基于物元分析法的地表水水质评价与生态化治理对策

李靖媛

摘要：由于传统对于地表水评价与生态化治理的方法不能有效评价水质情况，导致水质污染不能被及时发现，周边生态环境问题不佳，景观观赏性较差，研究基于物元分析法的地表水水质评价与生态化治理对策，通过对地表水指标监测获取水质参数，再结合物元法分析评价地表水水质结果，通过河道拦污工程进行生态化治理来完成对于地表水水质评价与生态化治理。实验结果表明，运用本文方法后的水质评价准确率达到95%，生态化治理情况良好。

关键词：物元分析法；地表水；水质评价；生态化治理

近年来，我国对地表水环境质量监测和评价的工作正如火如荼地开展，对生态化治理问题非常重视。对于地表水的水环境状况，通过水质监测与评价实现监测的自动化，可做到及时掌握水质状况，对污染提前预警，全面客观评价水质状态。通过自动化信息数据的显示，加强了对水质问题评价的科学性和客观性，避免由于主观原因而导致的污染问题解决滞后[1]。然而，现如今由于长期对于河道缺乏妥善治理，淤泥沉积严重，个别河段的水质等级低下，景观性较差，严重影响市民的生活，有损城市形象。因此，现阶段通过选取地表水水质评价作为研究对象，运用物元分析法技术，结合实际情况展开实验和分析。

1    地表水水质评价与生态化治理对策

1.1 地表水指标监测

将地表水按等级高低依次划分为五类，按水域环境和保护目标，对断面进行监测，部分地表水环境质量标准项目标准限值如表1所示。

5 农业灌溉区及景观水域

选择监测数据较为完整的溶解氧、高锰酸盐指数等水质指标进行水质分析，其中地表水环境质量标准极限值，如表2所示。

按照枯水期、平水期、丰水期三个水文时期对流域各监测站水质参数进行统计分析，枯水期平均含量大于平水期和丰水期，说明降水量对总磷含量造成影响的程度大，且可能与这两种水质指标含量呈正比[2]。溶解氧在枯水期存在高度变异的状态，但在相对两种区域内溶解氧均不高，表现为低度变异，说明降水量减少可能会加强溶解氧含量的空间问题。

1.2 物元分析法评价地表水水质结果

地表水生态物元P=（R，X，Y），其中物元分析中描述对象地表水为R，指标为X，指标量值为Y。若存在m个水质对象，若水质数据有k个指标，则m个k维物元构成了m维复合物元为：

公式（1）中：为第个指标中的第个事物。指标实测值也算在其中[3]。生态环境评价的域物元矩阵可表示为：

生态系统的生态评价的节域物元矩阵为：

公式（3）中：P为节域物元；为节域物元中关于指标的量值范围，表示为。确定关联函数为：

公式（4）中：表示为第项指标对应第级的关联度。待评价对象关于等级的综合关联度为：

公式（5）中：Zi为每个评价中的权重。选择kpj，则之后评价对象设定为第j等级。k值较大意味着该评价对象在设定的等级中不活跃[4]。k值较小说明该评价对象存在一定的减少等级k值的变化方向。对于评价函数等级的门槛值Pt，权系数为：

若k值在所有等级中均为正值，则表明评价对象等级在设定标准等级之外，并向最小k值完成变化。数值越大，说明等级的相关属性越少，在一定条件下，可以转化为符合要求的对象，根据转化程度的容易与否，来确定水质结果。

1.3 河道拦污生态化治理

传统方法的运行成本过高，且其在防洪过程中的管理存在问题，使得蓄水功能降低[5]。针对这种情况，本研究通过在生态治理工程中应用蓄水建筑物来进行河道拦污。

建设三座蓄水建筑物，挡水高度为2 m，河道常年保持蓄水状态，并将水深控制在一定范围内。枯水季节时落下水闸，提高上游的水位，用于满足流域内水利发电的需求。在洪水期打开闸门，确保閘门中水位在规定的水位下方，同时实时控制水量，来保证下方的水流经过后的安全问题。在改变上流水位时，将闸顶调整相应高度，高度定为3 m、长度定为50 m。这样的蓄水建筑物可以减少洪水冲击周边建筑，不仅造价低，还有利于在抗洪中发挥作用。

此外，还设置了安全观赏的标准线，并通过栽植建立植被护岸。护岸可以提升周边生态功能的自净能力。在加固岸坡时，考虑工程的安全、经济和环境问题，运用相对应的材料需要对自然原料的比重、生态护岸的种类、特性和应用范围属性有充分的认识，具体如表3所示。

生态护岸纵坡为0.052 m左右，底宽20 m，下开口为30 m，通过砂砾泥石设置石墙来进行遮挡[6]。持续对断面进行优化和考量。河道断面有四种断面方式，为了保证安全，要保护河道周边的天然生态环境，降低断面处理对周边生态的影响，具体断面的形式和特点如表4所示。

修复水生态需要提高水质，对河道拦污是提高河流水质的主要举措，对河道内的水域进行淤泥清理，经过河道整治蓄水和注水后，通过水生态来完成代谢和降解[7]。同时需要多空间对绿化问题进行设计，运用景墙和雕塑石等景观元素丰富景观，提高沿岸植被多样性。

