渤海灣天津海區(qū)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

王娟娟　張素青　王寶峰　王秀芹　王德興　張丹娜　張亞楠

摘要：根據(jù)2020年5月、8月的水質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)渤海灣天津海區(qū)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：渤海灣天津海區(qū)水質(zhì)維持在一個(gè)較好的狀況。渤海灣入海口附近海域水質(zhì)狀況較其他區(qū)域要差，近岸的污染物濃度較外海濃度高。生物學(xué)評(píng)價(jià)表明，調(diào)查海區(qū)生境質(zhì)量整體較好，但物種豐富度較低，群落結(jié)構(gòu)比較脆弱。

關(guān)鍵詞：渤海灣;漁業(yè);生態(tài)環(huán)境;模糊綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X824

渤海灣三面環(huán)陸，毗鄰河北、天津以及山東的陸岸。渤海灣面積為1.59萬(wàn)km，約占渤海面積的五分之一。渤海灣底部由岸邊向海灣中緩緩加深，平均水深12.5 m。天津市海岸為沖積平原海岸，灘涂地勢(shì)平坦，坡度小，潮間寬;平均寬度約為3 500 m，海涂面積約為360. 6 km[1]。渤海灣不但是海洋基礎(chǔ)餌料的生產(chǎn)地，而且也是魚、蝦、貝、蟹的洄游、索餌、產(chǎn)卵的良好區(qū)域。

近些年來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展和城鄉(xiāng)格局變化的雙重影響下，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越大。渤海灣沿岸區(qū)域經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，它承載著來(lái)自京津冀等環(huán)渤海地區(qū)的排水， 該海區(qū)也面臨著巨大的生態(tài)壓力。天津市轄區(qū)范圍內(nèi)，分別有薊運(yùn)河、永定新河、潮白新河、海河、獨(dú)流減河、青靜黃排水渠、北排水河、滄浪渠和子牙新河等9條入海河流，這些河流攜帶著大量有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽以及其他污染物。據(jù)文獻(xiàn)記載，渤海灣每年大約承載1億噸來(lái)自京津冀等環(huán)渤海地區(qū)的廢水[2]。渤海灣為典型的半封閉海灣，與外海水交換能力差，導(dǎo)致一些污染物質(zhì)累積，加劇了渤海灣的污染。

目前，水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法較多，主要有單因子評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)法、灰色聚類法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等。由于受到諸多因素制約及自身評(píng)價(jià)方法的不足，各有優(yōu)缺點(diǎn)。比如單因子評(píng)價(jià)法一目了然，操作方便，但是一票否決制的實(shí)施無(wú)法處理水環(huán)境中復(fù)雜的內(nèi)在關(guān)系[3]。在綜合指數(shù)法中，權(quán)重不易確定，沒有考慮水質(zhì)不同級(jí)別的界限具有模糊的特性[4]?；疑垲惙ㄟ\(yùn)用了灰色系統(tǒng)理論，對(duì)于白化函數(shù)的選擇和聚類權(quán)重的確定具有主觀性，且傳統(tǒng)的灰色聚類方法計(jì)算繁瑣。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型需要的樣品數(shù)據(jù)較多，且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因不同的人操作而有所差異。事實(shí)上，水體環(huán)境是由多種介質(zhì)的多重關(guān)系構(gòu)成，包含大量的污染因子和可變因素，具有較高的綜合性、復(fù)雜性和可變性。近年來(lái)，模糊綜合評(píng)價(jià)方法在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中得到較為廣泛的應(yīng)用[5-7]，該評(píng)價(jià)方法采用模糊數(shù)學(xué)理論，將水質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)和水質(zhì)評(píng)價(jià)原理相結(jié)合，得到更加科學(xué)合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。

