胡起靖

（蘇州圖書館，蘇州 215002）

太湖流域經(jīng)濟社會發(fā)達，人口稠密，是我國經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)之一[1-2].太湖不但是周邊居民的生活用水保障，更是經(jīng)濟社會發(fā)展重要的戰(zhàn)略資源保障，是長三角一體化發(fā)展國家戰(zhàn)略的重要支撐和保障[3-4].2007年太湖流域爆發(fā)嚴重的藍藻污染，給社會發(fā)展造成巨大危害[5]，嚴重影響了太湖流域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[6].

自2007年以來，太湖流域大力開展以控源截污、生態(tài)清淤、調(diào)水引流為重點的大規(guī)模水環(huán)境綜合治理，通過太湖上游及環(huán)湖地區(qū)水環(huán)境綜合治理，太湖的水質(zhì)逐步改善，各項主要指標均有不同程度的降低，當前太湖流域水環(huán)境綜合治理工作取得全面進展，成效顯著[7-8].但最近幾年部分關(guān)鍵水質(zhì)指標濃度出現(xiàn)了波動，藍藻水華有所反彈[9].此外，根據(jù)《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案（2013年修編）》，太湖流域按照方案所實施的治理期限為2013～2020年，因此當前有必要對上一階段治理周期的太湖水質(zhì)狀況及變化趨勢開展分析和研究，以加強對太湖水質(zhì)治理進程及水質(zhì)現(xiàn)狀的認識，為更加科學(xué)地制定下一階段治理措施提供更多有價值的參考.

在水質(zhì)評價研究方法中，單指標分析法僅對各個單指標的高低進行對照評判，多指標綜合評價方法則能夠反映各評價指標的疊加影響，可以綜合反映水體質(zhì)量.目前針對太湖水質(zhì)綜合評價的研究方法主要有模糊綜合評價法[10-11]、水質(zhì)標識指數(shù)法[12-13]，其他的還有內(nèi)梅羅水污染指數(shù)法[14]、綜合污染指數(shù)法[15]、投影尋蹤評價法[16]等.

屬性識別模型作為以模糊數(shù)學(xué)綜合評判理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的多指標評價方法[17]，在湖泊水質(zhì)評價中的應(yīng)用中被證明是可靠實用的評價方法[18-19].本文采用單項指標污染指數(shù)對2011—2020年太湖水質(zhì)指標濃度變化進行分析，同時結(jié)合屬性識別模型進行水質(zhì)綜合評價及變化趨勢分析，并對現(xiàn)有的太湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)相關(guān)信息進行分析.

1 數(shù)據(jù)的來源及分析方法

所引用太湖主要水質(zhì)指標濃度數(shù)據(jù)分別來源于水利部太湖流域管理局公開發(fā)布的《太湖健康狀況報告（2018）》[20]和江蘇省生態(tài)環(huán)境廳公開發(fā)布的《江蘇省生態(tài)環(huán)境狀況公報》[21].按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002），通過單項指標污染指數(shù)和屬性識別模型綜合評價法對太湖水質(zhì)進行分析和評價研究.所引用太湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、全湖平均富營養(yǎng)化程度和藍藻水華次數(shù)來源于江蘇省生態(tài)環(huán)境廳公開發(fā)布的《江蘇省生態(tài)環(huán)境狀況公報》.

1.1 單項污染指數(shù)

單項污染指數(shù)是指將實測值與評價標準值進行比較，根據(jù)比較指數(shù)確定該指標污染程度，計算公式為：

式中，pi—i污染物的單項污染指數(shù)；ci—i污染物的實測值；cio—i污染物的指數(shù)計算標準值.

1.2 屬性識別模型

1.2.1 建立分類標準矩陣

設(shè)評價對象空間X有n個評價對象，每個評價對象有m個評價指標{I1，I2，…，Im}，每個評價指標有k個評價等級{C1，C2，…，Ck}，對于每個評價指標Ij有相應(yīng)的評價等級分類標準{aj1，aj2，…，ajk}，則評價對象空間X的分類標準矩陣為：

式中ajk滿足aj1＜aj2＜…＜ajk，或aj1＞aj2＞…＞ajk.

1.2.2 確定權(quán)重

采用超標倍數(shù)法，計算公式為：

式中，cj—評價因子的監(jiān)測值；sj—評價因子各濃度標準的數(shù)學(xué)平均值；Wj—評價因子的歸一化權(quán)重值.