2    实验测试与分析

2.1 实验区概况

水质监测数据来源于辽宁省阜新生态环境监测中心，不同水体功能区分别设置一个监测断面，在断面布施位置中选择适宜的地点进行采样，利用参数在条件允许时实现多功能监测，水系较大的支流需要在入河口和入海口处设置监测断面。根据实际情况设置控制断面，径流量的绝对值小于总径流量的75%。选取优质采样点对水质数据进行采集。包括2019—2021年城区内的断面数据，具体情况如表5所示。

对每一种水质参数设定对应数据集，包含5种评价等级，每一种评价等级都有样本，共有500种样本。选取500种样本作为训练集，对数据进行归一化处理：

公式（7）中：为第种因子的第条数据，其中为最小值，为最大值。归一化处理后可以减少外部环境对于训练结果的影响。在500种样本训练集中随机选取110个水质样本作为实验测试数据。

2.2 地表水采集

采集河流表层水时，选用的容器需直接将中层的河水采集起来，避免采集河流底部的沉积物。在采集河流横截面的中部流水时，可用绳子系住水桶或采样瓶，在桥中间投入水中汲水，同时保证未混入漂浮杂质，必要时可对水样进行过滤后再存于离心管中。为保证采集到的水样不受容器污染，水样装入样品容器前，采集须测定油类物质的水样时则无须冲洗。每采集一个水样，都要使用便携式定位仪准确记录采样点位置，制作专用采样登记表，仔细填写。用标签纸记录每一个水样的编号、经纬度位置、日期、需测定项目等，河水的透明度等应及时进行测定；要确保水样静置20 min后，在距离水面6 cm以下的位置吸取水样，并加入指定浓度和用量的保存剂保存，对于氟化物等项目的水样要单独采集。根据需要测定的不同项目，做好实验时间安排，确保所有项目都在水样保存期内监测完成。

2.3 实验结果与分析

设置三个实验小组，实验组运用本文方法，其他两个实验小组运用传统方法，为获得数据集评价结果准确率而展开实验。具体结果如图1所示。

根据图1结果可知，在水质样本数量为110个时，传统方法1组和2组水质评价结果的准确率都低于95%，且传统方法2组的准确率是三组里最低的。而采用本文方法得到的水质评价结果准确率比两种传统方法都要高，且准确率达到了95%。由此看来相对两种传统方法的实验组来说，使用本文方法可以对水质结果进行准确而有效的评价，从而能更好地实现对地表水的水质问题的优化。具体生态化治理后的结果如表6所示。

进行综合治理后，河道生态环境明显改善，保证了水质的干净无污染，生态景观效果良好，增加了河道生物体系的多样性，实现了生态化有效治理。

3    结语

本次研究从物源分析法入手，探究了地表水水质评价方法，并设计了有效的生态化治理对策。在研究过程中发现，根据总磷、溶解氧等不同水質指标对地表水体进行有效监测，可以总结水污染特征并准确测定水质，有利于后续的监测和优化。此外，在河道拦污生态化治理中，若想修复水生态，需要提高水质，而在河道处实施拦污是提高河流水质的最基本举措，拦污项目配合河道整治蓄水和注水，通过水生态来完成代谢和降解也是提高水质的一种补充措施。

尽管本文方法取得了一定的应用效果，但是还存在一定的不足，比如对主要成分分析测定的不完善，对采样数据和标准等级的限制过于单一，使用的实验药剂存在不匹配等问题。在今后的研究中，应更加完善计算，通过对物元分析法的不断完善，保护周边生态环境，对水质问题进行实时监测，及时对水质问题进行评价和改善。通过对水质监测的全方面优化，实现对地表水水质和周边生态环境的有效保护与治理。

参考文献

[1] 张博，王照利，雷方隽.基于层次分析法和物元分析法的森林资源质量评价：以延川县为例[J].西北林学院学报，2022，37（2）：208-215.

[2] 霍丽涛，王博欣，潘增辉，等.基于对应分析法的北京密怀顺地区地表水回补地下水环境影响评价[J].北京师范大学学报（自然科学版），2020，56（2）：195-203.

[3] 郭利刚，冯珍珍，刘庚，等.基于物元模型的汾河流域土地生态安全评价[J].生态学杂志，2020，39（6）：2061-2069.

[4] 杨天翼，赵强，王奎峰，等.基于层次分析法和熵权法综合评价山东省水生态安全[J].济南大学学报（自然科学版），2021，35（6）：566-571+579.

[5] 魏源送，常国梁，吴敬东，等.基于“源-流-汇”的非常规水源补给河流水质改善与水生态修复专刊序言[J].环境科学学报，2021，41（1）：1-6.

[6] 黄显峰，智冉，金国裕，等.基于可拓物元分析法的水安全保障可靠度评价研究[J].人民黄河，2021，43（5）：91-95.

[7] 李丁，王济，宣斌，等.基于物元分析法的贵阳近郊菜地土壤重金属污染评估[J].科学技术与工程，2020，20（1）：397-405.