本研究通過對(duì)渤海灣天津海區(qū)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，基于模糊數(shù)學(xué)原理建立熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法，并應(yīng)用該方法對(duì)渤海灣天津海區(qū)進(jìn)行了水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，摸清此水域受污染狀況，以期為該水域漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和漁業(yè)健康發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐，為食品安全提供保障工作，同時(shí)為增殖放流和海洋牧場(chǎng)的建立提供智力支持。

1采樣與分析方法

1.1調(diào)查時(shí)間與范圍

研究區(qū)選擇在渤海灣天津海區(qū)，具體位置為東經(jīng)117°46′44″～118°02′00″，北緯38°37′02″～39°07′01″，共設(shè)置監(jiān)測(cè)站位12個(gè)。每個(gè)站位分別在5月份（枯水期）和8月份（豐水期）進(jìn)行兩次監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)具體位置見圖1。

1.2監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與檢測(cè)方法

依據(jù)海洋調(diào)查規(guī)范GB 12763.1-2007[8]進(jìn)行樣品采集。

無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量、石油類、懸浮物、鋅、鉛、鎘的檢測(cè)方法依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》 GB 17378.4-2007[9]執(zhí)行。浮游植物、浮游動(dòng)物的檢測(cè)方法依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》 GB/T 12763.6—2007[10]執(zhí)行。

1.3評(píng)價(jià)方法

水化因子采用熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)渤海灣天津海區(qū)的水質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，生物評(píng)價(jià)采用多樣性指數(shù)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.1熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)法的建立熵權(quán)模糊評(píng)價(jià)法是一種相對(duì)客觀的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象在各評(píng)價(jià)指標(biāo)上的值的相差程度，根據(jù)有效數(shù)據(jù)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)，再通過熵權(quán)校正各指標(biāo)的權(quán)重，最終得到一種較為客觀的指標(biāo)權(quán)重。某評(píng)價(jià)對(duì)象在某一評(píng)價(jià)指標(biāo)上的值相差越多時(shí)，其熵值越低，表明該評(píng)價(jià)指標(biāo)所提供的有效信息越大，該項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重也就相應(yīng)地越大。反之，當(dāng)某評(píng)價(jià)對(duì)象在某一指標(biāo)上的值相差越少，其熵值越高，表明該評(píng)價(jià)指標(biāo)提供的有效信息越少，其權(quán)重也就相應(yīng)越小[11]。

1.3.1.1評(píng)價(jià)因子集的建立假設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中參與評(píng)價(jià)的m個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)際測(cè)定濃度結(jié)果組成的模糊子集為：

U={x，x，x，…，x，…，x}，其中，x為評(píng)價(jià)參數(shù)i的實(shí)測(cè)結(jié)果。

1.3.1.2模糊評(píng)價(jià)集的建立每一個(gè)被評(píng)價(jià)的對(duì)象所有會(huì)獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合即為評(píng)價(jià)集，環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)集即m個(gè)水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的n個(gè)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的集合，可表示為：

V={V，V，…，V，…，V }，其中，V為評(píng)價(jià)參數(shù)x的n個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。

依據(jù)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 3097-1997）[12]，海水水質(zhì)分為4類水體，因此，確定該評(píng)價(jià)集為C={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}。海水水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3.1.4模糊關(guān)系矩陣的建立在U和V都確定完成之后，通過對(duì)每個(gè)污染指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，得出各個(gè)污染指標(biāo)與各個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的模糊關(guān)系，從而建立模糊關(guān)系矩陣R：

1.3.1.5權(quán)重的確定對(duì)原始矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而使各指標(biāo)處于同一數(shù)量級(jí)，得到：R=（rij）m×n。

1.3.1.6熵值的確定在評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)對(duì)象分別為m和n的評(píng)價(jià)體系中，第i個(gè)指標(biāo)的熵定義為：

1.3.1.7熵權(quán)的確定在熵值的定義基礎(chǔ)之上，對(duì)第i項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行熵權(quán)的定義，即：

1.3.2生物評(píng)價(jià)方法Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[13]、Margalef種類豐富度指數(shù)[14]、Pielou均勻度指數(shù)[15]用于評(píng)價(jià)浮游生物群落的多樣性水平，反映水環(huán)境的污染狀況。公式如下：

