渤海湾天津海区渔业生态环境质量评价

王娟娟　张素青　王宝峰　王秀芹　王德兴　张丹娜　张亚楠

摘要：根据2020年5月、8月的水质调查数据，运用熵权模糊综合评价法，对渤海湾天津海区环境质量进行评价。结果表明：渤海湾天津海区水质维持在一个较好的状况。渤海湾入海口附近海域水质状况较其他区域要差，近岸的污染物浓度较外海浓度高。生物学评价表明，调查海区生境质量整体较好，但物种丰富度较低，群落结构比较脆弱。

关键词：渤海湾;渔业;生态环境;模糊综合评价

中图分类号：X824

渤海湾三面环陆，毗邻河北、天津以及山东的陆岸。渤海湾面积为1.59万km，约占渤海面积的五分之一。渤海湾底部由岸边向海湾中缓缓加深，平均水深12.5 m。天津市海岸为冲积平原海岸，滩涂地势平坦，坡度小，潮间宽;平均宽度约为3 500 m，海涂面积约为360. 6 km[1]。渤海湾不但是海洋基础饵料的生产地，而且也是鱼、虾、贝、蟹的洄游、索饵、产卵的良好区域。

近些年来，在我国经济社会的飞速发展和城乡格局变化的双重影响下，人类活动对环境的影响越来越大。渤海湾沿岸区域经济比较发达，它承载着来自京津冀等环渤海地区的排水， 该海区也面临着巨大的生态压力。天津市辖区范围内，分别有蓟运河、永定新河、潮白新河、海河、独流减河、青静黄排水渠、北排水河、沧浪渠和子牙新河等9条入海河流，这些河流携带着大量有机物、营养盐以及其他污染物。据文献记载，渤海湾每年大约承载1亿吨来自京津冀等环渤海地区的废水[2]。渤海湾为典型的半封闭海湾，与外海水交换能力差，导致一些污染物质累积，加剧了渤海湾的污染。

目前，水质评价的方法较多，主要有单因子评价法、模糊综合评价法、综合指数法、灰色聚类法、人工神经网络模型等。由于受到诸多因素制约及自身评价方法的不足，各有优缺点。比如单因子评价法一目了然，操作方便，但是一票否决制的实施无法处理水环境中复杂的内在关系[3]。在综合指数法中，权重不易确定，没有考虑水质不同级别的界限具有模糊的特性[4]。灰色聚类法运用了灰色系统理论，对于白化函数的选择和聚类权重的确定具有主观性，且传统的灰色聚类方法计算繁琐。人工神经网络模型需要的样品数据较多，且神经网络结构因不同的人操作而有所差异。事实上，水体环境是由多种介质的多重关系构成，包含大量的污染因子和可变因素，具有较高的综合性、复杂性和可变性。近年来，模糊综合评价方法在水质综合评价中得到较为广泛的应用[5-7]，该评价方法采用模糊數学理论，将水质评价参数和水质评价原理相结合，得到更加科学合理的评价结果。

本研究通过对渤海湾天津海区环境进行调查，基于模糊数学原理建立熵权模糊综合评价法，并应用该方法对渤海湾天津海区进行了水质综合评价，摸清此水域受污染状况，以期为该水域渔业生态环境的保护和渔业健康发展提供数据支撑，为食品安全提供保障工作，同时为增殖放流和海洋牧场的建立提供智力支持。

1采样与分析方法

1.1调查时间与范围

研究区选择在渤海湾天津海区，具体位置为东经117°46′44″～118°02′00″，北纬38°37′02″～39°07′01″，共设置监测站位12个。每个站位分别在5月份（枯水期）和8月份（丰水期）进行两次监测。监测具体位置见图1。

1.2监测项目与检测方法

依据海洋调查规范GB 12763.1-2007[8]进行样品采集。

无机氮、活性磷酸盐、化学需氧量、石油类、悬浮物、锌、铅、镉的检测方法依据《海洋监测规范》 GB 17378.4-2007[9]执行。浮游植物、浮游动物的检测方法依据《海洋调查规范》 GB/T 12763.6—2007[10]执行。

1.3评价方法

水化因子采用熵权模糊综合评价法对渤海湾天津海区的水质质量进行分析评价，生物评价采用多样性指数等进行评价。

1.3.1熵权模糊综合评价法的建立熵权模糊评价法是一种相对客观的评价方法，根据评价对象在各评价指标上的值的相差程度，根据有效数据计算各项指标的熵权，再通过熵权校正各指标的权重，最终得到一种较为客观的指标权重。某评价对象在某一评价指标上的值相差越多时，其熵值越低，表明该评价指标所提供的有效信息越大，该项指标的权重也就相应地越大。反之，当某评价对象在某一指标上的值相差越少，其熵值越高，表明该评价指标提供的有效信息越少，其权重也就相应越小[11]。

1.3.1.1评价因子集的建立假设评价指标中参与评价的m个水质指标的实际测定浓度结果组成的模糊子集为：

U={x，x，x，…，x，…，x}，其中，x为评价参数i的实测结果。

1.3.1.2模糊评价集的建立每一个被评价的对象所有会获得的评价结果的集合即为评价集，环境质量的评价集即m个水质指标相对应的n个水质评价标准等级的集合，可表示为：

V={V，V，…，V，…，V }，其中，V为评价参数x的n个评价标准等级。

依据海水水质标准（GB 3097-1997）[12]，海水水质分为4类水体，因此，确定该评价集为C={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}。海水水质指标评价等级标准见表1。

