基于模糊综合评价法的军山湖水环境质量评价

基于模糊综合评价法的军山湖水环境质量评价

万会平张燕萍邓勇辉章海鑫陶志英王海华陈文静

(江西省水产科学研究所，南昌 330039)

摘要：采用模糊综合评价法对江西省军山湖水质现状进行评价。利用2013年5月—2014年3月军山湖15个位点水质周年实际监测数据，确定5个指标(DO、CODMn、NH3-N、TN、TP)作为评价因子，建立评价矩阵，计算出影响因子的权重，最后对军山湖水质现状进行综合评价。结果发现，军山湖水质总体状况良好，各监测月份的水质状况达到Ⅰ类水或Ⅱ类水，其水生态环境适合长江江豚的栖息。

关键词：军山湖；模糊综合评价法；水质评价

收稿日期：*2015-4-30

中图分类号：S932.8

文章编号：1006-3188(2015)02-0015-03

军山湖位于江西省南昌市进贤县北部，东经116°01′15″ ~ 116°33′38″，北纬28°09′41″ ~ 28°46′13″。它北起泸浔渡，南至乌石坑，东到钟陵桥，西止涂家汊，南北长25km，东西宽5km，最宽处达16km，水面为32/21334ha，流域面积为615.5km2，蓄水量近12亿m3。军山湖居鄱阳湖之南，历史上鄱阳湖的一部分，是白鱀豚和长江江豚的栖息地，1958年修建军山湖大堤后形成了相对独立的一个湖泊。其东面有信江，南部为进贤县城，西面有青岚湖和抚河，北面为金溪湖。丰水期，可通过闸门实现与鄱阳湖的水体交换，枯水期，则可以有效地控制湖内水位。由于军山湖被列为饮用水源地保护区，周边的经济活动得到了有效控制，主要的涉水活动为取水灌溉、渔业捕捞和少量的生活污水排放，水质保持良好。

长江江豚是长江淡水生态系统的顶级生物，它也是长江生态系统健康与否的重要指示物种，主要分布在长江中下游干流及洞庭湖和鄱阳湖中。2012年长江淡水豚考察结果显示，目前长江江豚的种群数量约为1040头，其中长江干流仅有505头，鄱阳湖约有450头，长江干流2006至2012年间种群的年均下降速率达到了13.73%，未来五年内干流江豚的种群数量将会下降到250头以下[1]。中国科学院水生生物研究所基于目前种群数量及下降速率预测，长江江豚极可能在未来15年内灭绝。为了最大限度地保护长江生态环境，保护长江水资源，保护长江水生生物多样性，提出加大力度、加快速度推进长江江豚迁地保护的建议。在农业部委托中国科学院水生生物研究所起草了《长江江豚拯救行动计划》中提出，江西南昌进贤县军山湖是首批选定的迁地保护基地候选区域，为此江西省农业厅及进贤县县委、县政府高度重视长江江豚的保护，全力支持在军山湖建立长江江豚迁地保护基地。为了给军山湖建立长江江豚迁地保护基地提供基础数据，本文采用模糊综合评价法[2-4]对军山湖水质状况进行整体评价。

1　评价数据来源

数据来源：结合监测湖泊的进出水口、湖叉、水草区、敞水区、养殖区等因素在军山湖布设监测位点15个(见图1)，从2013年5月开始每2月采样监测一次，监测一周年。按《水和废水监测分析方法》[5]中规定方法进行监测与分析，监测结果见表1。

图1　军山湖湖面监测位点图

指标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

模糊综合评价法是通过建立评价指标级、评价级、隶属函数和权重级实现对各个样本的质量等级进行综合评价[6-8]。

2. 1确定评价指标

根据军山湖2013年5月～2014年3月的水质特点和监测数据，本文选取5个主要因素U= {DO，CODMn，NH3-N，TN，TP}适合应用模糊综合评价法进行评价。所有评价指标分为正向指标和负向指标两种，其中正向指标的环境因子有DO；负向指标的环境因子有CODMn、总氮、总磷以及氨氮。

2.2建立评价集

依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[9]，将地表水水质分成了五类，故确定评价集为:V= {Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，各等级的标准见表2。

表2　地表水环境质量标准(GB3838-2002)

