王迪, 劉智, 劉冬冬, 薛晨陽(yáng), 高英美, 周斌, 曲波

遼河干流河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究

王迪1, 劉智1, 劉冬冬2, 薛晨陽(yáng)1, 高英美1, 周斌3, 曲波4,5,*

1. 沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院, 遼寧省城市生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽(yáng) 110167 2. 北京指南針科技發(fā)展股份有限公司, 北京 100102 3. 遼寧省生態(tài)氣象和衛(wèi)星遙感中心, 沈陽(yáng) 110866 4. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué), 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 沈陽(yáng) 110866 5. 遼寧盤錦濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 沈陽(yáng) 110866

基于河流水環(huán)境和河岸帶生境狀況進(jìn)行河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià), 可以全面綜合的判斷河流水體及河岸帶化學(xué)污染情況, 對(duì)有效控制水體污染, 科學(xué)制定整治計(jì)劃, 恢復(fù)河流自身的環(huán)境承載力及生態(tài)系統(tǒng)功能以及對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)都具有重要意義。以遼河干流為研究對(duì)象, 探討了化學(xué)完整性的概念、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)方法, 從河流水環(huán)境和河岸棲息地環(huán)境兩方面選取了19個(gè)指標(biāo), 構(gòu)建了河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。同時(shí)采用模糊綜合評(píng)價(jià)法、貼近度法和綜合指數(shù)法分別對(duì)遼河干流化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià), 最終篩選并確定綜合指數(shù)法更適合河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)。綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果總體表現(xiàn)為“一般”, 河流水環(huán)境總體評(píng)價(jià)為“一般”, 哈大高鐵、達(dá)牛和盤山閘評(píng)價(jià)為“差”。其中哈大高鐵和達(dá)牛地處交通節(jié)點(diǎn), 受人為干擾較大。另外盤山閘長(zhǎng)期處于施工狀態(tài)且靠近市區(qū), 施工廢料與城市污水污染不斷。評(píng)價(jià)結(jié)果為研究者及管理者開展遼河干流生態(tài)修復(fù)與后評(píng)估等工作提供指標(biāo)與方法參考。

遼河干流; 化學(xué)完整性; 評(píng)估方法篩選; 河流水環(huán)境; 河岸帶生境狀況

0 前言

我國(guó)最早被選取進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)的河流水環(huán)境指標(biāo)為水質(zhì)[1], 通常用于將河流水質(zhì)狀況指標(biāo)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行比對(duì)。涂敏利用水功能區(qū)水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率對(duì)長(zhǎng)江干流進(jìn)行河流健康評(píng)價(jià)[2]; 董桂華利用單因子評(píng)價(jià)方法對(duì)阜新境內(nèi) 6條河流進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)[3]; 段少杰等利用模糊綜合評(píng)價(jià)法和加權(quán)歐氏距離法對(duì)陽(yáng)泉市主要河流進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)[4]。

近年來, 越來越多的研究將水質(zhì)狀況等化學(xué)指標(biāo)與生物(魚類、底棲生物、著生藻類等)、物理(河岸帶寬度、坡度、河流蜿蜒度等)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)整合篩選, 構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)河流進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)[1,5]。生態(tài)系統(tǒng)的完整性主要包括物理、化學(xué)和生物三個(gè)方面的完整性[6], 是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整性, 是生態(tài)系統(tǒng)維持各生態(tài)因子相互關(guān)系并達(dá)到最佳狀態(tài)的自然特性。宋蒙蒙等選取水文等7個(gè)物理完整性指標(biāo)、電導(dǎo)率等5個(gè)化學(xué)完整性指標(biāo)、硅藻屬總數(shù)等4個(gè)著生藻類生物完整性指標(biāo)對(duì)渭河進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)[7]; 張杰等選取魚類總分類單元等20個(gè)魚類生物完整性指標(biāo)、水溫等8個(gè)物理完整性指標(biāo)和化學(xué)需氧量等17個(gè)化學(xué)完整性指標(biāo)對(duì)渾太河河流生態(tài)系統(tǒng)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]。部分學(xué)者從景觀生態(tài)學(xué)角度選取評(píng)價(jià)指標(biāo), 構(gòu)建河流生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。李宏偉等從自然植被凈第一生產(chǎn)力、自然系統(tǒng)穩(wěn)定性、景觀優(yōu)勢(shì)度及景觀多樣性等方面選取指標(biāo), 對(duì)拉林河流域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)[8]; 余建平等從反應(yīng)景觀格局指數(shù)的斑塊面積、斑塊破碎度、斑塊性狀特征、斑塊聚集程度三個(gè)方面選取指標(biāo), 對(duì)錢江源國(guó)家公園進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)[9]。

