基于熵值法的合肥市飲用水水源地水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水源地水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況越來越受到重視。以合肥市重要飲用水水源地——董鋪水庫和大房郢水庫為例，于 2016 年7 月、9月和2017年5月、8月、10月對(duì)16個(gè)點(diǎn)位（董鋪水庫9個(gè)，大房郢水庫7個(gè)）開展了調(diào)查監(jiān)測(cè)工作，采集了水質(zhì)、水生生物和沉積物三大類指標(biāo)數(shù)據(jù)。選取其中17項(xiàng)候選參數(shù)來構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用主成分分析和相關(guān)分析對(duì)候選參數(shù)進(jìn)行篩選，并使用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建了合肥市飲用水水源地水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，對(duì)其中董鋪水庫和大房郢水庫的健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：董鋪水庫和大房郢水庫水生態(tài)系統(tǒng)整體均處于亞健康狀態(tài)。單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)顯示，董鋪水庫和大房郢水庫水質(zhì)狀況優(yōu)良，均處于“健康—亞健康”狀態(tài)；董鋪水庫與大房郢水庫的富營(yíng)養(yǎng)狀況尚可，其中董鋪水庫均處于“亞健康”狀態(tài)，大房郢水庫處于“亞健康—一般”狀態(tài)；董鋪水庫和大房郢水庫水質(zhì)指標(biāo)和富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)空間分布大體上呈現(xiàn)北高南低、西高東低的趨勢(shì)；董鋪水庫和大房郢水庫生物多樣性狀況尚可，處于“健康—一般”狀態(tài)；董鋪水庫與大房郢水庫的沉積物狀況較差，從沉積物健康狀況空間差異性來看，董鋪水庫與大房郢水庫南部水域的沉積物狀況與其他水域相比較差，需重點(diǎn)關(guān)注兩水庫沉積物中鎘與汞的污染。

關(guān)鍵詞：水生態(tài)系統(tǒng)； 健康評(píng)價(jià)； 熵值法； 董鋪水庫； 大房郢水庫； 合肥市

中圖法分類號(hào)：X171.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.020

文章編號(hào)：1006-0081（2024）12-0120-10

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)河湖（庫）生態(tài)環(huán)境的干擾越來越頻繁，水體污染嚴(yán)重，生物多樣性逐漸降低［1］，這與人類對(duì)高質(zhì)量生存環(huán)境的向往背道而馳。因此，河湖（庫）水生態(tài)系統(tǒng)健康問題已被廣泛重視［2］。從20世紀(jì)70年代開始，國(guó)外學(xué)者陸續(xù)開展河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估研究，重點(diǎn)集中在評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)體系構(gòu)建等方面［3-6］。中國(guó)從20世紀(jì)90年代才開始關(guān)注河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況［7-12］。

目前，研究生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的方法很多，且都致力于通過數(shù)學(xué)模型將健康狀況具體化和定量化［13］。從評(píng)價(jià)方法的指標(biāo)體系來劃分，主要分為單因子指標(biāo)和綜合性指標(biāo)兩類［14-15］，單因子評(píng)價(jià)方法中最早常用的是指示物種法，多選用生物多樣性指數(shù)、生物完整性指數(shù)、生態(tài)緩沖能等指標(biāo)［16］。指示物種法操作簡(jiǎn)單，但定量精度需求較高，難以全面反映生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜狀況［17-18］。因此，為提高水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的準(zhǔn)確度，提出了包含水文、生態(tài)、生物多樣性、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的綜合指標(biāo)體系法，從多角度、多尺度來描述水生態(tài)系統(tǒng)健康，成為目前河湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)常用的方法［16，19-21］。綜合指標(biāo)體系法的常用方法有模糊綜合評(píng)價(jià)法、綜合健康指數(shù)法、PSR模型等，基于熵值法來對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，然后通過權(quán)重確定多個(gè)指標(biāo)的排序，進(jìn)而對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全面而客觀的評(píng)估［22-25］。

