王克磊，王 婷，李 楨

(1.山東省海河淮河小清河流域水利管理服務中心，濟南，250100；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學院，四川 崇州，611231)

隨著人們生活水平的提高，對生存居住環(huán)境也開始日益關(guān)注。城市內(nèi)湖泊或河道的水環(huán)境狀況，對其周圍居住人群的生活質(zhì)量影響很大，不僅能影響到人們的身體健康，還能影響到人們的幸福感指數(shù)。目前城市內(nèi)的河湖水體最普遍的問題就是富營養(yǎng)化[1-2]，因此，對其營養(yǎng)狀態(tài)進行科學的綜合評價是水務工作者的一項重要的基礎工作。目前，國內(nèi)外對湖泊富營養(yǎng)化的評價方法主要有卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、修正的卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、營養(yǎng)度指數(shù)法、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法和評分法等。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法克服了單一因子評價富營養(yǎng)化的片面性，而是綜合各項參數(shù)，將單變量的簡易與多變量綜合判斷的準確性相結(jié)合。本文采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算天印湖[3]的營養(yǎng)化程度，并對多年來天印湖營養(yǎng)化程度的變化趨勢進行分析。

1 綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價方法

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)模型[4-5]主要選取葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等為參數(shù)，對湖泊富營養(yǎng)化狀況進行評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)模型為：

(1)

式中：TLI(∑)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重。

以Chla作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化相關(guān)權(quán)重計算公式為

(2)

式中，rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù)；M為評價參數(shù)的個數(shù)。

中國湖泊的Chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系見表1。

表1 中國湖泊部分參數(shù)與Chla的相關(guān)關(guān)系

葉綠素a(Chla)、總氮、總磷、透明度(SD)和COD的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)通過下列公式進行計算。

TLI(Chla)=10(2.5+1.086lnChla)

(3)

TLI(TN)=10(5.453+1.794lnTN)

(4)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(5)

TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(6)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

(7)

式中：Chla的濃度單位為mg/m3；TN、TP、CODMn的單位均為mg/L；SD的單位為m。

綜合營養(yǎng)度的計算公式為：

(8)

(9)

(10)

式中：TLIc為湖泊營養(yǎng)狀態(tài)的綜合營養(yǎng)度；

TLIj為第j個因子的分營養(yǎng)度；

Wj為第j個因子的綜合權(quán)；

Cjx為第j個因子的檢測值；

Cjmin和Cjmax分別為第j個因子相應于營養(yǎng)度為0～100時的濃度值。

2 實例研究

2.1 研究區(qū)域概況

天印湖是南京市江寧區(qū)一天然湖泊，水面面積約為24.37hm2，由南北兩湖組成，目前蓄水量為21800m3～60500m3，水深為2.9m～4.9m，北湖平均水深較大。天印湖的主要水源補給為湖體周邊的降雨，南北湖由三個溢流通道連接，北湖與南湖水面有較大落差，當北湖水位高于溢流口高程14.62m時，湖水由北湖溢流至南湖；當南湖水位高于10.85m時，由西南角的溢流口溢出至外秦淮河。

2.2 布點及采樣方法

按照常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測采樣布點的方法，在天印湖共選取了四個點進行長期采樣，主要測定葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等指標，采樣點布置見圖1所示。采樣周期為每月采集一次水樣，一次取水1L左右，用聚乙烯瓶密封。水樣取回后立刻進行分析檢測，不能及時檢測的指標則將水樣于4℃以下保存，并在一周之內(nèi)完成檢測。各指標分析檢測方法均采用國標法。數(shù)據(jù)從2009年持續(xù)到2016年。

圖1 天印湖采樣點布置

2.3 數(shù)據(jù)處理與計算

從每年的數(shù)據(jù)中僅挑選1月和7月的數(shù)據(jù)，利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)模型進行計算，得到各采樣點的綜合營養(yǎng)度，見表2。從2009年至2016年間各采樣點綜合營養(yǎng)度的變化趨勢如圖2所示。

表2 天印湖各采樣點的綜合營養(yǎng)度

圖2 天印湖各采樣點2009-2016年綜合營養(yǎng)度變化趨勢

2.4 評價結(jié)果與分析

為了說明湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)情況，采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)進行分級，如表3所示。

表3 湖泊營養(yǎng)狀態(tài)分級

可以看出，2#與4#采樣點，基本上一直處于中營養(yǎng)狀態(tài)，這兩片湖區(qū)，遠離人類活動區(qū)，較少受到人類活動的影響。1#采樣點在2012年1月進入輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，2013年1月達到中度富營養(yǎng)狀態(tài)，2015年1月又恢復為中營養(yǎng)狀態(tài)。1#采樣點位于學校圖書館附近，為人員活動密集區(qū)，受人類活動影響較大。后由環(huán)境工程學院主持舉辦了一系列的“愛護學校環(huán)境，保護天印湖”宣講及展覽活動，提高廣大師生環(huán)保意識，近年來該片湖區(qū)水質(zhì)已有明顯改善。3#采樣點在2010年1月由中營養(yǎng)狀態(tài)直接進入中度富營養(yǎng)狀態(tài)，甚至在2011年7月和2013年1月達到了重度富營養(yǎng)狀態(tài)。2010年水質(zhì)監(jiān)測出現(xiàn)異常后，進行了原因調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是雨污分流工程中雨水管道與污水管道接反，導致生活污水直接排入湖內(nèi)，造成湖水水質(zhì)變壞。后對排污管道進行了整改，并采取了在湖內(nèi)種植蓮藕、放養(yǎng)魚類、打撈收割過剩水草等補救措施。2013年后3#采樣點湖區(qū)水質(zhì)開始逐漸變好，但截止2016年7月，依然處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。

3 結(jié)論

利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價模型對天印湖四個采樣區(qū)域進行營養(yǎng)狀態(tài)評價，結(jié)果表明，2009-2016年間，受人類活動影響較小的2#與4#區(qū)域，營養(yǎng)狀態(tài)變化不大，一直處于中營養(yǎng)狀態(tài)，受人類活動影響較大的1#區(qū)域從2012年開始出現(xiàn)富營養(yǎng)化趨勢，水質(zhì)惡化，經(jīng)人工干預后，水質(zhì)開始好轉(zhuǎn)。3#區(qū)域由于工程失誤，導致湖區(qū)受到污染破壞，2011年達到了重度富營養(yǎng)化，由于及時排查原因并采取相應的補救措施，水質(zhì)已在逐漸好轉(zhuǎn)。

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)模型能夠考慮多個水質(zhì)指標，對水質(zhì)評價綜合全面，且計算相對簡單，能夠方便快捷地對城市內(nèi)湖泊水質(zhì)做出準確的評價，對水質(zhì)的變化響應及時迅速，在湖泊水質(zhì)的長期監(jiān)測與水環(huán)境保護中，能夠及時提出預警，對我們的實際工作可起到重要的輔助作用。