2.3建立模糊关系矩阵R

根据各个评价因子的隶属函数及其实测值，求出各月份各平价因子对于各级水的隶属函数矩阵，例如5月份的模糊关系矩阵为

7月、9月、11月、1月及3月的模糊关系矩阵可按同样方法得到，在此不逐一列出。

2.4确定各评价因子的权重

权重是衡量评价因子集中某一因子对水质污染程度影响相对大小的量，权重系数越大，则该因子对水质的影响程度越大。可以用评价因子贡献率的方法确定权重向量，通过计算超标比来计算权重值。根据各评价因子的超标比可计算出各个月各评价因子的权重值，进行归一化处理后所得结果如表3所示。

表3　评价因子权重值归一化结果

2.5水质模糊综合评价

将2.3节所得的各单因素模糊关系矩阵[R]和2.4节所得的权重集W代入B=W·R建立的模糊综合评价模型中进行计算，得到模糊综合评价集B。依据评判结果，取y=max(vi)(i=1,2,3,4….m)，即矩阵B中最大值对应的等级，得到评价军山湖水质相应的评价等级。军山湖各监测月份的模糊综合评价结果如表4所示。

表4　军山湖各监测月份水质的模糊综合评价结果

结果发现，军山湖2013年5月、11月以及2014年3月水质的各断面平均值属于Ⅰ级，2013年7月、9月以及2014年1月水质的各断面平均值属于Ⅱ级，军山湖各监测月份的水质状况达到Ⅰ类水或Ⅱ类水，水质总体状况良好，适合长江江豚的栖息。

在影响军山湖水质的各指标中，通过对权重的计算可以看出污染物总氮(TN)对水质的影响程度相对较大，其权重和在各监测断面中均超过了50%，说明水体中的主要污染物为总氮，这与军山湖的水质污染实际情况完全相符。

3　讨论

南昌大学吉晓燕(2011)2009-2011年结合军山湖实际情况，并综合多种因素对军山湖的枯水期、平水期和丰水期水质进行了监测，并采用综合污染指数法对军山湖枯水期、平水期和丰水期的水质类别评价为轻度污染、影响和轻度污染；全年水质现状为轻度污染，影响污染程度不大，加强控制水质级别即可由“轻污染”转化为“影响”[10]。江立文等(2012年)也利用2010年军山湖的监测数据，采用综合营养状态指数法对其水质进行了评价，结果表明军山湖综合营养状态指数为34.31，为中营养化湖泊[11]。

本文采用模糊综合评价法对军山湖2013年～2014年水质评价结果表明，军山湖各监测月份间水质存在差异，但总体状况良好，达到Ⅰ类或Ⅱ类水；由权重计算可知，总氮为军山湖首要污染物，其次为总磷、氨氮。军山湖流域主要以丰富的农业资源为基础，水面特色养殖和“绿色”作物种植的生态农业经济为主，其污染物主要来源于农业种植业流失、水产养殖污染以及城镇和农村生活污染等。因此，有必要进一步加强生活污水集中处理的力度和控制农业面源污染，减少氮磷营养污染物总量，切实提高军山湖水环境质量，确保长江江豚保护基地水环境质量良好，符合其生存与繁衍的生态环境要求。

参考文献：

[1]梅志刚. 长江江豚种群动态及变动趋势的研究(博士学位论文)[D].武汉：中国科学院水生生物研究所,2013.

[2] 贺仲雄.模糊数学及其应用[M].天津:天津科技出版社,1983.

[3] 陶涛,孙世群,姜栋栋等. 模糊综合评价在巢湖水质评价中的应用[J].环境科学与管理, 2010,35(12): 177~180.

[4] 张生,李畅游,梁喜珍等. 基于模糊综合评价法的内蒙古达里诺尔湖水环境质量评价[J]. 中国工程科学, 2010,12(6):28~31.

[5]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002.

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[7] 陈晓宏,江涛,陈俊和.水环境评价与规划[M].广州:中山大学出版社, 2001.

[8] 李祚泳,丁晶,彭荔红.环境质量评价原理与方法.北京:化学工业出版社, 2004.

[9]中华人民共和国国家环境保护总局.地表水环境质量标准(GB3838-2002)[S].北京:中国环境科学出版社,2002.

[10] 吉晓燕. 军山湖入湖污染负荷及水环境容量研究(硕士论文)[D]. 南昌:南昌大学, 2011.

[11] 江立文, 陈杨,林暾等. 江西省中小型湖泊水体营养状态评价及其驱动因子研究[J].环境工程技术学报, 2012,2(4): 303~308.