2結(jié)果與分析

2.1監(jiān)測(cè)水域水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

2.1.1水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果渤海灣天津海區(qū)各站位5月份和8月份水質(zhì)檢測(cè)平均值如表2所示。

2.1.2渤海灣天津海區(qū)水化指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)結(jié)果R為渤海灣天津海區(qū)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的模糊關(guān)系矩陣。各監(jiān)測(cè)站位檢測(cè)結(jié)果的隸屬矩陣由各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)得到，例如渤海灣天津海區(qū)KF23站位隸屬矩陣如下：

2.2生物評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1浮游植物評(píng)價(jià)結(jié)果監(jiān)測(cè)到的浮游植物分屬硅藻門、甲藻門，共24種，其中：硅藻門21種，甲藻門3種。5月浮游植物密度范圍為（9 000～38 588）cells/m，8月浮游植物密度范圍為（32 000～1 632 941）cells/m3。5月份Shannon-Wiener多樣性指數(shù)范圍為1.685～2.447，平均值為2.120。8月份監(jiān)測(cè)多樣性指數(shù)范圍為1.594～2.623，平均值為2.20。表明該海區(qū)浮游植物生境質(zhì)量一般，表現(xiàn)為輕度污染。5月份Margalef種類豐富度范圍為0.226～0.539，平均值為0.347。8月份種類豐富度范圍為0.255～0.489，平均值為0.360。表明該海區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)比較脆弱，物種豐富度較低。5月份Pielou均勻度范圍為0.729～0.934，平均值為0.839;8月份均勻度范圍為0.616～0.900，平均值為0.753。表明該海區(qū)浮游植物個(gè)體分布較為均勻，生境質(zhì)量為輕污染或無(wú)污染。

2.2.2浮游動(dòng)物評(píng)價(jià)結(jié)果監(jiān)測(cè)到的種類分屬于4個(gè)類群16種。其中毛顎類1種，橈足類6種，水母類3種，幼蟲類6種。5月份生物量范圍（1.67～1 990.45）mg/m，8月生物量范圍（0.94～2 084.86）mg/m。5月份Shannon-Wiener浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)范圍為0.620～2.541，平均為1.855。8月浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)范圍為1.171～2.858，平均為2.268。表明該海區(qū)浮游動(dòng)物生境質(zhì)量一般，表現(xiàn)為輕度污染。5月份Margalef種類豐富度范圍為0.283～1.562，平均為1.088;8月份種類豐富度范圍為0.813～1.971，平均為1.336。表明該海區(qū)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)也比較脆弱，物種豐富度較低。5月份Pielou均勻度范圍為0.469～0.855，平均為0.670;8月份監(jiān)測(cè)均勻度范圍為0.417～0.953，平均為0.804。表明該海區(qū)浮游動(dòng)物個(gè)體分布較為均勻，生境質(zhì)量為輕污染或無(wú)污染。

總而言之，渤海灣天津海區(qū)生態(tài)環(huán)境處于良好的狀態(tài)，對(duì)于渤海灣天津區(qū)域漁業(yè)發(fā)展具有重要的支撐作用。2018年以來(lái)，為貫徹落實(shí)中共中央、國(guó)務(wù)院《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù) 堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》，天津市政府加大了渤海灣天津海區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)和漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)的力度。近幾年，天津市漁業(yè)主管部門在放流傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)物種、凈水品種的基礎(chǔ)上，圍繞海洋牧場(chǎng)建設(shè)，開展了貝類增殖、趨礁魚類增殖，同時(shí)為進(jìn)一步保護(hù)珍稀瀕危物種，開展了松江鱸魚放流工作。渤海灣天津海區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和漁業(yè)資源量均有所提高。

3結(jié)語(yǔ)