董鋪水庫與大房郢水庫是國(guó)家重要飲用水水源地，也是合肥人民的“大水缸”，其水質(zhì)、水生態(tài)狀況的好壞直接關(guān)系到合肥人民的飲用水安全［26］。為評(píng)估董鋪水庫和大房郢水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，在2016～2017年期間，連續(xù)2 a圍繞董鋪水庫和大房郢水庫水質(zhì)、水生生物、沉積物等情況開展了調(diào)查監(jiān)測(cè)。本研究以此次調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建以董鋪水庫與大房郢水庫為代表的合肥市飲用水水源地水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，以期為飲用水水源型水庫的保護(hù)與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

董鋪水庫（31°51′40″N～31°55′06″N，117°5′48″E～117°12′24″E）位于巢湖水系南淝河正源上游，流域面積 207.5 km2，水面面積 21.72 km2，設(shè)計(jì)總庫容 2.49億m3，年供水量3.2億m3。大房郢水庫（31°54′30″N～31°58′12″N，117°12′15″E～117°14′51″E）位于南淝河支流四里河下游，董鋪水庫的東北方向，流域面積184 km2，水面面積 14.5 km2，設(shè)計(jì)總庫容1.84億m3，年供水量1.17億m3。董鋪水庫與大房郢水庫之間以隧洞相連通，隧洞長(zhǎng)1 210.3 m，平均引水流量7.6 m3/s，隧洞兩頭均有閘門控制［27-29］。

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

基于水庫水體環(huán)境特征及點(diǎn)位均勻性，分別在董鋪水庫的主要河流入庫口、庫心、出庫口及飲用水水源取水口附近水域布設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，同樣在大房郢水庫庫區(qū)布設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)開展調(diào)查監(jiān)測(cè)工作（圖1）。

1.2.2 調(diào)查監(jiān)測(cè)參數(shù)

調(diào)查監(jiān)測(cè)參數(shù)包括水質(zhì)、水生生物與沉積物3方面。水質(zhì)參數(shù)包括水溫（T）、pH、透明度（SD）、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH+4-N）、總磷（TP）、總氮（TN）、可溶性磷（SP）、葉綠素a（Chl-a）。水生生物參數(shù)包括浮游植物、浮游動(dòng)物。沉積物參數(shù)包括有機(jī)質(zhì)（SOM）、總氮（STN）、總磷（STP）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）、汞（Hg）。其中，水質(zhì)、浮游動(dòng)物、浮游植物分別在2016年7月、9月和2017年5月、8月、10月各調(diào)查監(jiān)測(cè)一次。沉積物分別在2016年7月與2017年8月各調(diào)查監(jiān)測(cè)1次。

1.2.3 水質(zhì)樣品采集與分析

使用5 L有機(jī)玻璃采水器采集表層水面下0.5 m處水樣，加入相應(yīng)固定劑進(jìn)行固定，低溫保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行下一步分析。其中，T、pH使用便攜式pH測(cè)定儀（pH100，YSI維賽，美國(guó)）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，SD用定制塞氏盤現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，DO、CODMn、NH+4-N、TP、TN、SP、Chl-a等指標(biāo)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，測(cè)定方法參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。

1.2.4 沉積物樣品采集與分析

使用彼得森采泥器（1/16 m2）采集沉積物樣品，封口袋編號(hào)封裝，低溫保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步處理。其中，SOM與STN參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用滴定法測(cè)定，STP使用紫外分光光度法測(cè)定，砷與汞使用原子熒光法測(cè)定，銅、鉛、鎘使用電感耦合等離子發(fā)射質(zhì)譜儀ICP-MS（Thermo Fisher賽默飛，美國(guó)）測(cè)定。

1.2.5 水生生物樣品采集與分析

浮游植物、浮游動(dòng)物定性樣品使用浮游生物網(wǎng)（25號(hào)），在樣點(diǎn)處以“∞”拖拽2～3 min，過濾后的樣品注入100 mL聚乙烯瓶中保存，然后按水樣體積的1.0%～1.5%加入魯哥溶液固定備用。