1.2.3 確定樣本屬性測度

第 i個評價對象第 j個指標值 xij屬于 ct類（1≤t≤k）的屬性測度為 uijt.設(shè)aj1＜aj2＜…＜ajk，有：

當 xij≤aj1時，取 uij1＝1，uij2＝…＝uijk＝0，

當 xij≥ajk時，取 uijk＝1，uij1＝…＝uijk－1＝0

當 ajl≤xij≤ajl＋1時（1≤l≤k－1），取式中，t＜l，或 t＞l＋1.

1.2.4 綜合屬性測度

由單指標屬性測度和指標權(quán)重可以得到綜合屬性測度uit：

式中，wij—第i個評價對象第j個評價指標的歸一化權(quán)重；1≤i≤n，1≤t≤k.

1.2.5 對象的識別與排序

設(shè)置信度（0.5≤ ≤1），用下式進行計算：

如果ti≥ ，則認為xi屬于ct級別.

按照評價準則進行評分，對評價對象進行比較分析，用下式進行計算：

式中，qxi—第i個評價對象的評價分數(shù)；ni＝k＋1－i，依次取k～1之間遞減的正整數(shù).

2 結(jié)果

2.1 太湖水質(zhì)指標

采用單項污染指數(shù)法，將近年來太湖主要水質(zhì)指標濃度值（如表1所示）除以《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案（2013年修編）》確定的2020年控制目標值（高錳酸鹽指數(shù)4，氨氮0.5 mg/L，總磷0.05 mg/L，總氮2 mg/L），得到相應(yīng)污染物控制指標指數(shù)，結(jié)果匯總?cè)绫?和圖1所示.

表1 2007年及2011—2020年太湖水質(zhì)指標濃度 （mg/L）

表2 太湖水質(zhì)指標指數(shù)

圖1 太湖水質(zhì)指標指數(shù)變化趨勢

2.2 太湖水體質(zhì)量綜合評價

2.2.1 評價因子與標準

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）為評價標準，以高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮為評價指標，建立地表水環(huán)境質(zhì)量評價分組標準，如表3所示.

表3 地表水環(huán)境質(zhì)量評價分組標準

2.2.2 各年份評價單指標屬性測度

根據(jù)1.2.3的屬性測度確定方法，代入表1太湖水質(zhì)指標濃度值和表3相關(guān)水質(zhì)指標標準值，可計算得到各年度水質(zhì)單指標屬性測度，結(jié)果如表4所示.以2007年高錳酸鹽指數(shù)為例，其指數(shù)值5.1介于二級標準值4和三級標準值6之間，隸屬于其他級別的屬性測度為0，隸屬于二級的屬性測度為：（6－5.1）/（6－4）＝0.45，隸屬于三級的屬性測度為：（5.1－4）/（6－4）＝0.55.

表4 各年度水質(zhì)單指標屬性測度

2.2.3 權(quán)重值

根據(jù)式（2），代入表1和表3數(shù)據(jù)，可計算得到各年度水質(zhì)指標的單指標權(quán)重，結(jié)果如表5所示.以2007年為例，其高錳酸鹽指數(shù)的單指標權(quán)重計算為：（5.1÷8.6667）/（5.1÷8.6667+0.39÷1.1917+0.074÷0.0975+2.35÷1.2）＝0.162，相應(yīng)地求得其他污染物單指標權(quán)重.

表5 各年度水質(zhì)指標單指標權(quán)重

2.2.4 綜合屬性測度

根據(jù)式（3），結(jié)合表5中各年度水質(zhì)指標的單指標權(quán)重及表4中各年度水質(zhì)單指標屬性測度，可計算得到各年份評價對象屬性測度，結(jié)果如表6所示.以2007年度為例，其一級屬性測度的計算為：0×0.162＋0.314×0.09＋0×0.209＋0×0.539＝0.028；二級屬性測度的計算為：0.45×0.162＋0.686×0.09＋0×0.209＋0×0.539＝0.135.相應(yīng)地求得其他級別綜合屬性測度.

表6 各年度綜合屬性測度

根據(jù)式（5），按照評價準則對評價對象進行各年份水質(zhì)評分和比較分析，分數(shù)越大，表明水體環(huán)境質(zhì)量越好.以2007年為例，得分計算為：6×0.028＋5×0.135＋4×0.198＋3×0.1＋2×0＋1×0.539＝2.47.相應(yīng)地，可求得其他年份水體環(huán)境質(zhì)量的評級和得分，結(jié)果如表7所示.

表7 各年度水質(zhì)評分

2.3 太湖水體富營養(yǎng)狀態(tài)

根據(jù)《江蘇省生態(tài)環(huán)境狀況公報》發(fā)布的太湖水體富營養(yǎng)狀態(tài)相關(guān)信息，將2007-2020年太湖湖體富營養(yǎng)狀態(tài)、全湖平均富營養(yǎng)化程度，及預(yù)警監(jiān)測期間通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)藍藻水華聚集現(xiàn)象次數(shù)匯總?cè)绫?和圖2所示.