美國(guó)EPA和加拿大環(huán)境部于2005年的湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀況會(huì)議(The state of the Lakes Ecosystem Conferences, SOLEC)中首次提出化學(xué)完整性的定義, 即化學(xué)完整性指的是維持一個(gè)平衡、完整、適應(yīng)性的生態(tài)系統(tǒng)的能力, 該生物系統(tǒng)具有一個(gè)地區(qū)自然棲息地所期望的全部要素和過程[10-11]。此外, 同年中Dcpinto等也提出“湖泊的化學(xué)完整性指的是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的化學(xué)物質(zhì)組成可以為系統(tǒng)提供必要的需求以滿足生態(tài)系統(tǒng)完整性, 而這些化學(xué)物質(zhì)的含量是有限的, 對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的需求和完整性來說不能太高或太低”[12]。由此可見, 化學(xué)完整性作為生態(tài)系統(tǒng)完整性中的一個(gè)重要組成成分, 是生物生存條件的體現(xiàn), 是對(duì)水生態(tài)安全的一種檢驗(yàn), 是對(duì)生物生存的理化環(huán)境質(zhì)量的一種反映。目前, 關(guān)于化學(xué)完整性系統(tǒng)評(píng)估的案例較少, 且大多數(shù)學(xué)者以《河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)方法與標(biāo)準(zhǔn)》為評(píng)估結(jié)果分級(jí)賦分依據(jù), 利用水質(zhì)狀況、耗氧有機(jī)污染狀況、重金屬污染狀況、富營(yíng)養(yǎng)狀況等指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系, 對(duì)河流、湖庫(kù)等進(jìn)行化學(xué)完整性評(píng)價(jià), 評(píng)價(jià)區(qū)域包括大凌河[13]、渾河[14]、青戈江[15]、遼河干流上游石佛寺水庫(kù)[16]、復(fù)州河[17], 程佩瑄利用pH、電導(dǎo)率、溶解氧、化學(xué)需氧量等水質(zhì)指標(biāo)構(gòu)建水化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)松花江水化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)[11], 綜合考慮河岸帶土壤化學(xué)特性的研究尚未發(fā)現(xiàn)。河流生態(tài)系統(tǒng)主要包括河流水體、水岸交換區(qū)和河岸帶棲息地三個(gè)部分, 河流水體中化學(xué)指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)決定了水生生物生存條件及物種多樣性, 河岸帶土壤環(huán)境決定了河岸帶植被生長(zhǎng)速率及生存條件[18]。

模糊綜合評(píng)價(jià)法主要應(yīng)用在河流完整性[19-20]、水質(zhì)評(píng)價(jià)[21-22]與河流健康評(píng)價(jià)中[23]。郭維東等評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 模糊評(píng)價(jià)法適用于多沙河流水庫(kù)物理完整性, 評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符[19-20]; 孫雷認(rèn)為模糊評(píng)價(jià)法采用取大取小的運(yùn)算法則對(duì)河流湖庫(kù)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià), 容易造成數(shù)據(jù)信息丟失, 影響評(píng)價(jià)結(jié)果[24], 而黃瑞等研究結(jié)果表明模糊評(píng)價(jià)法適用于水質(zhì)評(píng)價(jià), 評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符[25]; 劉營(yíng)和趙夢(mèng)嫻等認(rèn)為, 模糊評(píng)價(jià)法可以客觀地反映出河流體系的模糊性與連續(xù)性, 減輕了不確定性因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響, 適用于河流健康評(píng)價(jià)[23,26]。模糊貼近度法主要應(yīng)用在水質(zhì)評(píng)價(jià), 林和振[27]、張文鴿等[28]和關(guān)全成等[29]研究結(jié)果表明, 基于模糊貼近度法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)原理明確, 計(jì)算簡(jiǎn)便, 且能夠完整地反應(yīng)水環(huán)境質(zhì)量的污染程度。綜合指數(shù)法主要應(yīng)用在完整性評(píng)估[5,30-31]、生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)[32]和水質(zhì)分析[22]中。王迪等和楊薇等利用綜合指數(shù)法分別對(duì)遼河干流和白洋淀進(jìn)行生物完整性評(píng)價(jià), 認(rèn)為綜合指數(shù)法可以相對(duì)準(zhǔn)確的用于河流生物完整性的評(píng)價(jià)[30]; 張杰等[5]和徐香勤等[33]利用綜合指數(shù)法分別對(duì)渾太河流域和天津市河流進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)。朱國(guó)宇等[30]、彭翠華等[34]和李朝等[35]基于綜合指數(shù)法對(duì)河流水生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行健康評(píng)價(jià), 結(jié)果表明綜合指數(shù)法適用于生態(tài)環(huán)境健康評(píng)價(jià); 趙江輝等[22]和薛鵬飛[36]評(píng)價(jià)結(jié)果表明綜合指數(shù)法對(duì)河流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)估, 評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符, 但在水質(zhì)級(jí)別的劃分人為因素較大, 評(píng)分結(jié)果的表達(dá)無法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)別嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。

河流生態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)完整性評(píng)估對(duì)象不應(yīng)僅包含河流水環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)特征, 與河流緊密連接的河岸帶土壤的化學(xué)性質(zhì)也同樣重要[37]。因此, 本研究基于河流水體理化特性和河岸土壤理化特征兩個(gè)方面指標(biāo), 構(gòu)建河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)遼河干流進(jìn)行化學(xué)完整性評(píng)價(jià)。該研究結(jié)果為河流水體的綜合治理、河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)成效評(píng)估與可持續(xù)發(fā)展提供方法體系參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