浮游植物定量樣品使用1.0 L的聚乙烯瓶，在水面下0.2 m處灌取水樣，然后按水樣體積的1.0%～1.5%加魯哥溶液進(jìn)行固定，帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)沉淀濃縮處理后備用。浮游動(dòng)物定量樣品的采集、收集用25號(hào)浮游生物網(wǎng)過濾30 L水樣后的樣品，用5%甲醛溶液固定備用。后續(xù)浮游動(dòng)植物的樣品鑒定參照相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行［16，30-31］。

1.3 分析評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

參照中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站發(fā)布的《湖泊（水庫）富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》，采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TLI）評(píng)價(jià)董鋪水庫和大房郢水庫富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，評(píng)價(jià)因子包括Chl-a、TP、TN、SD和CODMn。

1.3.2 沉積物污染評(píng)價(jià)

運(yùn)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法（RI）評(píng)價(jià)董鋪水庫和大房郢水庫沉積物中重金屬的污染強(qiáng)度，該方法是由瑞典科學(xué)家Hakanson提出，不僅可以評(píng)價(jià)單個(gè)重金屬的污染程度，也能綜合評(píng)價(jià)多種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)潛力［32-34］。

1.3.3 水生生物多樣性評(píng)價(jià)

采用香農(nóng)威納（Shannon-Wiener）多樣性指數(shù)（H′）來計(jì)算董鋪水庫和大房郢水庫浮游植物多樣性指數(shù)（P-diversity）和浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)（Z-diversity）［16］。

1.3.4 水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

1.3.4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)水庫特征與調(diào)查監(jiān)測(cè)情況，參照相關(guān)研究結(jié)果［6，16，21］，選取其中17項(xiàng)參數(shù)來構(gòu)建候選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。對(duì)17項(xiàng)候選評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選，所選評(píng)價(jià)指標(biāo)間要相互獨(dú)立，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化有明顯響應(yīng)，能全面綜合地反映生態(tài)系統(tǒng)的不同屬性［21］。

在篩選過程中，首先通過判別能力分析剔除對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化不敏感的指標(biāo)；然后通過主成分分析（PCA）剔除對(duì)系統(tǒng)特征貢獻(xiàn)率較低的指標(biāo)（按70%的累積方差貢獻(xiàn)率篩選）；最后對(duì)剩余指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立性分析，包括對(duì)余下的指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)（Kolmogorov-Smimov方法），采用相關(guān)分析（對(duì)符合正態(tài)分布的指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，不符合正態(tài)分布的指標(biāo)進(jìn)行Spearman相關(guān)分析）篩選獨(dú)立性較好的指標(biāo)，剔除信息重疊的指標(biāo)［21］。使用SPSS-19.0和R-4.1.1軟件進(jìn)行分析。

1.3.4.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

在應(yīng)用多個(gè)指標(biāo)對(duì)某事物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，如何比較客觀、準(zhǔn)確地確定各指標(biāo)權(quán)重顯得至關(guān)重要，權(quán)重的確定將會(huì)直接影響評(píng)價(jià)的結(jié)果［35］。為避免受人為主觀意識(shí)的影響，選用熵值法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算過程如下。

（1） 數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化。構(gòu)建m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)評(píng)估對(duì)象得到原始數(shù)據(jù)矩陣X：

對(duì)該矩陣標(biāo)準(zhǔn)化得到矩陣R為

R=（rij）m×n

式中：rij為對(duì)應(yīng)初始矩陣X中xij的標(biāo)準(zhǔn)化值，0≤rij≤1。

在實(shí)際計(jì)算決策過程中，評(píng)價(jià)指標(biāo)通常分為越大越優(yōu)型（如DO，SD等指標(biāo)）和越小越優(yōu)型（如COD，TN，TP等指標(biāo)）［35］。因此，這兩類指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式為

