綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在青山湖水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

谷建強(qiáng)，張　文，朱　凡，陳　峰，蘇光云，3，祁亨年，4

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江省臨安市環(huán)境監(jiān)測站，浙江 臨安311300；3.浙江省臨安市教育局，浙江 臨安 311300；4.湖州師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，浙江 湖州313000）

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在青山湖水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用

谷建強(qiáng)1，張文2，朱凡1，陳峰2，蘇光云1，3，祁亨年1，4

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安 311300；2.浙江省臨安市環(huán)境監(jiān)測站，浙江 臨安311300；3.浙江省臨安市教育局，浙江 臨安 311300；4.湖州師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，浙江 湖州313000）

浙江省臨安市青山湖主要用于旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉及飲用水源等多種用途，而周邊旅游業(yè)、工業(yè)等方面的發(fā)展可能使得它存在受污染的風(fēng)險(xiǎn)，通過水質(zhì)評價(jià)來了解青山湖水環(huán)境質(zhì)量狀況具有重要的意義。以2009-2013年臨安市青山湖水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對青山湖水質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，并結(jié)合3種賦權(quán)法對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)一步優(yōu)化處理，通過污染成因分析初步得出各支流對青山湖水庫水質(zhì)污染貢獻(xiàn)情況。結(jié)果表明：青山湖化學(xué)需氧量、氨氮的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合青山湖水質(zhì)功能區(qū)劃分等級要求；總氮、總磷、葉綠素a的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均大于Ⅲ類水質(zhì)，為主要污染物；基于主成分分析賦權(quán)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果一致，2009-2013年青山湖水質(zhì)都達(dá)到Ⅳ類，且2009年青山湖水質(zhì)最差，綜合水質(zhì)標(biāo)示指數(shù)為4.331，2013年最好，為4.131，呈U型變化趨勢；錦溪的總氮、葉綠素a污染貢獻(xiàn)最高，南苕溪次之，靈溪的總磷污染貢獻(xiàn)最高。圖4表6參16

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法；賦權(quán)；青山湖；水質(zhì)評價(jià)

水是人類的生命之源，是發(fā)展經(jīng)濟(jì)不可或缺的寶貴資源。水體污染以及水資源緊缺等一系列水環(huán)境問題已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不可回避的話題，隨著城市化進(jìn)程的加快，水環(huán)境問題日益凸顯。水質(zhì)評價(jià)是水環(huán)境治理中的基礎(chǔ)性工作。陳敏等［1］采用單因子指數(shù)評價(jià)法對廣西北侖河口海域16個(gè)站位的海水水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)；寇文杰等［2］對內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評價(jià)中存在的問題進(jìn)行了修正，解決了水質(zhì)評價(jià)中的數(shù)值不連續(xù)的局限性；閆濱等［3］運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法及層次分析法對遼寧省渾河大伙房水庫上游北雜木、古樓及臺溝斷面的豐、枯水期的水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)；申劍等［4］采用灰色關(guān)聯(lián)無量綱化的處理方法，對丹江口流域2012年河流中11個(gè)典型斷面水體污染因子進(jìn)行評價(jià)；YANG等［5］將模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提出了模糊人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)模型，并應(yīng)用于韶關(guān)水域的水質(zhì)評價(jià)中。浙江省臨安市青山湖是集灌溉用水、飲用水等多功能為一體的大型水庫，周邊旅游業(yè)、工業(yè)的發(fā)展可能使得它存在受污染的風(fēng)險(xiǎn)，目前對于青山湖水質(zhì)評價(jià)的研究較少，對青山湖水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)具有重要的意義。由于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)蘊(yùn)含水體的水質(zhì)類別，劣于環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù)等多方面的信息［6-7］，因此，本研究選取綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對青山湖水質(zhì)進(jìn)行綜合性評價(jià)，并結(jié)合3種客觀賦權(quán)方法對青山湖水庫的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)一步優(yōu)化處理，為臨安市青山湖水環(huán)境的治理與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

浙江省臨安市青山湖建于1964年，位于青山湖街道，是大型的人造湖，其集雨面積為603.00 km2，庫容量為2.13億m3，是以防洪為主，并結(jié)合灌溉、發(fā)電等多功能的大Ⅱ型水庫，為臨安境內(nèi)唯一大型水庫。

