基于模糊数学的鹤泉湖水质评价研究

李小宇　钟艳霞 杨丽芳

摘要

由于传统混合样品分析难以体现水体实际污染状况，因此清晰准确的水质空间分布研究将有利于开展细致的水环境管理。而模糊数学评价法具有准确性好、操作简单的优点，能够解决水质评价中存在的评价结果难于量化、人为分等定级影响评价结果等问题。因此，利用模糊数学的基本原理，建立水质监测的模糊评价模型，对鹤泉湖开展水质评价。结果显示，从单因子权重方面看，TP和COD是影响鹤泉湖水质的主要因素；从总体上看，鹤泉湖水质介于III类和IV类之间，可以作为休闲娱乐用水区域；多点位综合分析发现，鹤泉湖水质存在一定空间分布，不同区域的水质状况并不一致。

关键词鹤泉湖；水质评价；模糊数学；空间分布

中图分类号S181.3文献标识码A文章编号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

水質评价作为水环境管理的重要依据，被广泛应用于水环境中。湿地水环境质量是衡量湿地生态系统健康水平的重要指标，在湿地生态系统健康评价中备受关注[1]，国内已经开展了大量对各类型湿地水质的评价研究，如对滨海湿地[2]、湖泊[3]和河流[4]等水体的水质进行了评价研究。而可靠的水质评价结果，一方面取决于监测数据的准确性；另一方面依赖于评价方法的科学性，评价方法不同，评价结果往往存在较大的差异[5]。模糊综合评判法不仅综合考虑了水体污染程度由轻到重逐渐变化的模糊特性，而且还可以获得科学、合理的水质评价结果[6-9]。所以，模糊综合评判法在天然水体的水质评价中被广泛应用。

近年来，由于鹤泉湖旅游业的发展，湖泊水质有一定的下降，为正确、全面了解鹤泉湖的水质状况，避免单点位湖泊水质分析的片面性，明确湖泊水质时空分布的特征；同时为保护鹤泉湖湿地、实现湿地生态系统健康恢复和发展提供依据，笔者采用了模糊综合评价法对永宁县鹤泉湖开展多点位、多指标的水质空间分布分析。

1材料与方法

1.1研究区概况

鹤泉湖位于银川市永宁县城东北2 km，109国道与观湖路交界东侧1.5 km处，北距银川市18 km，东临黄河2 km，湖区净水面积26.7 hm2。湖区丰水期面积200 hm2，枯水期面积30 hm2，平均水深1.9 m，最深处达4 m，湖底为黑色淤泥，水体pH为8.0～8.7，偏碱性（冰封期除外）。鹤泉湖平均海拔高度1 096 m，属中温带荒漠草原气候带，具有典型的大陆性气候特征，年平均降雨量202.4 mm，年平均蒸发量1 785.7 mm，年平均气温8.1 ℃，年平均无霜期166 d，年平均日照2 866.7 h，冰封期120 d左右。 作为银川市重要的湿地公园之一，鹤泉湖为水生生物提供了良好的生境。该地区盛产野鸭、水鸟及各种鱼类，生态环境良好。浮游动物和底栖动物丰富，水生植物主要为沉水植物和挺水植物，湖中有大量的芦苇丛，各生物群落镶嵌构成了鹤泉湖独特的景观。

1.2采样点的布设与采集

采样时间为2013年9月，使用简易采水装置采集水样，用聚乙烯塑料桶储存水样。根据湖面水生植物分布特征选取23个采样点（由于21、24号位点与该区其他点位的监测值相差悬殊，因此在图中删除了这2个点位），并把这23个点分为码头区、湖泊主体水域、湖泊外围渠系和廊道，具体分布情况见图1。现场测定水温、pH，采集完水样现场固定后，尽快送回实验室进行水样的预处理，水样在运输过程中应避免震动和碰撞。

1.3测定指标与方法

根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），选用了化学需氧量（COD）、氨氮（NH4+N）、总磷（TP）作为评价鹤泉湖水质的重要指标。其中，水样COD的测定选用重铬酸钾法；NH3N的测定采用纳氏试剂分光光度法；TP的测定采用钼酸铵分光光度法。

2 水质评价

模糊数学法在水质评价中的应用分为模糊聚类分析法和模糊综合评价法。模糊综合评价法是根据给出的评价标准和实测值，经过模糊变换，对评价对象给出总的评价结果的一种方法。在评价中，找出影响水质的各主要因素，确定评价因子集、评价集、隶属函数，然后通过计算各因素的权重和隶属度，得到综合隶属度，最终确定水质类别[10-11]。