1.3.1.4模糊关系矩阵的建立在U和V都确定完成之后，通过对每个污染指标进行评判，得出各个污染指标与各个评价标准之间的模糊关系，从而建立模糊关系矩阵R：

1.3.1.5权重的确定对原始矩阵进行数据的标准化处理，从而使各指标处于同一数量级，得到：R=（rij）m×n。

1.3.1.6熵值的确定在评价指标和评价对象分别为m和n的评价体系中，第i个指标的熵定义为：

1.3.1.7熵权的确定在熵值的定义基础之上，对第i项指标进行熵权的定义，即：

1.3.2生物评价方法Shannon-Wiener多样性指数[13]、Margalef种类丰富度指数[14]、Pielou均匀度指数[15]用于评价浮游生物群落的多样性水平，反映水环境的污染状况。公式如下：

2结果与分析

2.1监测水域水质检测结果与评价

2.1.1水质检测结果渤海湾天津海区各站位5月份和8月份水质检测平均值如表2所示。

2.1.2渤海湾天津海区水化指标的模糊评价结果R为渤海湾天津海区监测指标的模糊关系矩阵。各监测站位检测结果的隶属矩阵由各项评价指标的隶属度函数得到，例如渤海湾天津海区KF23站位隶属矩阵如下：

2.2生物评价结果

2.2.1浮游植物评价结果监测到的浮游植物分属硅藻门、甲藻门，共24种，其中：硅藻门21种，甲藻门3种。5月浮游植物密度范围为（9 000～38 588）cells/m，8月浮游植物密度范围为（32 000～1 632 941）cells/m3。5月份Shannon-Wiener多样性指数范围为1.685～2.447，平均值为2.120。8月份监测多样性指数范围为1.594～2.623，平均值为2.20。表明该海区浮游植物生境质量一般，表现为轻度污染。5月份Margalef种类丰富度范围为0.226～0.539，平均值为0.347。8月份种类丰富度范围为0.255～0.489，平均值为0.360。表明该海区浮游植物群落结构比较脆弱，物种丰富度较低。5月份Pielou均匀度范围为0.729～0.934，平均值为0.839;8月份均匀度范围为0.616～0.900，平均值为0.753。表明该海区浮游植物个体分布较为均匀，生境质量为轻污染或无污染。

2.2.2浮游动物评价结果监测到的种类分属于4个类群16种。其中毛颚类1种，桡足类6种，水母类3种，幼虫类6种。5月份生物量范围（1.67～1 990.45）mg/m，8月生物量范围（0.94～2 084.86）mg/m。5月份Shannon-Wiener浮游动物多样性指数范围为0.620～2.541，平均为1.855。8月浮游動物多样性指数范围为1.171～2.858，平均为2.268。表明该海区浮游动物生境质量一般，表现为轻度污染。5月份Margalef种类丰富度范围为0.283～1.562，平均为1.088;8月份种类丰富度范围为0.813～1.971，平均为1.336。表明该海区浮游动物群落结构也比较脆弱，物种丰富度较低。5月份Pielou均匀度范围为0.469～0.855，平均为0.670;8月份监测均匀度范围为0.417～0.953，平均为0.804。表明该海区浮游动物个体分布较为均匀，生境质量为轻污染或无污染。

总而言之，渤海湾天津海区生态环境处于良好的状态，对于渤海湾天津区域渔业发展具有重要的支撑作用。2018年以来，为贯彻落实中共中央、国务院《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》，天津市政府加大了渤海湾天津海区生态环境修复和渔业资源养护的力度。近几年，天津市渔业主管部门在放流传统经济物种、净水品种的基础上，围绕海洋牧场建设，开展了贝类增殖、趋礁鱼类增殖，同时为进一步保护珍稀濒危物种，开展了松江鲈鱼放流工作。渤海湾天津海区生态环境质量和渔业资源量均有所提高。

3结语

本研究中污染相对严重的区域在渤海湾入海口附近海域，近岸的污染物浓度较外海浓度高，监测所在位置海水流动性较差，难以海水的水动力作用使海水得到净化，与海洋功能区规划中的排污口以及排污口外海区基本吻合。

研究表明，通过熵权模糊综合评价方法对渤海湾天津海区进行评价，较为全面客观地反映了渤海湾天津海区水质状况。近些年来陆源污染防治对改善渤海湾海水污染起到了明显的效果。今后一段时间，控制陆源污染排放仍是海洋污染防治工作的重点。

生物学评价表明，渤海湾天津海区生境质量整体较好，但物种丰富度较低，群落结构比较脆弱。

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for the sea area of Bohai Bay in Tianjin

WANG Juanjuan， ZHANG Suqing， WANG Baofeng，

WANG Xiuqin， WANG Dexing， ZHANG Danna， ZHANG Yanan

（Tianjin Agriculture Eco-Environmental Monitoring and Agro-product Quality Testing Center， Tianjin 300221， China）

Abstract：Based on data of water quality collected from the sea area of Bohai Bay in Tianjin in May 2020 and August 2020， the environmental quality was assessed using the entropy weight fuzzy synthetic evaluating method. The results showed that the water quality of Bohai Bay in Tianjin maintained in a good condition. The water quality of the estuary was slightly polluted than other area， and the pollution in the offshore area was higher than the open area.The biological assessment indicated that the habitat quality was well in the investigated area， but the species richness was low， and the community structure was slightly vulnerable.

Key words：Bohai Bay; fishery; eco-environment; fuzzy synthetic evaluating method