1.2采樣與分析

通過對青山湖的調(diào)查，于2009年1月至2013年12月對臨安市青山湖進(jìn)行水質(zhì)采樣，采樣周期為2個(gè)月1次，采樣地點(diǎn)為青山湖中心，位于30°24′N，119°78′E。水質(zhì)采樣主要利用經(jīng)超純水沖刷過的采樣瓶，取樣水深在0.5 m左右，采樣方法參照GB/T 14581-1993《水質(zhì) 湖泊和水庫采樣技術(shù)指導(dǎo)》。根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，選取化學(xué)需氧量、總氮、總磷、氨氮、葉綠素a等幾個(gè)指標(biāo)作為青山湖水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量的測量參照GB/T 11892—1989《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》，氨氮的測量采用HJ35—2009《納氏試劑比色法》，總氮測定采用GB 11894—1989《堿性過硫酸鉀消解紫外分光度法》，總磷測定采用GB 11893—1989《鉬酸銨分光光度法》，葉綠素a的測定采用SL 88—2012《分光光度法》。

1.3評價(jià)方法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是基于單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法計(jì)算的一個(gè)綜合性水質(zhì)信息，但由于傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)在指標(biāo)權(quán)重分配上無法體現(xiàn)指標(biāo)的差異性，因此，結(jié)合主成分分析賦權(quán)、變異系數(shù)賦權(quán)、超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)一步優(yōu)化。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)計(jì)算公式為：

式（1）中：Iwqi為綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；X1.X2為所有測量值的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的平均值；X3為參與水質(zhì)綜合評價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果。

式（2）中：n為評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，Pi為第i項(xiàng)指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。

1.3.1單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)［8-9］具體表示形式為：

式（3）中：Pi用來表示第i項(xiàng)指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；X1用來表示第i項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)類別；X2用來表示監(jiān)測值在X1類水質(zhì)變化區(qū)間所處的位置，根據(jù)公式按四舍五入的原則確定；X3用來表示水質(zhì)類別與功能區(qū)劃分類別的比較結(jié)果。

1.3.2變異系數(shù)賦權(quán)法變異系數(shù)賦權(quán)法［10］是反映各指標(biāo)變異程度的一種客觀賦權(quán)的方法。它首先通過對數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除了指標(biāo)間不同量綱的影響，通過計(jì)算各指標(biāo)的變異系數(shù)來衡量各指標(biāo)的差異程度，以此來確定指標(biāo)的權(quán)重。其計(jì)算公式如下：

式（4）中：Vi是第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；δi是第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)；；S為第i項(xiàng)指標(biāo)的均方差；S=為第i項(xiàng)指標(biāo)的平均質(zhì)量濃度；n為評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

1.3.3主成分分析賦權(quán)法主成分分析賦權(quán)法是具有代表性的客觀賦權(quán)方法，它首先依據(jù)參與評價(jià)的指標(biāo)體系構(gòu)建樣本矩陣并對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣并以此得出特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。根據(jù)特征值不小于1的原則確定主因子個(gè)數(shù)，接著計(jì)算特征向量和初始化因子載荷矩陣，通過因子載荷矩陣中各指標(biāo)的載荷數(shù)除以對應(yīng)主成分的特征根的平方根，來確定指標(biāo)在不同主成分線性組合中的系數(shù)，最后把主成分的方差貢獻(xiàn)率與相應(yīng)主成分線性組合中的系數(shù)做加權(quán)平均并歸一化處理得到最后的權(quán)重。

1.3.4超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法［11］是一種主要因素突出型賦權(quán)方法，它突出了主要污染物的影響，其計(jì)算公式為：

式（5）中：Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值：Si最為第i項(xiàng)指標(biāo)n個(gè)類別標(biāo)準(zhǔn)的平均值；Xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際質(zhì)量濃度值。

1.4數(shù)據(jù)處理和綜合水質(zhì)評價(jià)依據(jù)

用Excel和SPSS 21.0對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，綜合水質(zhì)評價(jià)依據(jù)詳見參考文獻(xiàn)［7］。

