辽河口湿地水质模糊综合评判研究

杨继松，陈红亮，吴 昊，李馨昕，胡晓钧

（1.沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁沈阳 110044；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院湿地生态与环境重点实验室，吉林长春 130012）

辽河口湿地水质模糊综合评判研究

杨继松1，2，陈红亮1，吴 昊1，李馨昕1，胡晓钧1

（1.沈阳大学区域污染环境生态修复教育部重点实验室，辽宁沈阳 110044；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院湿地生态与环境重点实验室，吉林长春 130012）

利用模糊综合评判方法对2009年辽河口湿地的水环境质量进行了综合评判.17个样点的监测结果显示，7月份辽河口湿地水质大多数样点化学需氧量（COD）和全氮（TN）超地表水环境质量IⅤ类标准，全磷（TP）、氨氮（NH3-N）和重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）优于III类标准.运用统计学方法从8个监测指标中遴选出了COD、TN、TP、NH3-N、Cd和Pb 6个指标作为参评因子，采用污染贡献率方法确定单因子权重系数，评判结果表明辽河口湿地大多数样点水质级别为Ⅴ，水环境质量较差.

辽河口湿地；水质评价；模糊综合评判；参评因子

水是湿地系统中最为关键的生态要素，它对整个系统的生物地球化学过程均具有重要的影响.湿地水环境质量是衡量湿地系统健康水平的重要指标，因而在湿地生态系统健康评价中备受关注.模糊综合评价方法在天然水体的水质评价中得到广泛的应用.湿地的水环境质量受多种因素影响和控制，各因素之间相互影响、相互制约，不同因素的影响程度也不同.利用模糊数学理论，结合水质评价指标及其评价原理，综合考虑水质污染程度由轻到重逐渐变化的模糊特性，可以获得更科学和更合理的评价结果［1］.利用模糊综合评判方法，研究者对河流［2-3］、湖泊［4］和湿地［5-7］等水体水质进行了评价研究，取得了较好的结果.辽河口湿地位于辽宁省南部、辽东湾北岸，是我国和亚洲最大的暖温带滨海湿地，是辽河三角洲的核心地带和我国重要的石油开发和粮食生产基地.由于地处辽河下游入海口，河流携带沿途大量物质流经河口湿地，加之日益增加的开发活动，这些都对河口湿地水环境质量产生了直接影响.本研究在区域布点采样的基础上，利用模糊综合评判方法对辽河口湿地水环境质量进行评价研究，可为河口湿地保护、湿地生态健康恢复提供依据.

1 采样点与监测指标

2009年7月中旬，分别在辽河下游双台子河口的赵圈河苇场、羊圈子苇场和东郭苇场的芦苇湿地区域选取了17个采样点（图1），样点数分布为羊圈子苇场5个（T1、T2、T3、T4、T5）、东郭苇场5个（T6、T7、T8、T9、T10）、赵圈河苇场7个（T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17）.水质分析指标包括化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、锌（Zn）、镉（Cd）、铅（Cd）和铜（Cu）.上述指标的分析测定均参照《水和废水监测分析方法》［8］：重铬酸钾法测定COD；过硫酸钾氧化-紫外分光光度计法测定TN；纳氏试剂-紫外分光光度计法测定NH3-N；样品经硝酸-高氯酸消解后，火焰原子吸收法测定Zn和Cu，石墨炉原子吸收法测定Cd和Pb.

图1 采样点示意图Fig.1 Sample sites in the study area

2 结果与分析

2.1 辽河口湿地水环境质量特征

根据实测结果（表1），以地表水环境质量标准（表2）衡量，大部分样点COD和TN超标严重，TP、NH3-N和重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）优于Ⅲ类标准.辽河口湿地水中COD变化在17.6～73.6mg／L之间，70%的样点超出Ⅳ类标准，近50%的样点超出Ⅴ类标准.湿地水中TN的质量浓度变化在1.389～4.404mg／L之间，几乎全部样点超地表水Ⅳ类标准，近76%的样点超Ⅴ类标准.TP质量浓度变化在0.035～0.190mg／L之间，30%的样点在Ⅲ类标准内，其他样点优于Ⅱ类标准.

表1 河口湿地地表水取样点水质实测值Table 1 Measurement values of wetland water quality

表2 地表水环境质量标准值Table 2 Environmental quality standard for surface water value mg·L-1

2.2 辽河口湿地水质模糊综合评判

湿地水质模糊综合评判的步骤为：（1）将污染物因子实测浓度与其评价标准相比较，建立线性函数，计算出各污染因子对各级水的隶属度组成模糊矩阵；（2）计算各单项因子的权重值，组成权系数矩阵；（3）将隶属度矩阵与权系数矩阵相乘，得到综合评价结果.