式中：Xmax和Xmin分別為同指標(biāo)在不同樣本中的最大值和最小值。

（2） 熵值的定義。第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Hi的定義為

式中：fij為矩陣R中對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化值占該評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值總和的比重，為使 lnfij有意義，當(dāng)fij=0時(shí)，fijlnfij=0。

（3） 熵值的計(jì)算。第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值wi定義為

1.3.4.3 評(píng)價(jià)方法與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

董鋪水庫和大房郢水庫生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)計(jì)算公式：

式中：H為水庫生態(tài)健康綜合指數(shù)值，其值大小為0～1；Wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重;Ii為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

將所有點(diǎn)位生態(tài)健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù)值的95%分位數(shù)定義為健康標(biāo)準(zhǔn)，將小于該值的范圍進(jìn)行四等分，確定健康、亞健康、一般、差和極差這5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選結(jié)果

對(duì)候選評(píng)價(jià)指標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)可看出，可溶性磷（SP）在董鋪水庫和大房郢水庫的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中的變化較?。?biāo)準(zhǔn)差lt;0.01），說明其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化的響應(yīng)不夠敏感，因此在后續(xù)分析中剔除這個(gè)指標(biāo)（表1和表2）。

對(duì)余下候選評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立性分析，首先對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，用標(biāo)準(zhǔn)化值再進(jìn)行PCA分析。其中，董鋪水庫候選指標(biāo)體系的Kaiser-Meyer-Olkin檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)（KMO）值為0.550，Bartlett球度檢驗(yàn)值為596.544，相伴概率為0，說明剩余16個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系適合于進(jìn)行PCA分析，按照70%的累積方差貢獻(xiàn)率提取出3個(gè)主成分，如表3所示。大房郢水庫候選指標(biāo)體系的Kaiser-Meyer-Olkin檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)（KMO）值為0.600，Bartlett球度檢驗(yàn)值為463.542，相伴概率也為0，按照70%的累積方差貢獻(xiàn)率提取出3個(gè)主成分，如表4所示。

繼續(xù)以載荷值大于0.6作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行候選指標(biāo)篩選，董鋪水庫的第1主成分包括T、DO、pH、TP、CODMn、NH+4-N、Chl-a、TLI和P-diversity，主要描述了水體理化、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物因素的影響；第2主成分包括SD和TN，主要描述了透明度和營(yíng)養(yǎng)鹽的影響；第3主成分包括Z-diversity和STP，主要描述了生物因素和沉積物的影響，由此董鋪水庫篩選出13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)對(duì)董鋪水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的貢獻(xiàn)均較大，剔除STN、SOM 和RI。大房郢水庫的第1主成分包括T、pH、TN、TP、CODMn、Chl-a、TLI和P-diversity，主要描述水體理化、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物因素的影響；第2主成分包括SD、STN、SOM和RI，主要描述了透明度和沉積物的影響；第3主成分沒有載荷值大于0.6的指標(biāo)，由此大房郢水庫篩選出12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，剔除DO、NH+4-N、Z-diversity和STP。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，董鋪水庫水體的DO、pH、Chl-a、TN、P-diversity、Z-diversity、STP與其他指標(biāo)間的相關(guān)性不顯著，相對(duì)獨(dú)立，因此這7個(gè)指標(biāo)可以保留（表5）。大房郢水庫水體的T、Chl-a、TN、P-diversity、沉積物中的STN、SOM和RI指數(shù)與其他指標(biāo)間的相關(guān)性不顯著，相對(duì)獨(dú)立，這7個(gè)指標(biāo)可以保留（表6）。

