改进内梅罗污染指数法和模糊数学法对昭君岛湿地水质的评价及应用比较

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 改进内梅罗污染指数法和模糊数学 法对昭君岛湿地水质的评价及应用 比较 摘要：为准确客观地反映湿地水 环境情况，分别运用改进内梅罗污染指 数法及模糊数学法对昭君岛湿地的平水 期、枯水期、丰水期水质进行评价，以 2015-2016 年昭君岛湿地水质监测数据 为基础，选取总氮、总磷、氨氮、化学 需氧量（COD）为水质影响因子，两种 方法的评价角度不相同但评价结果基本 一致，即平水期及枯水期水质优于丰水 期，各影响因子均有不同程度超标现象， 湿地水质无法满足类水体功能要求， 相关部门需加强湿地水体污染防治。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /8/view-13000086.htm 关键词：改进内梅罗污染指数法； 模糊数学法；湿地水质；影响因子；权 重；昭君岛湿地 中图分类号：K928.43；X824 文 献标识码：A 文章编号： 0439- 8114（2017）22-4278-04 DOI：10.14088/ki.issn0439- 8114.2017.22.017 Abstract： In order to accurately and objectively reflect the water quality of wetlands，the improved Nemerow pollution index method and fuzzy mathematics method was used to evaluate the water quality of Zhaojun island wetland. Based on the monitoring data of Zhaojun island wetland in 2015-2016，the total nitrogen， total phosphorus，ammonia and COD were the influencing factors of water quality. The evaluation angle of the two methods was different，but the evaluation results were -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 basically the same：Water quality in the plain and dry season was better than that in the wet season， and all the influencing factors were over standard in different degrees. Wetland function decline，the water quality could not meet the class water function，and the relevant departments need to strengthen the wetland water pollution control. Key words： improved Nemerow pollution index method； fuzzy mathematical method； wetland water quality； influence factor； weight coefficient； Zhaojun island wetland 水质评价是指依据水环境监测资 料，选择合适的参考体系及评判方法， 对水质情况做出定性或定量的评判。目 前一些水质评价方法都存在一定缺陷， 如灰色聚类法，分析及计算简单，但评 价函数的选择带有很大的主观性1，2； 人工神经网络法，考虑因子全面，但对 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 数据要求极高，可操作性不强3，4。 改进内梅罗污染指数法和模糊数学法充 分考虑了不同影响因子对母体的实际效 果，兼顾到主次因子对评判结果的影响， 使评价更为客观简便，在工程实际中有 较多成功应用5，6 。 湿地被誉为“ 地球之肾 ”，很大一 部分是由于其水生态强大的自糇饔 7，8，因此对湿地水环境进行水质监 测和评价对于湿地功能的保养与恢复尤 为重要。湿地生态群落复杂，水质具有 明显的不确定性9。采用国内外应用广 泛的改进内梅罗污染指数法和模糊数学 法10对黄河昭君岛湿地进行水质评价 及讨论分析，为环保水利部门开展湿地 规划管理提供理论参考。 1 评价方法 1.1 改进内梅罗污染指数法 1.2 模糊数学法 模糊数学法对边界模糊的事物进 行系统分析，以模糊数学变换原理和最 大隶属度原则15 作为数据计算和选择 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 的依据，达到精确性与模糊性相统一的 评价目的16 。