2　結(jié)果與分析

2.1主要污染物分析

根據(jù)2009-2013年5項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)（圖1），利用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法計(jì)算所有指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（圖2），通過平均值得出各指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的總體分布情況（圖3）。由圖3可知：青山湖水質(zhì)指標(biāo)化學(xué)需氧量的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的范圍為1.70～3.10，在Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?；瘜W(xué)需氧量水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)最小出現(xiàn)在2011年11月（P1=1.70），達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)，最大值出現(xiàn)在2012年7月（P1=3.10），達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)。從月平均值來看，化學(xué)需氧量總體達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)（P1=2.60）。

氨氮水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的范圍是從1.20到3.02，在Ⅲ類水質(zhì)范圍內(nèi)。2010年11月、2011年7月和9月、2012年11月都達(dá)到了Ⅰ類水質(zhì)（P2=1.20），2013年1月水質(zhì)最差（P2=3.20），達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)。從氨氮水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的月平均值來看，氨氮總體達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（P2=2.10）。這2項(xiàng)指標(biāo)的結(jié)果表明：青山湖不受化學(xué)需氧量、氨氮污染，滿足青山湖水體功能區(qū)劃分要求。

青山湖水質(zhì)指標(biāo)中總磷、總氮、葉綠素a的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的月平均值大于3，是主要污染物?？偟罡撸≒3=7.94），葉綠素a次之（P5=6.13），總磷最低（P4=5.42）?？偟|(zhì)標(biāo)識指數(shù)的范圍是6.93～7.94，超出Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。總氮濃度過高容易導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化、降低水體的觀賞性［12］?？偭姿|(zhì)標(biāo)識指數(shù)的范圍是4.21～5.42，在Ⅳ類和Ⅴ類之間波動變化。葉綠素a水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的范圍是2.30～6.13，波動范圍較大。葉綠素a水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)最小值出現(xiàn)在2010年11月和2012 年5月（P5=2.30），達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他月份都達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)以上（除了2011年7月、9月和2012 年3月、7月）。有相關(guān)研究表明葉綠素a受氮、磷元素濃度影響較大［13］。

圖1　2009-2013年5項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果Figure 1　Monitoring results of five indexes of Qingshan Lake reservoir

圖2　單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的月分布特征Figure 2　Distribution of single factor water quality identification index of month

圖3　單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)分布特征Figure 3　Distribution characteristics of the single factor water quality identification index

2.2綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)時(shí)間分布特征分析

根據(jù)各指標(biāo)濃度的年平均值，結(jié)合綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（式1）和綜合水質(zhì)評價(jià)類別標(biāo)準(zhǔn)，得出2009-2013年的青山湖的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（表1）。由表1可知：青山湖2009-2013年水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，超出功能區(qū)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2009年綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)最大，達(dá)到4.331。2010-2012年綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)都為4.031，無明顯變化，但相較2009年有所減小，水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，向Ⅲ類水質(zhì)接近，這可能與臨安市相關(guān)政府部門開展的企業(yè)污染整治有關(guān)。2013年綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為4.131，較2012年有所增大，但變化不明顯，整體呈U型變化趨勢。由單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)可以看出（圖3）：青山湖總磷、總氮、葉綠素a的單因子標(biāo)識指數(shù)偏高，拉高了整體水質(zhì)等級。有相關(guān)研究報(bào)道：國內(nèi)大多數(shù)水庫的污染都是由總磷、總氮等營養(yǎng)鹽和有機(jī)污染引起，而其他重金屬及其他有毒害物質(zhì)污染相對較少［14］。

根據(jù)春、夏、秋、冬各個(gè)季節(jié)，將各指標(biāo)不同季節(jié)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)取平均值，得到不同季節(jié)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（圖4）。由圖4可知：2011年春、夏兩季和2012年春、夏兩季的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)小于4.00，達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他季節(jié)為Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總體呈先降后升的趨勢。春、冬兩季的綜合標(biāo)識指數(shù)大于夏、秋兩季的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，這可能與青山湖流域水文情況有關(guān)［15］。青山湖降水量時(shí)空差異較大，降雨主要集中在夏、秋兩季，以梅雨天氣和臺風(fēng)天氣為主，占全年雨量的70%，大量的降雨使得青山湖夏季和秋季的水質(zhì)在一定程度上得到了凈化，又加之地表徑流的作用，水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。