遼河是我國(guó)東北地區(qū)南部最大的河流, 是中國(guó)七大河流之一。遼河起源于我國(guó)河北省平泉縣七老圖山脈的光頭山, 沿途流經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省, 最終在遼寧省盤錦市盤山縣注入渤海。本試驗(yàn)研究區(qū)域?yàn)檫|河干流1050線區(qū)域內(nèi), 該區(qū)域自2012年起被圍封管理, 禁止一切破壞性人類活動(dòng)[38](圖1)。遼河干流始于東西遼河交匯處的鐵嶺福德店, 流經(jīng)鐵嶺、沈陽(yáng)、鞍山和盤錦四市(圖2), 16個(gè)縣, 68個(gè)鄉(xiāng)[39], 全長(zhǎng)約538 km, 平均寬度約3.5 km。地理位置為東經(jīng)123°55′ - 121°41′, 北緯43°02′—40°47′之間, 總面積達(dá)到1869.2 km2[40]。本研究沿遼河干流設(shè)置17個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位, 以保證調(diào)查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取位置的一致性。

1.2 研究方法

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取

遼河干流于2012年開始圍欄封育, 本研究化學(xué)完整性評(píng)估指標(biāo)體系與評(píng)估方法的驗(yàn)證數(shù)據(jù)的取樣時(shí)間為2013年。圍封初期, 各河段在河流水體及河岸帶土壤化學(xué)特征方面表現(xiàn)出不同的問題, 便于三種評(píng)估方法評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的對(duì)比。

1.2.1.1 河流水體理化特性指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取方法

(1)水樣獲取

水樣采集區(qū)域?yàn)檫|河干流主河道17個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水面區(qū)域, 取樣時(shí)間為2013年的8月(豐水期)、11月(平水期)和2014年3月(枯水期)。水體理化指標(biāo)的監(jiān)測(cè)應(yīng)嚴(yán)格遵守《水和廢水監(jiān)測(cè)技術(shù)方法(第四版)》中規(guī)定的技術(shù)方法[41]。

圖1 河岸帶圍封示意圖(a, 圍封前; b, 圍封后)

Figure 1 Schematic diagram of riparian zone enclosure (a, before enclosure; b, after enclosure)

圖2 研究點(diǎn)位分布圖

Figure 2 The position of survey sites in the main stream of the Liaohe River

(2)水體理化特征指標(biāo)測(cè)定

本研究采用手持式pH計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定, 水體電導(dǎo)率和溶解氧分別選用電導(dǎo)率儀和便攜式快速溶解氧分析儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定, 化學(xué)需氧量(COD)選用快速密閉催化消解方法進(jìn)行測(cè)定, 生化需氧量(BOD)采

用稀釋接種法進(jìn)行測(cè)定, 氨氮(以NH3-N計(jì))測(cè)定采用蒸餾酸滴定法進(jìn)行測(cè)定, 總磷(TP)含量采用過硫酸消解法進(jìn)行測(cè)定, 重金屬含量采用直接吸入火焰原子吸收法測(cè)定, 揮發(fā)性酚含量采用溴化滴定法測(cè)定[42-43]。

1.2.1.2 土壤理化特性指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取方法

(1)土壤樣品取樣

土壤樣品取樣時(shí)間為2013年7—8月, 取樣方法為環(huán)刀取樣法, 沿河流河岸帶每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)位獲取3—5個(gè)土壤樣品, 土層厚度為0 cm—20 cm。

(2)土壤樣品處理

土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干處理[44], 風(fēng)干后的土壤樣品進(jìn)行研磨、過篩, 20目、60目和100目分別準(zhǔn)備100 g、50 g和50 g備用。

(3)土壤養(yǎng)分含量測(cè)定

土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定方法參考魯如坤(1999)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》中土壤有機(jī)質(zhì)、有效氮、有效磷、有效鉀、全氮、全磷、全鉀(魯如坤, 1999)[45]。其中土壤有機(jī)質(zhì)()采用重鉻酸鉀稀釋熱法, 土壤全氮()采用半微量開氏法, 土壤全磷()采用氫氧化鈉熔融鉬銻抗比色法, 土壤有效氮()采用堿解擴(kuò)散法, 土壤有效磷()采用碳酸氫鈉浸提, 鉬銻抗比色法, 土壤全鉀()采用堿熔—火焰光度法測(cè)定, 土壤有效鉀()采用乙酸銨浸提—火焰光度計(jì)法。

1.2.2 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建方法

1.2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

通過運(yùn)用文獻(xiàn)收集和統(tǒng)計(jì)分析(檢驗(yàn))相結(jié)合的方式來篩選合適的評(píng)價(jià)指標(biāo), 并結(jié)合遼河的具體情況確定最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)[30]。

1.2.2.2 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究根據(jù)《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《國(guó)家地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[43,46-47], 并參考相關(guān)研究文獻(xiàn)以及遼河干流自身特點(diǎn), 將化學(xué)完整性指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為“優(yōu)(I)、良(II)、一般(III)、差(IV)、極差(V)”5個(gè)級(jí)別, 具體標(biāo)準(zhǔn)詳見下表1。

1.2.2.3 層次分析法計(jì)算權(quán)重

本研究選取層次分析法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重確定, 權(quán)重分配過程如下。

