基于地表水環(huán)境質(zhì)量標準的富營養(yǎng)化評價方法

夏婷婷,尚廣萍

(1.合肥幼兒師范學校,安徽合肥 230011;2.合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站,安徽合肥 230031)

基于地表水環(huán)境質(zhì)量標準的富營養(yǎng)化評價方法

夏婷婷1,尚廣萍2

(1.合肥幼兒師范學校,安徽合肥 230011;2.合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站,安徽合肥 230031)

目前富營養(yǎng)化評價方法眾多,但各評價方法之間缺乏可比性,不利于湖泊富營養(yǎng)化的有效管理和治理。在對現(xiàn)有湖泊富營養(yǎng)化的評價方法進行分析、評價的基礎(chǔ)上,提出了適合我國國情的基于GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的湖泊富營養(yǎng)化評價方法。該方法是將水質(zhì)評價和主要富營養(yǎng)化因子評價相結(jié)合的綜合的富營養(yǎng)化評價方法,在巢湖西半湖等合肥市湖、庫富營養(yǎng)化評價中應(yīng)用表明:該方法不僅可以對不同湖、庫的富營養(yǎng)化狀況進行比較,而且可以對同一湖泊富營養(yǎng)化的時空變化進行分析,有利于對湖泊富營養(yǎng)化程度做出客觀、合理的判斷,進一步探討湖泊富營養(yǎng)化成因,為治理富營養(yǎng)化提供全面、科學的決策依據(jù)。

湖泊富營養(yǎng)化;環(huán)境質(zhì)量評價;地表水環(huán)境質(zhì)量標準;巢湖

目前我國湖泊富營養(yǎng)化問題愈來愈嚴重,許多湖泊已接近富營養(yǎng),有的甚至達到極富營養(yǎng)的程度[1][2]。湖泊富營養(yǎng)化治理已經(jīng)成為擺在人們面前急待解決的主要環(huán)境問題之一。作為基礎(chǔ)研究課題之一,建立適宜的數(shù)學模型并準確地評價湖泊富營養(yǎng)化狀況是進行富營養(yǎng)化控制的依據(jù)和前提[1-6,11]。近半個世紀來,各國學者對湖泊的富營養(yǎng)化評價進行過深入的探討,提出了多種形式的湖泊富營養(yǎng)化評價方法[3-17],如:特征法、參數(shù)法、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法、評分法、生物指標評價法、遙感技術(shù)、模糊評價法等,這些方法各有其特點,但由于湖泊富營養(yǎng)化評價方法及指標不相同或不完善,導(dǎo)致同一湖泊富營養(yǎng)化的評價結(jié)果差別很大,不同湖泊之間的評價結(jié)果也缺乏可比性[3][4]。因此,建立一種科學的、統(tǒng)一的湖泊富營養(yǎng)化評價指標和評價方法,以便及時準確地了解湖泊富營養(yǎng)化狀況、全面合理地評價湖泊富營養(yǎng)化治理效果、有針對性地制定對策措施,對減輕湖泊的富營養(yǎng)化、保護湖泊生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

1 主要湖泊富營養(yǎng)化評價方法評述

1.1 特征法

是根據(jù)湖泊富營養(yǎng)化的生態(tài)環(huán)境因子的特征來評價湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)的方法。這種方法通常以感官和引起用水障礙程度的分析來確定湖泊富營養(yǎng)化程度。無定量描述,不利于進行對比分析。

1.2 參數(shù)法

是根據(jù)湖泊富營養(yǎng)化的主要代表參數(shù)(或因子)來評價湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)的方法。單一參數(shù)評價指數(shù)方法雖然簡單、明確,但結(jié)果與湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)的真實狀況尚有差別;多參數(shù)的綜合評價方法效果較好,但需要詳盡的監(jiān)測資料。