表1　2009-2013年青山湖水質(zhì)等級及定性評價(jià)Table 1　Water quality grade of Qingshan Lake from 2009 to 2013

圖4　綜合標(biāo)識指數(shù)的四季分布特征Figure　4　Distribution characteristics of the four seasons of WQI

2.3水環(huán)境功能區(qū)達(dá)標(biāo)分析

根據(jù)2009-2013年青山湖的單因子標(biāo)識指數(shù)分布特征（圖3），計(jì)算青山湖的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，對比青山湖Ⅲ類水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，得到青山湖水質(zhì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)情況和水質(zhì)等級達(dá)標(biāo)情況（表2）。由表2可知：化學(xué)需氧量、氨氮達(dá)標(biāo)率為100%，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。總氮指標(biāo)最差，達(dá)標(biāo)率為0，情況不容樂觀；總磷次之，在2012年只有1次滿足水環(huán)境功能區(qū)要求。葉綠素a 在2009年達(dá)標(biāo)率為0，隨后達(dá)標(biāo)率逐年上升，情況有所好轉(zhuǎn)，在2012年達(dá)到50%，隨后在2013年達(dá)標(biāo)率又降到0，呈先升后降的趨勢。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)達(dá)標(biāo)率先從2009年的0開始上升，在2011年達(dá)到最大，隨后趨于穩(wěn)定，在2013年達(dá)標(biāo)率又降到0，呈梯形變化。

根據(jù)青山湖Ⅲ類水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，2009-2013年青山湖水質(zhì)定性評價(jià)結(jié)果見表1。

表2　青山湖水環(huán)境功能區(qū)達(dá)標(biāo)結(jié)果Table 2　Water quality evaluation of surface water function zones on Qingshan Lake

2.4多指標(biāo)權(quán)重的綜合標(biāo)識水質(zhì)級別評價(jià)分析

采用主成分分析、超標(biāo)倍數(shù)、變異系數(shù)賦權(quán)法的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)等對青山湖水質(zhì)類別做進(jìn)一步優(yōu)化，其3種賦權(quán)方法的各指標(biāo)權(quán)重和最終綜合評價(jià)結(jié)果如表3～4所示。

由超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法可知：青山湖水質(zhì)2009-2013年間達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)。超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法過分突出主要污染物的影響，總磷的權(quán)重達(dá)到了0.552（表3），而總磷、總氮、葉綠素a等3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重和占0.896，使得結(jié)果不科學(xué)。變異系數(shù)賦權(quán)法表明：青山湖水質(zhì)2009-2013年達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)，與傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、主成分賦權(quán)法得出的評價(jià)等級一致，而2010-2012年青山湖水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、主成分賦權(quán)法得出的水質(zhì)等級。臨安市相關(guān)政府部門公布的2009-2013年各年的臨安市環(huán)境狀況公報(bào)表明：青山湖為Ⅳ類水質(zhì)，因此變異系數(shù)賦權(quán)法在青山湖水質(zhì)評價(jià)中出現(xiàn)了偏差，與實(shí)際情況不符。有研究表明［16］變異系數(shù)的大小反映的是數(shù)據(jù)的波動大小，也就是包含的信息量的大小，但這僅僅是此指標(biāo)的一種特性，無法說明此指標(biāo)的重要性，賦權(quán)法無法保證其準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際評價(jià)結(jié)果來確定其適用性。

主成分分析賦權(quán)法得出青山湖水質(zhì)2009-2013年達(dá)到Ⅳ水質(zhì)，與傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法得出的評價(jià)等級一致。主成分分析賦權(quán)法克服了傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)在權(quán)重分配問題上的缺陷，消除了指標(biāo)間信息重復(fù)的問題，綜合考慮了各指標(biāo)占全部信息量的權(quán)重，符合青山湖實(shí)際情況，其評價(jià)結(jié)果更為客觀、合理。

表3　指標(biāo)權(quán)重的分布特征Table 3　Weight of each index

表4　青山湖水質(zhì)綜合評價(jià)結(jié)果Table 4　Comprehensive evaluation results of water quality in Qingshan Lake