①構(gòu)造各準(zhǔn)則相對(duì)于總目標(biāo)的—B判斷矩陣。對(duì)河流水環(huán)境狀態(tài)和河岸棲息地環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行比較, 認(rèn)為河流水環(huán)境狀態(tài)比河岸棲息地環(huán)境狀態(tài)稍重要, 由此根據(jù)分級(jí)比例標(biāo)度參考表得出單個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要性值, 并構(gòu)建判斷矩陣, 如表2。

②對(duì)表征河流水環(huán)境狀態(tài)的9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較, 認(rèn)為水體pH與水體電導(dǎo)率是同等重要的; 溶解氧含量比水體pH和電導(dǎo)率稍重要; 化學(xué)需氧量、氨氮要比pH、電導(dǎo)率、溶解氧含量明顯重要, 比總磷、重金屬和揮發(fā)性酚稍重要, 由此構(gòu)造判斷矩陣B—, 見表3。

表1 遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2 判斷矩陣A—B

③對(duì)河岸棲息地環(huán)境狀態(tài)中的10個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩比較, 認(rèn)為土壤有機(jī)質(zhì)含量比土壤全氮、全磷、全鉀含量稍重要, 與有效氮、磷、鉀同等重要; 土壤有效氮、磷、鉀比土壤氨氮、磷、鉀稍重要; 土壤重金屬含量、六六六、滴滴涕與有機(jī)質(zhì)和有效氮、磷、鉀同等重要, 比土壤全氮、磷、鉀稍重要, 由此構(gòu)造判斷矩陣B—, 見表4、表5。

1.2.3 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)方法

本研究通過文獻(xiàn)資料搜集, 選取應(yīng)用較廣泛、成熟的模糊綜合評(píng)價(jià)法、貼近度法和綜合指數(shù)法作為河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)的候選方法, 并通過將三種方法評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比分析, 確定最適宜遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)的方法。

1.2.3.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是根據(jù)評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)對(duì)各個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度集, 形成模糊關(guān)系矩陣, 再將權(quán)重集與模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算, 獲得綜合評(píng)價(jià)集, 最后根據(jù)最大隸屬度原則, 得出現(xiàn)狀等級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 具體過程如下。

表3 判斷矩陣B1 —C

表4 判斷矩陣B2 —C

(1)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因數(shù)論域

若個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)

式中:為指標(biāo)評(píng)價(jià)集;U為指標(biāo)評(píng)價(jià)類。每類指標(biāo)中的分項(xiàng)指標(biāo)表示為指標(biāo)集U,

(2)確定評(píng)價(jià)等級(jí)論域

其中1- 5分別表示5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí), 即“優(yōu)”、“良”、“一般”、“差”、“極差”。

(3)建立指標(biāo)類權(quán)重集

(4)建立模糊關(guān)系矩陣

綜合比較, 本文選用的隸屬函數(shù)為柯西分布函數(shù), 公式為:

式中:為隸屬度函數(shù);為指標(biāo)值;為函數(shù)參數(shù), 取值見公式2-2、2-3和2-4。

當(dāng)指標(biāo)值位于Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類的中點(diǎn)時(shí),= 1; 當(dāng)指標(biāo)值位于Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類的臨界點(diǎn)時(shí),= 0.5; 當(dāng)指標(biāo)值位于Ⅰ類的左端點(diǎn)、Ⅴ類的右端點(diǎn)時(shí),= 1。

指標(biāo)處于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的第Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類時(shí):

指標(biāo)處于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的第Ⅰ類時(shí):

指標(biāo)處于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的第Ⅴ類時(shí):

式中:x、x為對(duì)應(yīng)級(jí)別相應(yīng)參數(shù)的上下邊界值。對(duì)于定性指標(biāo), 根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況, 對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 在相應(yīng)的所屬類別中選取計(jì)算公式。

(5)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

式中:B為一級(jí)評(píng)價(jià)集;A為指標(biāo)權(quán)重集;R為一級(jí)模糊關(guān)系矩陣; 計(jì)算方法采用普通矩陣算法。

表5 T檢驗(yàn)結(jié)果

(6)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

由一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果, 得到二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)集。

最后根據(jù)最大隸屬度原則, 將中最大數(shù)值所對(duì)應(yīng)的等級(jí)類別作為最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2.3.2 綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是指運(yùn)用多個(gè)指標(biāo)對(duì)多個(gè)參評(píng)單位進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法, 稱為多變量綜合評(píng)價(jià)方法。對(duì)遼河干流化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下:

式中:—化學(xué)完整性綜合評(píng)價(jià)指數(shù), 其值的大小在0—1之間;

W—表示評(píng)估指標(biāo)在綜合評(píng)估指標(biāo)體系中的權(quán)重值, 其值的大小在0—1之間;

I—評(píng)估指標(biāo)的歸一化值, 其值大小在0—1之間。

根據(jù)指數(shù)大小, 將遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果分為優(yōu)、良、一般、差和極差5級(jí), “優(yōu)”分值范圍為80 << 100, “良”為60≤< 80, “一般”為40≤< 60, “差”為20 ≤< 40, “極差”為0≤< 20。

