān)系矩陣R

根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)因子的隸屬函數(shù)及其實(shí)測(cè)值，求出各月份各平價(jià)因子對(duì)于各級(jí)水的隸屬函數(shù)矩陣，例如5月份的模糊關(guān)系矩陣為

7月、9月、11月、1月及3月的模糊關(guān)系矩陣可按同樣方法得到，在此不逐一列出。

2.4確定各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

權(quán)重是衡量評(píng)價(jià)因子集中某一因子對(duì)水質(zhì)污染程度影響相對(duì)大小的量，權(quán)重系數(shù)越大，則該因子對(duì)水質(zhì)的影響程度越大?？梢杂迷u(píng)價(jià)因子貢獻(xiàn)率的方法確定權(quán)重向量，通過(guò)計(jì)算超標(biāo)比來(lái)計(jì)算權(quán)重值。根據(jù)各評(píng)價(jià)因子的超標(biāo)比可計(jì)算出各個(gè)月各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，進(jìn)行歸一化處理后所得結(jié)果如表3所示。

表3　評(píng)價(jià)因子權(quán)重值歸一化結(jié)果

2.5水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)

將2.3節(jié)所得的各單因素模糊關(guān)系矩陣[R]和2.4節(jié)所得的權(quán)重集W代入B=W·R建立的模糊綜合評(píng)價(jià)模型中進(jìn)行計(jì)算，得到模糊綜合評(píng)價(jià)集B。依據(jù)評(píng)判結(jié)果，取y=max(vi)(i=1,2,3,4….m)，即矩陣B中最大值對(duì)應(yīng)的等級(jí)，得到評(píng)價(jià)軍山湖水質(zhì)相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)。軍山湖各監(jiān)測(cè)月份的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4　軍山湖各監(jiān)測(cè)月份水質(zhì)的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，軍山湖2013年5月、11月以及2014年3月水質(zhì)的各斷面平均值屬于Ⅰ級(jí)，2013年7月、9月以及2014年1月水質(zhì)的各斷面平均值屬于Ⅱ級(jí)，軍山湖各監(jiān)測(cè)月份的水質(zhì)狀況達(dá)到Ⅰ類(lèi)水或Ⅱ類(lèi)水，水質(zhì)總體狀況良好，適合長(zhǎng)江江豚的棲息。

在影響軍山湖水質(zhì)的各指標(biāo)中，通過(guò)對(duì)權(quán)重的計(jì)算可以看出污染物總氮(TN)對(duì)水質(zhì)的影響程度相對(duì)較大，其權(quán)重和在各監(jiān)測(cè)斷面中均超過(guò)了50%，說(shuō)明水體中的主要污染物為總氮，這與軍山湖的水質(zhì)污染實(shí)際情況完全相符。

3　討論

南昌大學(xué)吉曉燕(2011)2009-2011年結(jié)合軍山湖實(shí)際情況，并綜合多種因素對(duì)軍山湖的枯水期、平水期和豐水期水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并采用綜合污染指數(shù)法對(duì)軍山湖枯水期、平水期和豐水期的水質(zhì)類(lèi)別評(píng)價(jià)為輕度污染、影響和輕度污染；全年水質(zhì)現(xiàn)狀為輕度污染，影響污染程度不大，加強(qiáng)控制水質(zhì)級(jí)別即可由“輕污染”轉(zhuǎn)化為“影響”[10]。江立文等(2012年)也利用2010年軍山湖的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明軍山湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為34.31，為中營(yíng)養(yǎng)化湖泊[11]。

本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)軍山湖2013年～2014年水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，軍山湖各監(jiān)測(cè)月份間水質(zhì)存在差異，但總體狀況良好，達(dá)到Ⅰ類(lèi)或Ⅱ類(lèi)水；由權(quán)重計(jì)算可知，總氮為軍山湖首要污染物，其次為總磷、氨氮。軍山湖流域主要以豐富的農(nóng)業(yè)資源為基礎(chǔ)，水面特色養(yǎng)殖和“綠色”作物種植的生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主，其污染物主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)種植業(yè)流失、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染以及城鎮(zhèn)和農(nóng)村生活污染等。因此，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)生活污水集中處理的力度和控制農(nóng)業(yè)面源污染，減少氮磷營(yíng)養(yǎng)污染物總量，切實(shí)提高軍山湖水環(huán)境質(zhì)量，確保長(zhǎng)江江豚保護(hù)基地水環(huán)境質(zhì)量良好，符合其生存與繁衍的生態(tài)環(huán)境要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅志剛. 長(zhǎng)江江豚種群動(dòng)態(tài)及變動(dòng)趨勢(shì)的研究(博士學(xué)位論文)[D].武漢：中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所,2013.

[2] 賀仲雄.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用[M].天津:天津科技出版社,1983.

[3] 陶濤,孫世群,姜棟棟等. 模糊綜合評(píng)價(jià)在巢湖水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理, 2010,35(12): 177~180.

[4] 張生,李暢游,梁喜珍等. 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的內(nèi)蒙古達(dá)里諾爾湖水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)工程科學(xué), 2010,12(6):28~31.

[5]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[6]萬(wàn)金保,侯得印,萬(wàn)興等. 模糊綜合評(píng)價(jià)法在樂(lè)安河水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用. 環(huán)境工程,2006,24(6):77~79.

[7] 陳曉宏,江濤,陳俊和.水環(huán)境評(píng)價(jià)與規(guī)劃[M].廣州:中山大學(xué)出版社, 2001.

[8] 李祚泳,丁晶,彭荔紅.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)原理與方法.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.

[9]中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[10] 吉曉燕. 軍山湖入湖污染負(fù)荷及水環(huán)境容量研究(碩士論文)[D]. 南昌:南昌大學(xué), 2011.

[11] 江立文, 陳楊,林暾等. 江西省中小型湖泊水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)及其驅(qū)動(dòng)因子研究[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào), 2012,2(4): 303~308.