綜合上述候選指標(biāo)間相關(guān)性分析結(jié)果，同時(shí)考慮到CODMn為指示有機(jī)污染的指標(biāo)，TLI指標(biāo)對(duì)反映水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況具有代表性，這兩個(gè)指標(biāo)也予以保留。因此，合肥市飲用水水源地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由11個(gè)指標(biāo)組成，其中水質(zhì)包含4個(gè)指標(biāo)，富營(yíng)養(yǎng)化包含2個(gè)指標(biāo)，沉積物包含4個(gè)指標(biāo)，生物多樣性包含1個(gè)指標(biāo)（表7）。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)熵值的定義和計(jì)算方法，得出合肥市飲用水水源地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的熵值與熵的權(quán)重（表7）。其中，董鋪水庫和大房郢水庫的沉積物類型指標(biāo)的權(quán)重最大，說明其對(duì)這兩個(gè)水庫生態(tài)系統(tǒng)健康的影響也是最大的。水質(zhì)指標(biāo)、富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)和生物多樣性指標(biāo)的權(quán)重大小相當(dāng)，說明其對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻(xiàn)相當(dāng)。董鋪水庫的水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為T、TN、DO、CODMn；富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為Chl-a、TLI；沉積物指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為RI、STN、SOM、STP。大房郢水庫的水質(zhì)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為T、CODMn、DO、TN；富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為TLI、Chl-a；沉積物指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為RI、STP、STN、SOM。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)

基于合肥市飲用水水源地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，其中最小值為0.334 4，最大值為0.755 0，95%分位數(shù)為0.538 4，健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表8所示。

董鋪水庫和大房郢水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。董鋪水庫和大房郢水庫整體均處于亞健康狀態(tài)，得分平均值分別為0.492 2和0.481 3。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的分析來看，董鋪水庫處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位為3個(gè)，占比33.33%，亞健康有4個(gè)，占比44.44%，一般狀態(tài)有2個(gè)，占比22.22%，無差與極差狀態(tài)的點(diǎn)位。大房郢水庫處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位為1個(gè)，占比14.29%，亞健康有5個(gè)，占比71.42%，一般狀態(tài)有1個(gè)，占比14.29%，同樣無差與極差狀態(tài)的點(diǎn)位。從空間分布來看，董鋪水庫除中部和南部的4號(hào)和5號(hào)點(diǎn)位健康狀況較差外，其余區(qū)域的健康狀況均較好，這可能因?yàn)?號(hào)和5號(hào)點(diǎn)位靠近合肥植物園，水體受人為干擾較其他區(qū)域重。同樣，大房郢水庫除南部的1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)位健康狀況較差外，其余區(qū)域的健康狀況較好。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4.1 水質(zhì)指標(biāo)

董鋪水庫和大房郢水庫生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。董鋪水庫水質(zhì)指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有6個(gè)，占比66.67%，剩余3個(gè)點(diǎn)位均為亞健康狀態(tài)，占比33.33%；大房郢水庫水質(zhì)指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有6個(gè)，占比85.71%，剩余1個(gè)點(diǎn)位為亞健康狀態(tài)，占比14.29%，這表明董鋪水庫與大房郢水庫的水質(zhì)狀況優(yōu)良。從水質(zhì)健康狀況空間差異來看，董鋪水庫西部水域的水質(zhì)狀況與東部水域的相比較差，這可能與該水庫的西部為南淝河來水有關(guān)。大房郢水庫西北部水域的水質(zhì)狀況與其他水域的相比較差，可能原因與董鋪水庫一致。楊帆［36］研究結(jié)果也表明，董鋪水庫、大房郢水庫污染物空間分布大體上呈現(xiàn)北高南低、西高東低的趨勢(shì)，這與北部與西部區(qū)域是兩水庫的河流入庫口有關(guān)，入庫河流由于受人類活動(dòng)干擾頻繁，導(dǎo)致污染濃度一直居高不下。

2.4.2 富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

董鋪水庫9個(gè)點(diǎn)位的富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)均處于亞健康狀態(tài)。大房郢水庫富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)處于亞健康狀態(tài)的點(diǎn)位有4個(gè)，占比57.14%，剩余3個(gè)點(diǎn)位為一般狀態(tài)，占比42.86%，這表明董鋪水庫與大房郢水庫的富營(yíng)養(yǎng)狀況尚可，董鋪水庫整體比大房郢水庫的富營(yíng)養(yǎng)化程度低。從富營(yíng)養(yǎng)健康狀況空間差異性來看，董鋪水庫西部水域的富營(yíng)養(yǎng)程度較其他水域偏高，這與水質(zhì)健康狀況的空間分布結(jié)果相似。大房郢水庫西北部水域的富營(yíng)養(yǎng)化程度與其他水域的相比較高，說明該水域水質(zhì)相對(duì)較差，同樣與水質(zhì)健康狀況的空間分布結(jié)果相似。