1.2.3.3 貼近度法

(1)單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)的建立

設(shè)每個(gè)采樣點(diǎn)含有個(gè)評(píng)價(jià)的單項(xiàng)因素(指標(biāo)), 每個(gè)因素(指標(biāo))分為個(gè)不同等級(jí), 各等級(jí)項(xiàng)因素(指標(biāo))標(biāo)準(zhǔn)限值矩陣表示為, 待評(píng)價(jià)的每個(gè)采樣點(diǎn)各項(xiàng)實(shí)測(cè)指標(biāo)值矩陣表示為。取各評(píng)價(jià)因素的第一級(jí)(起始等級(jí))或最末等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)限值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 建立各單項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù), 其公式和圖形如下所示:

對(duì)于數(shù)值愈大污染愈重的指標(biāo)(如揮發(fā)性酚), 隸屬函數(shù)采用降半正態(tài)分布, 公式如下:

對(duì)于數(shù)值愈大污染愈輕的指標(biāo)(如溶解氧), 隸屬函數(shù)采用升半正態(tài)分布, 公式如下:

(2)確定分項(xiàng)隸屬度

由單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)公式分別計(jì)算出第(=1, 2, …,)采樣點(diǎn)分項(xiàng)指標(biāo)隸屬度, 記為(C,C,,C), 其中C= (C,C,,C)T,(=1, 2,,),(=1, 2,,)個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為特殊采樣點(diǎn)計(jì)算其分項(xiàng)指標(biāo)隸屬度, 記為=(D, D2,,D)其中D=(d,d,,d)T(=1, 2,,)。

(3)確定指標(biāo)的權(quán)重值

由于各采樣點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)共有個(gè), 每個(gè)指標(biāo)的重要性可能相同, 也可能不相同。因此, 需要考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,w,w,,w。本研究采用層次分析法計(jì)算得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

(4)計(jì)算模糊貼近度

貼近度有多種計(jì)算方法, 本研究采用應(yīng)用最為廣泛的貼近度公式, 計(jì)算公式如下:

(5)確定評(píng)價(jià)等級(jí)

1.2.4 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

化學(xué)完整性指標(biāo)選取應(yīng)以化學(xué)完整性內(nèi)涵為基礎(chǔ), 以所選指標(biāo)對(duì)人類活動(dòng)干擾具有明顯的響應(yīng)關(guān)系、指標(biāo)間相互獨(dú)立、不存在重復(fù)信息、能夠較全面反映河流化學(xué)完整的不同特征屬性為原則, 以河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀問題為導(dǎo)向, 選取并確定化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

河流的水質(zhì)狀況是評(píng)價(jià)河流健康狀況的重要因素之一, 直接反映了河流物理、化學(xué)指標(biāo)狀況, 表征河流水體質(zhì)量?jī)?yōu)劣, 影響河流生物群落組成, 關(guān)系到人類生命健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。遼河干流沿岸村屯和

工廠較多, 受工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)灌溉和生活污水影響較大, 故水體化學(xué)指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)多考慮有機(jī)污染物和無機(jī)鹽等指標(biāo)。土壤是環(huán)境組成的重要部分, 是植物生長(zhǎng)的基地, 也是人類生存的基礎(chǔ)和活動(dòng)的場(chǎng)所。遼河干流圍封前受到過度開墾、放牧等因素的影響, 土壤環(huán)境面臨肥力下降、農(nóng)藥殘留、重金屬污染等威脅, 因此土壤環(huán)境指標(biāo)選取時(shí)應(yīng)傾向于土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤有機(jī)氯含量、土壤重金屬含量等指標(biāo)。

根據(jù)以上化學(xué)完整性指標(biāo)篩選方法及原則確定遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)。依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果刪除均值相對(duì)較小或標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)較大的指標(biāo), 另由于研究區(qū)域河岸帶恢復(fù)前為農(nóng)田撂荒地, 因此有機(jī)氯農(nóng)藥指標(biāo)予以保留, 共保留19個(gè)指標(biāo)。通過分析最終確定化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層, 各層包含指標(biāo)如表6。

表6 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)體系

1.2.5 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

采用層次分析法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值, 由表7可知, 河流水環(huán)境狀態(tài)(B)權(quán)重高于河岸棲息地環(huán)境狀態(tài)(B), 分別為0.75和0.25。主要原因?yàn)楹恿鞯乃w理化性質(zhì)對(duì)環(huán)境污染的響應(yīng)速率較土壤更快, 且河流水體對(duì)水生生物和人類生產(chǎn)生活的影響更直接。河流水環(huán)境狀態(tài)(B)中的化學(xué)需氧量(C)和水體氨氮含量(C)權(quán)重相對(duì)較高, 均為0.234; 其次為揮發(fā)性酚類(C)和水體總磷含量(C), 分別為0.136和0.112, 其余指標(biāo)權(quán)重均小于0.1。河岸棲息地環(huán)境狀態(tài)(B)中的土壤重金屬(C)、六六六(C)和滴滴涕(C)權(quán)重相對(duì)較大, 均為0.158, 其余指標(biāo)權(quán)重均小于0.1。主要原因?yàn)檫|河干流河岸帶圍封前多為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng), 農(nóng)作物的耕種增加了農(nóng)田肥料的投入, 易引起土壤重金屬和有機(jī)氯等指標(biāo)超標(biāo), 土壤中污染物的長(zhǎng)期富集和河水沖刷會(huì)對(duì)河流水體造成二次污染。