1.3 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

也稱綜合指數(shù)法,目前我國湖泊富營養(yǎng)化評價的基本方法主要有卡爾森營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)、營養(yǎng)度指數(shù)法。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,力圖將單變量的簡易與多變量綜合判斷的準確性相結(jié)合。由于不同地區(qū)或不同類型的湖泊,其它參數(shù)與基準參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系存在著差異,因此,不可能建立一組適用于一切地區(qū)和所有類型湖泊的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)式。

1.4 評分法

此方法將湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)的貧營養(yǎng)-富營養(yǎng)采用0-100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進行分級。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下,指數(shù)值越高,其營養(yǎng)程度越重。該方法操作簡單,可比性較強,是目前湖泊富營養(yǎng)化評價中的主要方法之一。而評分法在實際應(yīng)用過程中,如果某一參數(shù)的評分值明顯低于(或高于)其他參數(shù)的評分值,表明該參數(shù)的變化除了受富營養(yǎng)化的影響外,其他因子對該參數(shù)的影響亦較大,故該參數(shù)應(yīng)刪除,往往刪除的參數(shù)受人為因素的干擾較多,影響結(jié)果的準確性。

1.5 生物指標評價法

根據(jù)湖水中水生生物的種類和數(shù)量來評價湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)的方法,主要有優(yōu)勢種評價法和多樣性指數(shù)評價法等[17]。浮游藻類種類和數(shù)量上的變化在一定程度上反映了水體的營養(yǎng)狀態(tài)。由于藻類的生長繁殖受各種環(huán)境因素和營養(yǎng)條件的影響,湖泊水域中表現(xiàn)出來的浮游植物種群變化是復(fù)雜的,優(yōu)勢種與水域營養(yǎng)類型有時一致,有時不一致。

1.6 遙感技術(shù)

遙感作為一種新型的湖泊水體富營養(yǎng)化監(jiān)測手段可進行大范圍的湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查評價[15]。可同時完成大范圍的湖泊水體的營養(yǎng)化狀態(tài)的監(jiān)測評價。但只是對湖泊營養(yǎng)化狀態(tài)作出了定性的評價,遙感圖片的分辨率也影響結(jié)果的精度,天氣的狀況、泥沙等懸浮物、高等水生植物以及湖泊水深等對圖片質(zhì)量的影響直接影響解譯結(jié)果的準確性。

1.7 模糊評價法

近年來,考慮到湖泊富營養(yǎng)化評價所具有的模糊性和灰色性,模糊數(shù)學和灰色系統(tǒng)理論方法的應(yīng)用引起了人們的關(guān)注[13]。這些方法比較客觀地反映了湖泊富營養(yǎng)化程度,但也存在一些問題,如模糊數(shù)學方法中隸屬函數(shù)的建立具有主觀性,用取小、取大運算法則時會有信息丟失現(xiàn)象。物元評價法針對不同指標,需構(gòu)造諸多的函數(shù),且函數(shù)設(shè)計形式不能規(guī)范,評價過程復(fù)雜,計算量大;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法需用微機對不同指標和不同指標數(shù)目構(gòu)成的標準樣本集,分別進行訓練好后才能使用。

2 基于地表水環(huán)境質(zhì)量標準的富營養(yǎng)化評價方法(SWEE)

2.1 評價指標及其選取原則

湖泊的富營養(yǎng)化狀況主要取決于湖泊中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量的多少。能夠直接、間接指示或影響湖泊營養(yǎng)狀態(tài)類型的指標有Chla、TN、TP、BOD、COD、SD、SS等,其中,Chla是直接反映藻類現(xiàn)存量的指標,被稱為“基準因子”,TN、TP作為藻類增殖的主要限制因子,被稱為“重要因子”。在進行湖泊富營養(yǎng)化綜合評價時,Chla、TN、TP是必須強制進入評價模式的指標[1]。根據(jù)我國湖泊的實際情況,按照相關(guān)性、可操作性和科學性相結(jié)合的原則,一般選擇與湖泊富營養(yǎng)狀況直接有關(guān)的Chla、TN、TP、COD、SD等5個基本參數(shù)作為主要湖泊富營養(yǎng)化評價的指標。SD與營養(yǎng)狀態(tài)有關(guān),但主要是與湖泊的懸浮物和藻類生長繁殖的數(shù)量有關(guān)[2-18],因此,可以不考慮。