3　青山湖水質(zhì)污染成因

3.1水庫入水口各支流污染

水體質(zhì)量在一定程度上受補(bǔ)水水源的影響較大，當(dāng)補(bǔ)水水源中含較多的污染物時(shí)，一旦超過水體自身的凈化能力，必然會導(dǎo)致水體惡化。青山湖上游主要由苕溪、錦溪、橫溪、靈溪（表5）及城市某污水處理廠等（表6）不同點(diǎn)位流入，導(dǎo)致水體中的有機(jī)物和無機(jī)物含量大大增加，尤其是氮磷污染負(fù)荷的加重。由表5可知：青山湖中的3個(gè)流入點(diǎn)位南苕溪、錦溪、靈溪的水質(zhì)等級都超過Ⅲ類水質(zhì)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，錦溪的水質(zhì)等級相對較高，污染較為嚴(yán)重。橫溪的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但4個(gè)流入點(diǎn)位的總磷、總氮、葉綠素a的含量均偏高。錦溪的總氮、葉綠素a污染貢獻(xiàn)最高，其單因子標(biāo)識指數(shù)在2009-2013年均分別達(dá)到6.00和4.80以上，南苕溪次之。靈溪的總磷污染貢獻(xiàn)最高，單因子標(biāo)識指數(shù)在2009年到2013年均達(dá)到5.00以上，最高為8.40。由此可見青山湖氮磷及葉綠素a污染主要受各支流匯入影響較大。

青山湖下游為臨安錦城主城區(qū)，庫區(qū)四周環(huán)繞錦城、錦北街道及板橋鎮(zhèn)，均為人口和工業(yè)企業(yè)較為密集地區(qū)，部分企業(yè)仍存在偷排、漏排現(xiàn)象，各類污染物通過不同途徑直接或間接排入庫區(qū)，使得青山湖水質(zhì)氮磷污染進(jìn)一步加重，總磷、總氮的單因子標(biāo)識指數(shù)居高不下?？偟膯我蜃铀|(zhì)標(biāo)識指數(shù)較大值主要集中在3月，5月，最低值為6.93?？偭椎膯我蜃訕?biāo)識指數(shù)最低為4.21，與總氮相比污染程度相對較好，較大值同樣集中出現(xiàn)在3月，5月，但也超出Ⅲ類水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)超出青山湖自身的自凈能力。這可能與春、夏季雨水充沛，地表徑流作用較強(qiáng)有關(guān)。

3.2旅游業(yè)污染

隨著青山湖周邊旅游業(yè)的不斷發(fā)展，由旅游設(shè)施，人口增多等造成的水質(zhì)污染無法避免。一方面，在周邊環(huán)境建設(shè)的過程中，水、電能及其他能源供給過度，廢水、汽車尾氣、生活垃圾的處理不及時(shí)等都可能對水環(huán)境形成污染。另一方面，大量的旅游者環(huán)境保護(hù)意識較差，隨便扔垃圾，造成一定污染。在這些原因的共同作用下，青山湖水體中總氮、總磷含量明顯偏高，水質(zhì)的富營養(yǎng)化程度加劇。

3.3農(nóng)業(yè)面源污染

青山湖周邊農(nóng)田較多，由灌溉設(shè)施、灌溉方式等原因造成的深層滲透現(xiàn)象較為嚴(yán)重。又由于各種農(nóng)藥的大面積使用，在地表徑流的作用下農(nóng)田中的水土?xí)y帶大量營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是以氮磷元素為主的肥料流入水庫造成水體污染。水體氮磷元素增加會使得藻類迅速生長，水體中葉綠素a含量增加。

表5　2009-2013年青山湖各支流的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Table 5　Comprehensive water quality index of the tributaries of the Qingshan Lake from 2009 to 2013

表6　2009-2013年城市污水處理有限公司出水口水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)年均質(zhì)量濃度Table 6　Annual concentration of outlet water quality monitoring in the treatment Ltd of municipal wastewater from 2009 to 2013

4　結(jié)論

單因子水質(zhì)標(biāo)識結(jié)果表明：青山湖化學(xué)需氧量、氨氮月平均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合青山湖水質(zhì)功能區(qū)劃分等級要求。青山湖水質(zhì)受總氮、總磷、葉綠素a污染影響較大，單因子標(biāo)識指數(shù)平均大于Ⅲ類水質(zhì)。