表7 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值表

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

通過模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià), 結(jié)果表明2013年遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果“優(yōu)”的隸屬度最高, 其中河流水環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果“優(yōu)”的隸屬度最高, 河岸棲息地環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果“一般”的隸屬度最高(表8)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中, 評(píng)價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”的監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括哈大高鐵、雙安橋、馬虎山、毓寶臺(tái)和達(dá)牛; 評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”的監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括福德店、三河下拉、通江口、汎河、紅廟子和盤山閘; 評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”的監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括大張; 評(píng)價(jià)結(jié)果為“極差”的監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括蔡牛、魯家大橋、巨流河、滿都戶和曙光大橋。

利用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)遼河干流進(jìn)行化學(xué)完整性評(píng)價(jià), 結(jié)果顯示同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的一級(jí)和二級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中均會(huì)出現(xiàn)對(duì)于不同評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度相同的現(xiàn)象, 則無法依據(jù)隸屬度準(zhǔn)確確定各點(diǎn)位評(píng)價(jià)等級(jí)。如雙安橋一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中河流水環(huán)境對(duì)于“優(yōu)”和“極差”的隸屬度均為0.35; 魯家大橋二級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中“一般”和“極差”的隸屬度一致, 均為0.24; 紅廟子一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中河流水環(huán)境對(duì)于“優(yōu)”、“一般”和“極差”的隸屬度一致, 均為0.32; 大張二級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果“差”和“極差”隸屬度一致, 均為0.31; 盤山閘一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中河流水環(huán)境對(duì)于“一般”和“極差”的隸屬度一致, 均為0.45; 曙光大橋一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果中河岸棲息地環(huán)境對(duì)于“一般”和“差”的隸屬度一致, 均為0.26。

2.2 貼近度法評(píng)價(jià)結(jié)果

本研究從17個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中選取福德店、哈大高鐵、蔡牛、馬虎山、達(dá)牛和曙光大橋5個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行化學(xué)完整性貼近度評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià), 評(píng)價(jià)點(diǎn)位涵蓋鐵嶺、沈陽(yáng)市、鞍山和盤錦各河段。評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 除福德店評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”外, 其他五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)化學(xué)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果均為“一般”及以上(表9)。

利用貼近度法對(duì)遼河干流進(jìn)行化學(xué)完整性評(píng)價(jià), 結(jié)果顯示同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的同一指標(biāo)對(duì)于不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度會(huì)出現(xiàn)相同的結(jié)果, 因此無法依據(jù)指標(biāo)的隸屬度來準(zhǔn)確的確定各點(diǎn)位各指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí), 如福德店的電導(dǎo)率指標(biāo)對(duì)于“優(yōu)”和“一般”的隸屬度一樣, 均為1.0。此外, 各樣點(diǎn)對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度結(jié)果相近, 數(shù)值相差較小, 如福德店對(duì)“差”和“極差”的隸屬度結(jié)果相差僅為0.0001, 故評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定的不確定性。

2.3 綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

通過綜合指數(shù)法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià), 結(jié)果表明遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果總體表現(xiàn)為“一般”。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”的點(diǎn)位包括福德店、三河下拉、通江口、蔡牛、汎河、魯家大橋、馬虎山大橋、巨流河、紅廟子和曙光大橋, 評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”的包括哈大高鐵、雙安橋、毓寶臺(tái)、滿都戶、達(dá)牛、大張、盤山閘。

表8 遼河干流各點(diǎn)位指標(biāo)貼近度隸屬度評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 10 Membership results of survey points by Hamming osculating method

表9 遼河干流化學(xué)完整性貼近度法評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 11 Chemical integrity evaluation results of Hamming osculating method

