两种湖库营养状态评价方法的探讨

谢苏蕾

(广东省水文局惠州水文分局，广东 惠州 516003)

湖库富营养化是指湖泊、水库水体在自然条件和人类活动等因素的影响下，过量的氮、磷等植物营养物质输入水体，导致水体营养过剩，从而出现水生生物(主要为藻类)大量繁殖，水体恶化的现象。近年来，广东省湖库水体富营养化问题日趋突出，成为影响供水安全的主要因素。为了及时有效地了解和防治水体富营养化，不但要对富营养化指标进行实时监测，还要对水体的营养状态进行评价，只有评价结果准确，才能为水体富营养化的防治措施提供科学依据[1]。

模糊数学方法自美国1965年提出以来，已经有许多人将其成功地应用在水质评价中[2]，其中应用在水体富营养化评价中的研究较少。近年来以数理统计为基础的模糊综合评价法在富营养化评价合理性上体现出了极大的优势[3]。本文通过介绍及应用模糊综合评价法，对惠州市10宗湖库进行富营养化评价，并将评价结果与营养状态指数法进行比较分析，以期验证模糊综合评价法在富营养化评价应用中的可行性和合理性，为湖库的管理治理提供有效的决策依据。

1 评价方法介绍

本文用到的方法有模糊综合评价法[2]和营养状态指数法[4]。为与营养状态指数法进行合理比较，采用一致的湖库营养状态评价标准及分级方法(见表1)，均选取总磷(TP)、总氮(TN)、叶绿素a(Chl-a)、高锰酸盐指数(CODMn)、透明度(SD)5个指标进行评价。

表1 湖库营养状态评价标准及分级方法

1.1 模糊综合评价法

根据实际监测数值X建立各参数对各级标准的隶属度集R：

(1)

式中Yij为第i种评价因子对第j级的隶属度。

然后采取常用的超标污染贡献率法计算各评价因子的权重系数Wi：

(2)

式中Xi为第i种评价因子实际监测值；Si为第i种评价因子各级标准值的算术平均值；n为评价因子个数；Wi为第i种因子的权重。

由此计算出各污染物的权重，构成矩阵：

(3)

最后对上述隶属度矩阵R和权重矩阵A进行模糊复合运算：

(4)

其中Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分别表示该水库对贫营养，中营养，轻度富营养，中度富营养，重度富营养状态的隶属度，结果取最大的隶属度值判定其营养状态等级。

1.2 营养状态指数法(EI)

首先采用线性插值法参照表1将各项水质评价项目浓度值转换为赋分值En；然后取5个评价项目赋分值的平均值为营养状态指数EI；最后参照表1根据营养状态指数EI确定营养状态等级。其计算公式为：

(5)

2 评价方法的应用

2.1 评价样本

结合广东省水文水资源监测中心惠州分中心的现有数据情况，本文对惠州市内10宗湖库2013—2018年的营养状态进行评价，湖库基本信息见表2。9宗水库主要有供水、灌溉、防洪、发电等功能，全部为城镇供水，且主要为生活用水[5]。

表2 惠州市10宗湖库基本信息

2.2 评价结果及分析

本文用数字1～5分别表示各个营养等级，如表3所示。惠州市内10宗湖库2013—2018年的营养等级结果如图1～5所示。

表3 营养等级与表示数字

图1 庙滩水库2013—2018年营养等级

图2 角洞、招元、观洞、梅树下、黄山洞、

图3 红花湖水库2013—2018年营养等级

图4 黄坑水库2013—2018年营养等级

图5 西湖2013—2018年营养等级

根据图1～5可知，模糊综合评价法的评价结果大多数高于营养状态指数法，而西湖的两种方法的评价结果一致，庙滩水库的模糊综合评价法的结果低于营养状态指数法。结合广东省水文水资源监测中心惠州分中心2013—2018年的湖库水质情况调查资料[6]分析，模糊综合评价法的评价结果更符合实际，并可以达到水华预警作用，较营养状态指数法具有优势。

3 结语

综上，营养状态指数法在计算营养状态指数EI时取各评价项目赋分值的算术平均值，这容易掩盖单项高浓度污染物对EI的贡献。模糊综合评价法即考虑了营养状态级别划分的模糊性，也考虑了不同评价因子对水体富营养化的影响权重，评价结果与所研究湖库的实际水质情况更吻合。因此，较营养状态指数法而言，模糊综合评价法的数据更加连续，评价结果更具代表性。针对模糊综合评价法的特点，并结合上述研究结果可知，对于出现单项高浓度污染因子的湖库水体，可选用模糊综合评价法，更能客观反应湖库营养状态的实际情况，有助于相关管理者做出科学决策。但因水华现象的发生较罕见，本文验证材料略显不足，有待今后进一步补充验证。