2.2.1 评判因子选择

依据地表水环境质量标准（表2），按照水质各项实际监测值（表1），根据统计学原理，通过各单项超标倍数的百分比由大到小的累计频率，遴选出对水环境影响较大的因子［5］37，最终选取7个单项因子作为评价因子组成因子集：U＝｛CODCr、TN、NH3-N、TP、Cd、Pb｝.篇幅所限，计算过程略.

2.2.2 因子隶属度计算

模糊综合评价法以隶属度来描述水质的模糊界限，由各采样点单项水质指标ci对各水质级别sj的隶属度uij（ci）所构成的矩阵，即为模糊关系矩阵R，隶属度可用隶属函数来表示.本文采用模糊分布曲线中的“梯形分布”确定各个元素的隶属函数［5］38.隶属函数的表达式如下：

Ⅰ级水质的隶属度函数为

ci表示第i个评价因子的实测值，sij-1，sij，sij＋1分别表示各评价因子的第j-1，j，j＋1级标准值.把各评价因子的实测值代入相应的隶属函数，计算出每一个评价因子对于各评价等级的隶属度，得到模糊矩阵R.篇幅所限这里仅列出采样点T1的隶属度矩阵RC1.

2.2.3 因子权重系数计算

因子的权重系数用来衡量参评因子对水体环境质量影响的大小，为了突出各参评因子对湿地水质贡献的程度，采用污染贡献率计算方法求单因子权重系数，计算式为

归一化权重分配矩阵为

表3 辽河口湿地水质评价权重计算结果Table 3 Calculation results of assessment weight for wetland water quality

2.2.4 模糊综合评判结果

在确定了模糊关系矩阵R与权重分配矩阵A之后，考虑到各个评价因子都对评价结果起作用，采用相乘相加法进行A与R的模糊关系合成计算［9］，即M（·，＋）得到辽河口湿地水质的模糊综合评判结果，即模糊子集B（B＝A◦R）.

maxbj＝0.721，表明采样点T1的湿地水环境质量综合评价结果为Ⅴ，水质污染较为严重.相同方法计算其他16个采样点的水质综合评价模糊子集，结果见表4.模糊综合评价结果显示，辽河口湿地所有17个采样点的水环境质量较低，水质污染较为严重.

表4 辽河口湿地水质模糊综合评价结果Table 4 Results of water quality assessment based on fuzzy comprehensive evaluation method

3 结 论

辽河口湿地水质大多数样点COD和TN超标严重，TP、NH3-N和重金属（Cd、Pb、Cu、Zn）含量优于Ⅲ类标准.基于各单项超标倍数的累计频率，遴选出COD、TN、NH3-N、TP、Cd和Pb作为参评因子，采用模糊分布曲线中的“梯形分布”确定各个元素的隶属度，并采用污染贡献率计算方法计算单因子权重系数，评判结果表明辽河口湿地大多数样点水质级别为Ⅴ，水环境质量较差.

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Water Quality Assessment of Liaohe River Estuarine Wetland based on Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

YANG Jisong1，2，CHEN Hongliang1，WU Hao1，LI Xinxin1，HU Xiaojun1

（1.Key Laboratory of Regional Environment and Eco-Remediation（Ministry of Education），Shenyang University，Shenyang 110044，China；2.Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment of Chinese Academy of Sciences，Northeast Institute of Geography and Agroecology，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130012，China）

Water quality of Liaohe River estuarine wetland in July 2009was evaluated based on fuzzy comprehensive evaluation method.The examined results of 17water samples showed that COD and TN concentrations of most samples exceeded classⅣof Environmental Quality Standards for Surface Water，and TP，NH3-N and heavy metals including Cd，Pb，Cu and Zn better than classⅢ.Except for Cu and Zn，six factors were selected to be evaluated from all examined index by statistics method.The weighting coefficient for each factor was calculated by its pollutant contribution to water quality.Fuzzy comprehensive evaluation results showed that water quality grade of the most samples wasⅤand water environment quality was bad.

Liaohe River estuarine wetland；water quality assessment；fuzzy comprehensive method；evaluation factors

X 824

A

1008-9225（2012）03-0005-04

2012-02-12

国家科技支撑计划课题（2011BAJ06B02）；国家水体污染控制与治理重大专项课题（2008ZX07208-009-005）；中国科学院湿地生态与环境重点实验室开放基金（WELF-2009-B-004）.

杨继松（1978-），男，山东成武人，沈阳大学副教授，博士；胡晓钧（1977-），男，浙江淳安人，沈阳大学教授，博士.

王 颖】