2.2 評價標準

對于太湖、巢湖、滇池等大型富營養(yǎng)化湖泊,由于研究比較充分,目前均有自己的富營養(yǎng)化分級評價標準,雖然這些湖泊均以評分法進行富營養(yǎng)化評價,但由于各自評分標準不同,難以進行對比分析。本研究以 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》為基礎(chǔ),構(gòu)筑富營養(yǎng)化分級評價標準(SWEE),雖然 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》僅對 TP指標給出了適于湖泊水質(zhì)的更為嚴格的水質(zhì)分類標準,沒有特別給出 TN的湖泊水質(zhì)標準,但由于湖泊屬于地表水體,而目前對地表水體所劃分的五類功能類別,已經(jīng)為各界人士廣為認知,并且該標準也是真正法律意義上的湖泊水質(zhì)分類標準。因此,本研究以此為基礎(chǔ)建立以下湖泊富營養(yǎng)化評價標準。如表1所示:

表1 湖泊富營養(yǎng)化分級評價標準

在實際工作中,地表水環(huán)境質(zhì)量標準中Ⅰ類、Ⅱ類水體很少發(fā)生富營養(yǎng)化,Ⅲ類水體偶爾會發(fā)生輕度富營養(yǎng),中度富營養(yǎng)化則主要發(fā)生在Ⅳ類以上水體,而重度富營養(yǎng)往往發(fā)生在Ⅴ類和劣Ⅴ類水體;因此本標準將Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類標準值分別作為貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)、輕度富營養(yǎng)、中度富營養(yǎng)和重度富營養(yǎng)劃分標準。考慮到劣Ⅴ類水體的富營養(yǎng)化程度的區(qū)分,結(jié)合對目前國內(nèi)主要富營養(yǎng)化湖泊的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,本評價增加了嚴重富營養(yǎng)和極度富營養(yǎng)兩個級別。因 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中沒有 Chla,本評價標準中 Chla參考 GHZB1-1999《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》。

2.3 評價方法

富營養(yǎng)化分級評價指數(shù) SWEE的計算方法如下:

式中:SWEE為分級評價綜合指數(shù);SWEETP、SWEETN、SWEECOD和 SWEEChla為分級評價單項指數(shù);WTP,WTN,WCOD和WChla為權(quán)重。

在計算過程中,首先根據(jù)評價標準將參數(shù)濃度值轉(zhuǎn)換為評分值,監(jiān)測值處于分級評價標準所列數(shù)值兩者中間,則采用相鄰兩點進行內(nèi)插求出各單項指標的富營養(yǎng)化單項指數(shù);然后按照各指標間的權(quán)重,求出富營養(yǎng)綜合指數(shù)(權(quán)重可用污染指標的等標污染負荷比確定,也可用均一化比例);在本文中權(quán)重 WTP, WTN,WCOD和WChla均按照1/4計算。

3 應(yīng)用實例

位于合肥市的巢湖西半湖、董鋪水庫、大房郢水庫共有11個國控監(jiān)測點,合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站每月進行一次例行監(jiān)測。將基于 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的富營養(yǎng)化分級評價標準(SWEE),在巢湖西半湖等合肥市湖、庫的富營養(yǎng)化評價中應(yīng)用如下:

2009年合肥市湖、庫主要監(jiān)測指標監(jiān)測結(jié)果年均值見表2。

表2 2009年度合肥市湖、庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表

對照表1的評價標準,從水質(zhì)評價來看:2009年合肥市董鋪水庫兩個監(jiān)測點和大房郢水庫三個監(jiān)測點水質(zhì)可滿足 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類標準要求,巢湖西半湖六個監(jiān)測點水質(zhì)不能滿足Ⅲ類要求,其中 206、207、208為 Ⅴ類而 203、204、205為劣Ⅴ類。按照表1湖泊富營養(yǎng)化評價標準與公式(1)的SWEE的計算方法,2009年合肥市湖、庫各監(jiān)測點富營養(yǎng)化綜合指數(shù)計算結(jié)果見表3。

表3 2009年合肥市湖、庫富營養(yǎng)化評價結(jié)果表

由表3可知:董鋪水庫兩個監(jiān)測點富營養(yǎng)化綜合指數(shù)均小于50,為中營養(yǎng)狀態(tài);大房郢水庫三個監(jiān)測點50<綜合指數(shù)SWEE≤60,均為輕度富營養(yǎng);巢湖西半湖203、204、205即南淝河入湖區(qū)、十五里河入湖區(qū)和塘西SWEE大于70,處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài),而206、207、208即派河入湖區(qū)、新河入湖區(qū)和西半湖湖心60

4 結(jié)論

湖泊生態(tài)系統(tǒng)千差萬別,進行湖泊富營養(yǎng)化評價時,要結(jié)合理化監(jiān)測資料選擇適合的評價方法,進行富營養(yǎng)化綜合評價,才能得到滿意的評價結(jié)果。本文提出基于 GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的富營養(yǎng)化分級評價方法將地表水水質(zhì)評價與富營養(yǎng)化相結(jié)合,構(gòu)建的評價標準物理意義明確、原理直觀;評價過程簡單明了、可操作性強,為不熟悉數(shù)學模型的規(guī)劃人員和決策者提供了定量工具;評價結(jié)果客觀、準確,并具有可比性和通用性,可以用來判斷湖泊的富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢,便于推廣、應(yīng)用。

該方法可用于湖泊不同時空富營養(yǎng)化狀況的對比,得出湖泊富營養(yǎng)化的變化趨勢,也可用于不同湖泊之間富營養(yǎng)化狀況對比,能更全面客觀地反映湖泊營養(yǎng)狀態(tài)水平及其變化特征。為湖泊富營養(yǎng)化的治理、保護和生態(tài)恢復(fù)提供依據(jù)。

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Lake Eutrophication Evaluation Based on“Environmental Quality Standards for Surface Water”——the Case for Chaohu Lake

XIA Ting-ting1,SHAN G Guang-ping2
(1.Hef ei Childhood Education N ormal School,Hef ei230011,China;
2.Hef ei Environmental Monitoring Center Station,Hef ei230031,China)

There are different kinds of method for the evaluation of lake’s eutrophication.But the results from these evaluation methods can’t be compared.And it is difficult to give a reasonable evaluation for the effective treatment and management of lake eutrophication.Through analyze and assessment the existing evaluation method,on the basis of"Environmental Quality Standards for Surface Water",this paper put forward a comprehensive evaluation method.This method combine water quality assessment and eutrophication index assessment.It has been applied in lakes and reservoirs evaluation in Hefei City(including western Chaohu lake).The results show it can not only compare the eutrophication degree of different lakes,but also can analyze the spatial and temporal variation for a special lake.It is a reasonable evaluation method for lake eutrophication.It can be used to analyse the causes of eutrophication and provide scientific and overall base for decision-making.

lake eutrophication;evaluation of environmental quality;environmental quality standards for surface water;Chaohu lake

P426.613

A

1009-9735(2010)05-0098-04

2010-08-14

安徽省發(fā)展與改革委員會項目(20090610)。

夏婷婷(1963-),女,安徽合肥人,合肥幼兒師范學校高級教師,研究方向:地理教學;尚廣萍(1963-),女,安徽全椒人,合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站高級工程師,博士,研究方向:環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價。