3 討論

本研究對(duì)比分析了模糊評(píng)價(jià)法、貼近度法和綜合指數(shù)法三種方法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)的適宜性, 結(jié)果表明綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果更接近遼河干流化學(xué)完整性實(shí)際狀況。模糊評(píng)價(jià)法對(duì)遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)不適宜性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一, 化學(xué)完整性評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)數(shù)量較多, 然而當(dāng)模糊綜合評(píng)價(jià)法指標(biāo)集U較大, 即指標(biāo)集個(gè)數(shù)較多時(shí), 在權(quán)矢量和為1的條件約束下, 相對(duì)隸屬度權(quán)系數(shù)往往偏小, 權(quán)矢量與模糊矩陣R不匹配, 結(jié)果會(huì)出現(xiàn)超模糊現(xiàn)象, 分辨率很差, 無法區(qū)分哪個(gè)結(jié)果隸屬度更高, 甚至造成評(píng)判失敗; 其二, 模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)果由各等級(jí)結(jié)果隸屬度高低決定, 而三河下拉、汎河、雙安橋、魯家大橋等地存在隸屬度最高與隸屬度第二高的數(shù)值非常接近的情況, 評(píng)價(jià)結(jié)果卻只考慮了最高隸屬度的等級(jí), 結(jié)果不夠全面和準(zhǔn)確。孫雷[21]對(duì)比分析了主成分分析法和模糊評(píng)價(jià)法對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)的差異, 得出模糊評(píng)價(jià)法采用取大取小的運(yùn)算法則, 容易造成數(shù)據(jù)信息丟失, 影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果, 與本研究結(jié)果一致。薛鵬飛[22]比較了綜合指數(shù)法和模糊評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的利弊, 結(jié)果表明綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果較準(zhǔn)確的反應(yīng)水質(zhì)的真實(shí)情況, 模糊評(píng)價(jià)法則在隸屬度和權(quán)重選擇方面存在不足, 需進(jìn)一步完善。郭維東等利用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)遼河物理完整性進(jìn)行評(píng)價(jià), 認(rèn)為評(píng)價(jià)結(jié)果較好的符合遼河干流物理完整性的實(shí)際情況, 與本研究結(jié)果不一致。其原因可能為物理完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)多為多年平均數(shù)據(jù), 且部分指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為主觀判定, 各河段之間易產(chǎn)生較大差別。而化學(xué)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)均為定量指標(biāo), 且具有明確的國(guó)家分級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 各等級(jí)間差別較小, 評(píng)估結(jié)果十分接近, 因此需要更精確的評(píng)估方法[19]。貼近度法同樣基于模糊理論, 評(píng)價(jià)結(jié)果偏于樂觀。其一, 對(duì)比貼近度法評(píng)價(jià)結(jié)果與遼河干流實(shí)際情況, 福德店水環(huán)境及河岸帶調(diào)查結(jié)果好于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)位, 而評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相反; 其二, 哈大高鐵、達(dá)牛為遼河干流重要交通節(jié)點(diǎn), 來往車輛較多, 來自于社會(huì)干擾因子較多, 且達(dá)牛所在地區(qū)以沙土為主, 植被類型單一, 空氣質(zhì)量較差, 與評(píng)價(jià)結(jié)果“優(yōu)”不符; 其三, 貼近度法和模糊評(píng)價(jià)法存在共同的弊端, 當(dāng)隸屬度最高和隸屬度第二高之間的數(shù)值比較接近時(shí), 以隸屬度最高的等級(jí)作為評(píng)價(jià)結(jié)果, 不能綜合考慮其他評(píng)價(jià)結(jié)果而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確。綜合指數(shù)法屬于加乘混合評(píng)估模型, 兼有加法評(píng)估模型和乘法評(píng)估模型的特點(diǎn)。在評(píng)估指標(biāo)體系中, 不同類別指標(biāo)間關(guān)聯(lián)性往往較小, 同類別的指標(biāo)間聯(lián)系較大, 因此可以對(duì)類內(nèi)指標(biāo)采用乘法模型, 而對(duì)類之間指標(biāo)采用加法模型的混合形式, 適合于化學(xué)完整性評(píng)價(jià)。朱國(guó)宇等[32]對(duì)模糊評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)適用性進(jìn)行比較, 發(fā)現(xiàn)綜合指數(shù)法更能客觀、真實(shí)地反應(yīng)區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況。董珺璞等[13]利用綜合評(píng)估法對(duì)大凌河化學(xué)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià), 認(rèn)為排污口污染物的排放是影響大凌河化學(xué)完整性的主要因素, 但該研究只考慮了溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量等水質(zhì)指標(biāo), 沒有考慮河岸帶土壤的化學(xué)污染風(fēng)險(xiǎn)。

綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明河流水環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果總體表現(xiàn)為“一般”, 哈大高鐵、達(dá)牛、盤山閘表現(xiàn)為“差”。達(dá)牛位于大萬渡口附近, 交通樞紐帶來便利的同時(shí)也帶來了一定的污染, 渡口附近捕魚現(xiàn)象嚴(yán)重。另外, 河岸帶土壤主要以沙地為主, 河床受水流沖刷導(dǎo)致河底淤沙嚴(yán)重。盤山閘監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于盤錦市區(qū)內(nèi), 由于受人為因素的影響, 市區(qū)內(nèi)大量的生活污水及工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放到河流中, 使得此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)污染較為嚴(yán)重[48]。宗福哲等[49-50]利用綜合指數(shù)法對(duì)遼河流域水生態(tài)健康進(jìn)行評(píng)估, 其中遼河干流包括27個(gè)監(jiān)測(cè)斷面, 其中盤錦興安斷面的總氮含量超出V類水的0.2倍, 證實(shí)了本研究的結(jié)果, 評(píng)估結(jié)果較好的反應(yīng)了遼河干流水生態(tài)健康實(shí)際情況。另外, 雖然各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的河流水環(huán)境處于“一般”的狀態(tài), 但在評(píng)價(jià)過程中可以發(fā)現(xiàn), 大部分點(diǎn)位的河流水體的氨氮、總磷和揮發(fā)性酚的含量相對(duì)較高, 可能與遼河干流流經(jīng)遼寧省內(nèi)四市, 難免收納周邊城市的生活污水、畜牧及養(yǎng)殖業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水以及工業(yè)廢水。上述生活污水和工業(yè)廢水本身含有大量的氮、磷污染物, 排入到河流中后, 對(duì)河流造成污染, 形成了大量的富營(yíng)養(yǎng)化因子污染物和有毒有機(jī)污染物, 從而造成河流的總磷、氨氮、揮發(fā)性酚的含量較高。研究表明, 氨氮、、揮發(fā)性酚等是遼河流域的主要污染物。因此, 還應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)遼河干流水污染的治理, 將生活污水處理同工業(yè)廢水治理結(jié)合起來, 以求更有效地改變遼河干流的水質(zhì)情況。河岸帶棲息地環(huán)境總體表現(xiàn)為“極差”, 原因主要包括以下兩點(diǎn), 其一為主觀原因, 由于化學(xué)完整性更加側(cè)重于水環(huán)境的評(píng)價(jià), 河岸帶棲息地環(huán)境的權(quán)重相對(duì)較小, 導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果偏低; 其二為客觀原因, 土壤修復(fù)周期較長(zhǎng), 遼河干流圍封時(shí)間較短, 歷史上過度開墾、施肥帶來的污染仍存在, 導(dǎo)致各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)未能達(dá)到理想狀態(tài), 評(píng)價(jià)結(jié)果顯示河岸帶環(huán)境“較差”[18,51-52]。