本研究中污染相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域在渤海灣入?？诟浇Ｓ?，近岸的污染物濃度較外海濃度高，監(jiān)測(cè)所在位置海水流動(dòng)性較差，難以海水的水動(dòng)力作用使海水得到凈化，與海洋功能區(qū)規(guī)劃中的排污口以及排污口外海區(qū)基本吻合。

研究表明，通過熵權(quán)模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)渤海灣天津海區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，較為全面客觀地反映了渤海灣天津海區(qū)水質(zhì)狀況。近些年來(lái)陸源污染防治對(duì)改善渤海灣海水污染起到了明顯的效果。今后一段時(shí)間，控制陸源污染排放仍是海洋污染防治工作的重點(diǎn)。

生物學(xué)評(píng)價(jià)表明，渤海灣天津海區(qū)生境質(zhì)量整體較好，但物種豐富度較低，群落結(jié)構(gòu)比較脆弱。

參考文獻(xiàn)：

[1] 房恩軍，馬維林，李軍，等.渤海灣（天津）潮間帶生物的初步研究[J].水產(chǎn)科學(xué)，2007，26（1）：48-50.

[2] DUAN L Q，SONG J M，LI X Get al.Distribution of selenium and its relationship to the eco-environment in Bohai Bay seawater[J].Marine Chemistry，2010，121（1）：87-99.

[3] 繳建華，于潔，白明，等.天津北大港水庫(kù)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2015，26（3）：90-95.

[4] 陳守煜，徐冬梅，邱林.地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)可變模糊評(píng)價(jià)法[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011（3）：1-5.

[5] 強(qiáng)菲，賀旭波，李勇，等.基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的澄合礦區(qū)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].地下水，2020，42（5）：21-25.

[6] 蔣紅艷，向昌國(guó).模糊綜合評(píng)價(jià)法在黃龍洞景區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2021，27（2）：138-140.

[7] 寧陽(yáng)明，尹發(fā)能.水污染指數(shù)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，48（6）：57-63.

[8] 國(guó)家海洋局.海洋調(diào)查規(guī)范 第1部分：總則：GB/T 12763.1-2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：1-20.

[9] 國(guó)家海洋局.海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析：GB 17378.4-2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：1-120.

[10] 國(guó)家海洋局.海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分：海洋生物調(diào)查：GB/T 12763.6-2007[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：1-38

[11] 王鐵風(fēng)，潘孝輝.熵權(quán)模糊數(shù)學(xué)方法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，36（14）：359-360.

[12] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 3097—1997[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997：15-21

[13] SHANNON C E，WEAVER W.The Mathematical Theory of Communication[M].Urbana L：University of Illions Press， 1949：48-53.

[14] MARGALEF D R.Information theory in ecology[J].General Systems，1958，3： 36-71.

[15] PIELOU E C.An introduction to mathematical ecology[M].New York： Wiley-Interscience， 1969：1-286.

[16] 國(guó)家海洋局. 2005年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[R].北京：國(guó)家海洋局，2006：1-16.Assessment of fishery eco-environmental quality

for the sea area of Bohai Bay in Tianjin

WANG Juanjuan， ZHANG Suqing， WANG Baofeng，

WANG Xiuqin， WANG Dexing， ZHANG Danna， ZHANG Yanan

（Tianjin Agriculture Eco-Environmental Monitoring and Agro-product Quality Testing Center， Tianjin 300221， China）

Abstract：Based on data of water quality collected from the sea area of Bohai Bay in Tianjin in May 2020 and August 2020， the environmental quality was assessed using the entropy weight fuzzy synthetic evaluating method. The results showed that the water quality of Bohai Bay in Tianjin maintained in a good condition. The water quality of the estuary was slightly polluted than other area， and the pollution in the offshore area was higher than the open area.The biological assessment indicated that the habitat quality was well in the investigated area， but the species richness was low， and the community structure was slightly vulnerable.

Key words：Bohai Bay; fishery; eco-environment; fuzzy synthetic evaluating method