2.4.3 沉積物指標(biāo)

董鋪水庫沉積物指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有4個(gè)，占比44.44%，亞健康狀態(tài)的點(diǎn)位有3個(gè)，占比33.33%，一般狀態(tài)點(diǎn)位與差狀態(tài)點(diǎn)位分別為1個(gè)，各占11.11%。大房郢水庫沉積物指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有1個(gè)，占比14.29%，亞健康狀態(tài)點(diǎn)位有2個(gè)，占比28.57%，一般狀態(tài)點(diǎn)位有3個(gè)，占比42.86%，差狀態(tài)點(diǎn)位有1個(gè)，占比14.29%，這表明董鋪水庫與大房郢水庫的沉積物狀況較差。從沉積物健康狀況空間差異來看，董鋪水庫與大房郢水庫南部水域的沉積物狀況與其他水域相比較差，這可能與合肥發(fā)電廠毗鄰大房郢水庫（東南方向500 m左右）有關(guān)，王厚云［28］研究表明董鋪水庫與大房郢水庫水體中的鉛主要來源于電廠廢氣沉降。

將董鋪水庫和大房郢水庫與國(guó)內(nèi)其他水體的沉積物相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比顯示（表9），董鋪水庫和大房郢水庫沉積物中的總氮、總磷含量處于中間水平，董鋪水庫含量高于大房郢水庫。有機(jī)質(zhì)含量也處于中間水平，大房郢水庫的含量高于董鋪水庫。將兩個(gè)水庫的沉積物重金屬與合肥市土壤背景值相比，董鋪水庫除銅外，其他重金屬的含量均大于背景值，其中鎘的含量是背景值的3.17倍，汞的含量是背景值的3.00倍。大房郢水庫除銅、鉛、砷外，鎘和汞的含量大于背景值，其中鎘的含量是背景值的3.17倍，汞的含量是背景值的5.00倍。王清泉等［47］研究發(fā)現(xiàn)，董鋪水庫和大房郢水庫的3條主要匯水河流（南淝河、泗水河、四里河）鎘、砷、汞的含量較高，對(duì)下游水庫有潛在影響?？傮w而言，與其他水體的沉積物重金屬含量相比，董鋪水庫與大房郢水庫的重金屬含量均處于較低水平，除董鋪水庫的砷外，其余重金屬的含量均在土壤環(huán)境一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)［48］。董鋪水庫受污染程度高于大房郢水庫，這可能是因?yàn)槎佀畮旖ǔ墒褂脮r(shí)間較大房郢水庫更長(zhǎng)，兩個(gè)水庫需重點(diǎn)關(guān)注沉積物中鎘與汞的污染。

2.4.4 生物多樣性指標(biāo)

董鋪水庫生物多樣性指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有1個(gè)，占比11.11%，亞健康狀態(tài)點(diǎn)位有2個(gè)，占比22.22%，剩余6個(gè)點(diǎn)位均處于一般狀態(tài)，占比66.67%。大房郢水庫生物多樣性指標(biāo)處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位有1個(gè)，占比14.29%，亞健康狀態(tài)點(diǎn)位有5個(gè)，占比71.43%，處于一般狀態(tài)的點(diǎn)位有1個(gè)，占比14.29%。從生物多樣性狀況空間差異來看，董鋪水庫西部水域的生物多樣性狀況較其他區(qū)域的高，大房郢水庫北部和中部水域的生物多樣性狀況較南部水域的高，大房郢水庫的生物多樣性狀況整體高于董鋪水庫，這也與王厚云［28］對(duì)董鋪水庫與大房郢水庫的調(diào)查結(jié)果相似。

