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        基于水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的李家峽水庫水質(zhì)現(xiàn)狀評價

        2015-12-22 07:50:02周雙喜吳蓉蓉賈學(xué)蓉盧素錦青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院青海西寧810016
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年23期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)評價類別水庫

        祁 玥,周雙喜,吳蓉蓉,賈學(xué)蓉,盧素錦 (青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院,青海西寧810016)

        目前,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了十幾種水質(zhì)評價的數(shù)學(xué)模型,主要有灰色關(guān)聯(lián)法、模糊概率綜合評價法、特征分析法等方法[1-5]。但因影響河流的因素較多,評價因子與標(biāo)準(zhǔn)級別之間的關(guān)系是極復(fù)雜和非線性的,而且評價標(biāo)準(zhǔn)和各級別之間的關(guān)系也是模糊的,因而目前還沒有一種統(tǒng)一的、確定的、規(guī)范的水質(zhì)綜合評價的模型。張東升等[6]、黃勝偉[7]采用BP 算法進(jìn)行水質(zhì)評價;王瑞[8]、蔣福興等[9]采用改進(jìn)的 BP算法進(jìn)行水質(zhì)評價;陳永燦等[10]采用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對水質(zhì)進(jìn)行評價。同濟(jì)大學(xué)的徐祖信教授于2005年提出水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[11],該方法是一種全新的水質(zhì)評價方法,能夠?qū)υu價水質(zhì)做出綜合性評價。

        李家峽水庫位于青海省尖扎縣西北,主要用于發(fā)電,是具有灌溉、防洪等功能的大型水庫。利用湖區(qū)特有的景色及水量、水質(zhì)開發(fā)了湖區(qū)旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè),作為水庫的另一經(jīng)濟(jì)來源。筆者利用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法,對李家峽水庫的水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價。

        1 材料與方法

        1.1 水質(zhì)監(jiān)測斷面選取及樣本采集 李家峽水庫共設(shè)置了3個監(jiān)測斷面,分別于水庫的平水期(2014年5月)、豐水期(2014年7月)和枯水期(2014年11月)3個時期采集水樣,每次采集3個平行樣,帶回實驗室進(jìn)行測定。

        1.2 監(jiān)測項目及測定方法 監(jiān)測項目包括溫度、pH、DO、BOD5、TN、TP等6個項目指標(biāo)。TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)測定;TP采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)測定;DO采用碘量法(GB 7489-87)測定;采樣時分別測定水溫(水銀精確溫度計)、pH(便攜式pH計)。測定所用藥品均為分析純。

        1.3 李家峽水庫水質(zhì)評價方法 采用單因子污染指數(shù)法和水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法,對李家峽水庫的水質(zhì)進(jìn)行評價。評價項目分別為DO、TN、TP,3期數(shù)據(jù)取均值,以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)為評價標(biāo)準(zhǔn)。

        1.3.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)[12]Pi是由1位整數(shù)、小數(shù)點后2位或3位有效數(shù)字組成,表示為:

        Pi=X1.X2X3

        式中,X1代表第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別;X2代表監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置,根據(jù)公式按四舍五入的原則計算確定;X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果,表示評價指標(biāo)的污染程度,為1位或2位有效數(shù)字。

        1.3.1.1 X1.X2的確定。當(dāng)水質(zhì)介于Ⅰ類水與Ⅴ類水之間時:

        一般指標(biāo)(除溶解氧、pH、水溫等外):X1.X2=a+

        式中,Ci第i項指標(biāo)的實測濃度;C標(biāo)上第i項指標(biāo)在a類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的上限值;C標(biāo)下第i項指標(biāo)在a類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間的下限值。a=1,2,3,4,5,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)比較確定;當(dāng)水質(zhì)劣于或等于V類水時,a=6。

        當(dāng)水質(zhì)劣于或等于V類水時:

        一般指標(biāo)(除溶解氧、pH、水溫等外):X1.X2=a+

        式中,CV標(biāo)上為第i項指標(biāo)V類水標(biāo)準(zhǔn)上限值;m為修正系數(shù),m=4。

        1.3.1.2 X3的確定。X3表達(dá)式為:

        X3=X1-f

        式中,f為水環(huán)境功能區(qū)類別說明,當(dāng)X3>9時,取最大值9。

        1.3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq是由單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值(∑Pi/n)與代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果(X3)、參加整體水質(zhì)評價的指標(biāo)中劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個數(shù)(X4)組成,其公式為:

        Iwq=(∑Pi/n)X3X4

        式中,(∑Pi/n)為單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值;n為參加水質(zhì)評價因子的個數(shù);X3代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果;X4為參加整體水質(zhì)評價的指標(biāo)中,劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個數(shù),通過參評的單因子標(biāo)識指數(shù)中X3不為0的個數(shù)來確定。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果 由表1可知,利用單因子污染指數(shù)法對李家峽水庫水質(zhì)進(jìn)行評價,3期水質(zhì)類別分別為Ⅲ類、Ⅲ類、Ⅳ類。因單因子評價法將最差的指標(biāo)作為該區(qū)域水質(zhì)的質(zhì)量級別,盡管該方法能夠比較直觀地反映各水質(zhì)指標(biāo)的現(xiàn)狀及其超標(biāo)狀況,但存在著評價過保護(hù)的缺點,同時該方法也無法判斷水質(zhì)今后的變化趨勢。

        表1 2014年李家峽水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及單因子污染指數(shù)評價結(jié)果

        2.2 標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果 由表2可知,對于該水庫影響較大的水質(zhì)指標(biāo)是TN和TP,特別是豐水期的TP和枯水期的TN、TP對該水庫的水質(zhì)類別有極大貢獻(xiàn),且兩種方法對單一指標(biāo)的評價結(jié)果相同,但標(biāo)識指數(shù)法可以給出該指標(biāo)的近期變化趨勢,即豐水期水質(zhì)指標(biāo)向Ⅳ類過渡較枯水期水質(zhì)向Ⅳ類的概率大。由表1和2可知,標(biāo)識指數(shù)法與單因子污染指數(shù)法的評價結(jié)果大致相同,即李家峽水庫水質(zhì)在平水期、豐水期水質(zhì)均為Ⅲ類水;而枯水期水質(zhì)評價結(jié)果存在差異,單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果為Ⅳ類,而標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果為Ⅲ類。

        表2 基于水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的2014年李家峽水庫水質(zhì)評價結(jié)果

        3 結(jié)論

        李家峽水庫水質(zhì)的監(jiān)測與評價結(jié)果表明,2014年該水庫水質(zhì)達(dá)到了該功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì)要求。單因子污染指數(shù)法評價結(jié)果表明,該水庫枯水期的水質(zhì)指標(biāo)超過了該功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì)要求;而水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價結(jié)果表明,該水庫水質(zhì)符合水質(zhì)類別要求。

        水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是一種全新的水質(zhì)評價方法,它能夠綜合地反映所評價水質(zhì)的真實情況。單因子標(biāo)識指數(shù)能夠全面地對水體中某項指標(biāo)的類別做出評價,以及該項指標(biāo)超出某類水的范圍;綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法可以綜合各種單因子標(biāo)識指數(shù),得出一個較接近真實情況的水質(zhì)狀況。水指標(biāo)識指數(shù)法計算過程簡便,相較于其他的水質(zhì)評價方法更加易懂,且評價方法科學(xué)合理,能夠為一般環(huán)境科學(xué)人員所接受,可操作性強(qiáng)。

        [1]鄒曉雯.水質(zhì)評價的灰色關(guān)聯(lián)的方法[J].水資源保護(hù),1994,18(3):78-80.

        [2]馬建華,季凡.水質(zhì)評價模糊概率綜合評價法[J].水文,1994,23(3):116-120.

        [3]朱雷,陳威.模糊綜合指數(shù)法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2001,23(3):61 -65.

        [4]曾勇,攀引琴,王麗偉.水質(zhì)模糊綜合評價法與單因子指數(shù)評價法比較[J].人民黃河,2007,29(2):64 -65.

        [5]鄭成德.水環(huán)境質(zhì)量評價的灰色聚類法[J].水文,1998,23(4):23 -27.

        [6]張東升,徐征.基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的臥虎山水庫水質(zhì)評價[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,4(2):188 -190.

        [7]黃勝偉.自適應(yīng)變步長BP網(wǎng)絡(luò)在水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報,2002,26(10):122 -125.

        [8]王瑞.基于遺傳優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理水質(zhì)預(yù)測研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2012.

        [9]蔣福興,田麗慧.改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在渾河水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2004,23(5):616 -617.

        [10]陳永燦,陳燕.概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)評價模型及其對三峽近壩水域的水質(zhì)評價分析[J].水力發(fā)電學(xué)報,2004,23(3):7 -12.

        [11]徐祖信.我國河流綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2005,33(4):482 -488.

        [12]徐祖信.我國河流單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2005,33(3):321-325.

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