表8 太湖水體富營養(yǎng)狀態(tài)

圖2 太湖水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢

3 討論

3.1 太湖水質(zhì)指標變化

由表2及圖1可知，相較于2007年，近年來太湖水質(zhì)指標中的氨氮、總氮取得顯著控制成效.其中對氨氮的控制成效最好，雖然在2007年時，太湖水體中氨氮的濃度水平就已經(jīng)在2020年控制目標以下，但是自2011年以來總體呈下降的趨勢，2019—2020年相較2018年有略微抬升，但僅維持在0.12，濃度水平比2007年下降了69.23%，是2020年控制目標的24%；總氮的控制取得較好成效，雖然在2016年有小幅波動，但也是整體呈下降態(tài)勢，且自2012年以來，濃度水平都在2020年控制目標以下，2020年濃度水平比2007年下降了45.96%，是2020年控制目標的63.5%.

近年來太湖水體中的高錳酸鹽指數(shù)、總磷的控制成效則不太理想.其中高錳酸鹽指數(shù)雖然自2011年以來的指數(shù)值均低于2007年，但是2011—2018年仍然都超過2020年控制目標的水平，2019—2020年勉強達到控制目標，說明雖然取得一定控制成效，但是要保持當前的控制成效還需再接再厲；總磷自2011年以來的濃度水平都超過2020年控制目標.2011年濃度水平雖然低于2007年，但是其后并沒有下降，而是呈現(xiàn)一個上升、回落的波動上升趨勢，且自2015年以來的指標值均高于2007年，說明總磷濃度未得到有效控制.

因此，根據(jù)近年來太湖水質(zhì)主要控制指標變化趨勢可以判斷，高錳酸鹽指數(shù)、總磷是當前太湖水質(zhì)治理的重點，其中總磷是當前太湖水質(zhì)治理的難點.

3.2 太湖水體質(zhì)量綜合評價及變化分析

由表7可知，太湖水體綜合環(huán)境質(zhì)量水平雖然在2013年和2016年有小幅波動，但是總體呈上升趨勢，其中2007年、2011年水質(zhì)綜合評價類別為劣Ⅴ類，2012年—2016年水質(zhì)綜合評價類別為Ⅴ類，2017年—2020年水質(zhì)綜合評價類別為Ⅳ類.2011年太湖水體綜合環(huán)境質(zhì)量水平略優(yōu)于2007年，自2012年以后，太湖水體每年的綜合環(huán)境質(zhì)量均明顯優(yōu)于2007年，其中2017—2020年連續(xù)四年優(yōu)于2020年控制目標水平.說明近年來對太湖流域的綜合治理取得積極成效.

3.3 太湖水體富營養(yǎng)狀態(tài)分析

由表8和圖2可知，2009年太湖全湖平均富營養(yǎng)化程度由2007—2008年的中富營養(yǎng)轉(zhuǎn)化為輕度富營養(yǎng)，此后至2020年一直維持在輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在2012年由2007—2008年的58.5明顯下降為56.5，此后在56.8和54.8的數(shù)值范圍內(nèi)反復(fù)波動，最高值和最低值對應(yīng)的年份分別為2017年和2020年；預(yù)警監(jiān)測期間通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)藍藻水華聚集現(xiàn)象次數(shù)在2011—2013年小幅上升，在2014年有顯著下降，但自2015年開始，呈明顯上升趨勢.

4 結(jié)論

（1）2011—2020年太湖水質(zhì)指標中的氨氮、總氮控制成效顯著.氨氮自2011年以來基本呈逐年下降的趨勢，總氮整體呈波動下降態(tài)勢.

（2）2011—2020年太湖水質(zhì)中的高錳酸鹽指數(shù)、總磷控制成效不太理想，指標濃度呈波動反復(fù)態(tài)勢，是當前太湖水質(zhì)治理的重點，其中總磷是當前太湖水質(zhì)治理的難點.

（3）2011—2020年太湖水體的環(huán)境綜合治理控制取得積極成效，水體環(huán)境綜合質(zhì)量水平呈上升向好趨勢.

（4）2011—2020年太湖全湖平均富營養(yǎng)化程度為輕度富營養(yǎng)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)在一定范圍內(nèi)反復(fù)波動，藍藻水華聚集現(xiàn)象有上升趨勢.說明當前太湖的水環(huán)境治理仍存在薄弱環(huán)節(jié).