根據(jù)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法計(jì)算結(jié)果，青山湖2009-2013年水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類，超出功能區(qū)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2009年青山湖水庫的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)最大，2013年次之，呈U型變化趨勢，且夏季和秋季綜合標(biāo)識指數(shù)小于春季和冬季，受降雨影響較大。

基于超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)、變異系數(shù)賦權(quán)、主成分分析賦權(quán)和傳統(tǒng)的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在2009-2013年青山湖水質(zhì)綜合評價(jià)中有所差異。超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)法的計(jì)算結(jié)果表明：青山湖水質(zhì)為Ⅴ類水質(zhì)，變異系數(shù)賦權(quán)法的計(jì)算結(jié)果顯示為Ⅲ類和Ⅳ類，主成分分析賦權(quán)法和平均賦權(quán)法的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果一致，為Ⅳ類。臨安市相關(guān)政府部門公布的2009-2013年各年的臨安市環(huán)境狀況公報(bào)表明：主成分分析賦權(quán)法適用于青山湖水水質(zhì)綜合評價(jià)中。在用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)的過程中，不同水域由于其復(fù)雜性沒有統(tǒng)一的權(quán)重確定方法，因此應(yīng)通過不同權(quán)重方法的對比分析選取適合于本研究區(qū)域的權(quán)重方法，提高水質(zhì)評價(jià)的準(zhǔn)確性。

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WQI for water quality evaluation in Qingshan Lake

GU Jianqiang1，ZHANG Wen2，ZHU Fan1，CHEN Feng2，SU Guangyun1，3，QI Hengnian1，4
（1.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology Research，Zhejiang A&F University，Lin’an 311300，Zhejiang，China；2.Environmental Monitoring Station of Lin’an City，Lin’an 311300，Zhejiang，China；3.Bureau of Education of Lin’an City，Lin’an 311300，Zhejiang，China；4.School of Information Engineering，Huzhou University，Huzhou 313000，Zhejiang，China）

Qingshan Lake used mainly for tourism，agricultural irrigation，and drinking water and other purposes and development of tourism，industry may make the existence of the risks contamination.So this study was conducted to help understand the lake’s water quality by using a water quality assessment.Based on sampled water quality data from Qingshan Lake in Lin’an from 2009 to 2013，water quality was evaluated using the water quality index method with a Principal Component Analysis along with a coefficient of variation for standard multiple weight and average weight.The water pollution contribution of each into the reservoir was obtained by analyzing the causes of pollution.Results showed that the single factor chemical oxygen demand index and NH3-N in Qingshan Lake reached levelⅡ，in accordance with function grade of Qingshan Lake.Single factor labeling indexes revealed that total phosphorus，total nitrogen，and chlorophyll-a were the main pollutant.The comprehensive water quality identification index method based on the principal component analysis and the av-erage weight，confirmed these results.From 2009 to 2013 the lake’s water quality reached levelⅣ.The maximum WQI was 4.331 in 2009，and the minimum was 4.131 in 2013 with a U-shaped pattern.The pollution contribution from the Jinxi Stream was highest for TN and Chl-a.The South Tiaoxi Stream took the second place.The pollution contribution from Linxi Stream was highest for TP.These results will help provide a scientific basis for management and protection of Qingshan Lake.［Ch，4 fig.6 tab.16 ref.］

WQI；weighting method；Qingshan Lake；water quality assessment

S273.3；X824

A

2095-0756（2016）05-0890-09

10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.023

2015-10-10；

2015-11-30

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（Y14C130046）；浙江農(nóng)林大學(xué)科研發(fā)展基金人才啟動基金資助項(xiàng)目（2013FR035）；浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目；浙江省臨安市環(huán)境保護(hù)局資助項(xiàng)目（2014-2）

谷建強(qiáng)，從事水質(zhì)檢測研究。E-mail：572018351@qq.com。通信作者：祁亨年，教授，博士，從事模式識別、機(jī)器視覺、移動物聯(lián)等研究。E-mail：qihengnian@foxmail.com

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2016，33（5）：890-898

Journal of Zhejiang A＆F University