在实际评价应用中，该 法很好地契合了水质数据的不充分性和 水质分级概念的模糊性17。 1.2.1 建立因子集和评价集 在水 质评价中，由选定的水质污染因子组成 因子集 U1xn=（u1，u2，un） ，un 为第 n 类因子，n 为因子个数；评价集 是指可能做出的各种评价结果所组成的 集合：V1xm=（v1，v2，vm） ， Vm 为第 m 种评价结果，m 为评价结果 个数。 1.2.2 确定隶属函数 目前隶属函 数有多种表现形式，常见的主要有矩形 分布、 分布、正态分布等 7 种类型 18。本研究以模糊分布曲线中的降半 梯形模型作为各评价因子的隶属函数， 由各因子的实测值，可计算出每个因子 对于各水质等级的隶属度，即诱导出 U1xn 与 V1xm 之间的隶属度矩阵 15，19： 根据最大隶属度原则，以最大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 Pm 对应的水质等级作为水质评价等级。 2 实例应用 包头昭君岛湿地位于黄河流域最 北端，属于典型的严寒高纬度湿地，能 量和物质流动量高22 。湿地中动植物 资源丰富，水域面积宽广，对农牧业水 量调蓄、区域气候调节及碳素循环有巨 大的作用。 黄河溢流水量作为湿地主要补给 水源，水量季节性变化大23。昭君岛 水样采集按黄河水期进行，采样时间 2015-2016 年，结合黄河包头段多年统 计平均流量，以 4、6、8 月分别代表湿 地平水期、枯水期、丰水期。水质影响 因子的选择遵循可测性、可比性及灵敏 性原则24，依据本地区实际水质情况， 以总氮（TN ） 、总磷（TP） 、氨氮 （NH3-N） 、化学需氧量（COD）作为 湿地水质的影响因子，各因子的检测按 水和废水监测分析方法（第四版） 中规定的分析方法执行25，将水质结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 果分为、共 5 个评价 等级。现场使用便携式多参数水质分析 仪记录水体盐度、氧化还原电位、溶解 性总固体等基础数据，水样采集需及时 做好水体保存和实验室检测工作，水质 监测数据见表 1。 2.1 改进的内 梅罗污染指数法评价 改进内梅罗污染指数法对各污染 因子的权重计算见表 2。由表 2 可知， 在不同水质等级中，总磷的权数均大于 0.5，对水质污染危害最大。考虑到包头 市“三带一廊 ”城市生态系统建设及昭君 岛湿地的农牧业调蓄功能，把类水作 为昭君岛湿地水质标准值，即 j=3。改 进内梅罗污染标准指数及水质评判结果 见表 3。由表 3 可知，平水期和枯水期 的水质为类，丰水期水质为类。 2.2 模糊数学法 2.3 对比分析 对于平水期，TN 浓度为 1.562 mg/L，介于至类水之间；COD 浓 度为 94.229 mg/L，远高于类水标准， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 这是由于包头春季多风沙，土壤中的有 机质被携带至水体，造成水体受有机污 染严重。对于枯水期，氨氮和 COD 浓 度接近类、类水标准值，这是因为 昭君岛湿地位于城市边缘，较少受到生 活和工业污水污染23 ；TN 、TP 在 至类水之间，这可能是因为包头地区 大面积种植小麦、马铃薯、油菜等小春 作物，施肥主要集中在枯水期及丰水期 末期27，且湿地化肥养鱼情况严重， 使水体中的氮、磷超标；对于丰水期， TN 浓度为 5.086 mg/L，NH3-N 和 COD 浓度均超过类水标准，这是因为湿地 植物处于生长期，光合作用微弱，水中 溶解氧被大量消耗，无法满足氨氮和亚 硝态氮的硝化作用23，28。且该时期， 黄河输沙量集中29 ，沙体携带的大量 有机质在实验室条件下被氧化，使 COD 严重超标，同时部分动植物残骸 被水体沤解，导致湿地水质下降。 整体来看，改进内梅罗污染指数 法和模糊数学法对湿地水质的评价基本 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 相同，即枯水期及平水期水质介于至 类水之间，丰水期水质条件最差，属 于类水。这是由于枯水期及平水期时， 外来污染源流入较少，水体扰动小，污 染物及杂质沉降性能相对较好；丰水期 时，河沙有机质较多，农作物生长迅速， 施肥量增加，地表的营养物及冲刷物随 降雨和上游径流流入湿地，造成水质变 差，湿地功能价值下降。刘峰等30、 王亚娟等31 分别对都是以黄河水为主 要补给水源的银川阅海湿地和黄河口滨 河湿地调查，均发现 TN、TP、NH3-N 有不同程度超标，水体出现营养化趋势， 多年水质等级统计为至类，刘建龙 23对同属于包头黄河湿地的小白河湿 地片区考察，也得出与本研究相似结论。 3 小结 1）改进内梅罗污染指数法以一 个综合所有污染因子影响效果的污染指 数值表征水体状况，适用于评价水质整 体受污染程度；模糊数学法通过隶属度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 矩阵及权重矩阵的建立，直观地显示出 不同污染因子对水质的影响，更有效地 反映出水质从好到差这一