3 結(jié) 論

本文基于熵值法對(duì)合肥市重要飲用水水源地董鋪水庫和大房郢水庫開展了水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如下。

（1） 合肥市飲用水水源地水生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括水溫、總氮、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、Chl-a、TLI、沉積物RI指數(shù)、總氮、有機(jī)質(zhì)、總磷和浮游植物多樣性指數(shù)共4類11項(xiàng)指標(biāo)。董鋪水庫和大房郢水庫4類評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重大小均依次為沉積物＞水質(zhì)＞富營(yíng)養(yǎng)＞生物多樣性，沉積物指標(biāo)是水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的必選指標(biāo)類型。

（2） 董鋪水庫和大房郢水庫整體均處于亞健康狀態(tài)。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的分析來看，董鋪水庫處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位為3個(gè)，亞健康有4個(gè)，一般狀態(tài)有2個(gè);大房郢水庫處于健康狀態(tài)的點(diǎn)位為1個(gè)，亞健康有5個(gè)，一般狀態(tài)有1個(gè)，兩座水庫均無差與極差狀態(tài)的點(diǎn)位。從空間分布來看，兩水庫的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。

（3） 單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)顯示，董鋪水庫和大房郢水庫水質(zhì)狀況優(yōu)良，均處于“健康-亞健康”狀態(tài)；董鋪水庫與大房郢水庫的富營(yíng)養(yǎng)狀況尚可，其中董鋪水庫均處于“亞健康”狀態(tài)，大房郢水庫處于“亞健康-一般”狀態(tài)；董鋪水庫和大房郢水庫水質(zhì)指標(biāo)和富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)空間分布大體上呈現(xiàn)北高南低、西高東低的趨勢(shì)；董鋪水庫和大房郢水庫生物多樣性狀況尚可，處于“健康-一般”狀態(tài)，大房郢水庫的生物多樣性狀況整體高于董鋪水庫；董鋪水庫與大房郢水庫的沉積物狀況較差，從沉積物健康狀況空間差異來看，董鋪水庫與大房郢水庫南部水域的沉積物狀況與其他水域相比較差，需重點(diǎn)關(guān)注兩水庫沉積物中鎘與汞的污染。

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Health evaluation of water ecosystem of drinking water sources in Hefei City based on entropy method

Abstract：

With the continuous development of the economy and society，the health status of the water ecosystem of water sources has drawn an increasing attention.Taking Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir，the important drinking water sources in Hefei City，as examples，investigation and monitoring work were carried out at 16 sites （9 in Dongpu Reservoir and 7 in Dafangying Reservoir） in July and September 2016，and in May，August and October 2017.Data on three major categories of indicators，namely water quality，aquatic organisms and sediments were collected.Seventeen candidate parameters were selected to construct an evaluation index system.Principal component analysis and correlation analysis were employed to screen the candidate parameters，and the entropy method was adopted to determine the weights of each evaluation index.Subsequently，a health evaluation system for the water ecosystem of drinking water sources in Hefei City was established，and the health status of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir were evaluated.The results indicated that the overall water ecosystems of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir were both in a sub-healthy state.The evaluation of individual indicators revealed that the water quality of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir was excellent，both in a healthy to sub-healthy state.The eutrophication status of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir is acceptable，with Dongpu Reservoir in a sub-healthy state and Dafangying Reservoir in a sub-healthy to general state.The spatial distribution of water quality indicators and eutrophication indicators in Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir generally presented a trend of being higher in the north and lower in the south，as well as higher in the west and lower in the east.The biodiversity status of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir was acceptable in a healthy to general state.The sediment status of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir was relatively poor.From the perspective of the spatial differences in sediment health status，the sediment status of the southern waters of Dongpu Reservoir and Dafangying Reservoir were poorer compared to other waters，and special attention should be paid to the pollution of cadmium and mercury in the sediments of the two reservoirs.

Key words：

water ecosystem； health evaluation； entropy method； Dongpu Reservoir； Dafangying Reservoir； Hefei City