4 結(jié)論

通過對(duì)比模糊評(píng)價(jià)法、貼近度法和綜合指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn), 綜合指數(shù)法更適合遼河干流化學(xué)完整性評(píng)價(jià), 模糊評(píng)價(jià)法和貼近度法均存在超模糊現(xiàn)象, 分辨率較低。另外, 遼河干流化學(xué)完整性受生活和生產(chǎn)污水的影響較大, 遼河干流沿岸的點(diǎn)源與面源污染問題仍需要持續(xù)重視與治理。

[1] LADSON A R, WHTTE L J, DOOLAN J A, et al. Development and testing of an index of stream condition for waterway management in Australia[J]. Freshwater Biology, 1999, 41(2): 453–468.

[2] 涂敏. 基于水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的河流健康評(píng)價(jià)方法[J].人民長(zhǎng)江, 2008, 39(23): 130–133.

[3] 董桂華. 基于單因子分析法的河流地表水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2016, 24(4): 5–7+18.

[4] 段少潔, 楊軍耀. 加權(quán)歐氏距離法和模糊綜合評(píng)價(jià)法在陽(yáng)泉市主要河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中的比較分析[J]. 水電能源科學(xué), 2020, 38(7): 53–56.

[5] 張杰, 蘇航, 盛楚涵, 等. 渾太河河流生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2020, 33(2): 363–374.

[6] 張明陽(yáng), 王克林, 何萍. 生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 熱帶地理, 2005, 1(25): 10–13, 18.

[7] 宋蒙蒙, 田爽, 盧奧然, 等. 渭河河流生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建[J]. 大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2020, 35(2): 288– 295.

[8] 李宏偉, 呂軍. 拉林河流域生態(tài)完整性評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境研究與監(jiān)測(cè), 2019, 32(4): 42–47.

[9] 余建平, 伊?xí)韵? 余順海, 等. 基于景觀格局指數(shù)的錢江源國(guó)家公園生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)分析[J]. 浙江林業(yè)科技, 2020, 40(4): 30–36.

[10] Eadie B J. “Chemical Integrity” of the Great Lakes?[M]. Windsor, 2005.

[11] 程佩瑄. 典型流域水化學(xué)完整性評(píng)價(jià)研究[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué), 2020.

[12] DEPINTO J V. Chemical integrity of naturally occurring substances in the Great Lakes[M]. Windsor, 2005.

[13] 董珺璞, 謝志鋼, 滕凡全. 大凌河化學(xué)完整性調(diào)查評(píng)價(jià)研究[J]. 東北水利水電, 2015, 33(7): 18–20.

[14] 溫樹影. 渾河化學(xué)完整性健康評(píng)價(jià)研究[J]. 東北水利水電, 2016, 34(1): 31–32.

[15] 錢筱暄. 青弋江化學(xué)完整性評(píng)價(jià)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2018(1): 178–179.

[16] 郭濤. 石佛寺水庫(kù)水質(zhì)狀況及評(píng)價(jià)[J]. 東北水利水電, 2019, 37(8): 55–56.

[17] 原暉. 復(fù)州河化學(xué)完整性評(píng)價(jià)[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2020(4): 41–42.

[18] WANG Di, Zhang Yiran, Feng Yulong, et al. Changes in vegetation and soil properties following 6 years of enclosure in riparian corridors[J]. Journal of Plant Ecology, 2020, 4(13): 131–138.

[19] 郭維東, 陸謙益, 張家陽(yáng), 等. 遼河干流物理生境完整性模糊綜合評(píng)價(jià)[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 45(3): 310– 314.

[20] 郭維東, 盛靜, 孫翠玲, 等. 多沙河流水庫(kù)物理生境完整性模糊評(píng)價(jià)[J].人民黃河, 2015, 37(7): 82–84.

[21] 孫雷. 主成分分析法和模糊綜合分析法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的實(shí)例比較[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2011, 36(8): 178–181.

[22] 薛鵬飛. 綜合指數(shù)法和模糊數(shù)學(xué)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的對(duì)比[J].中外交流, 2017, 29: 22–23.

[23] 劉營(yíng). 河流健康的模糊評(píng)價(jià)模型研究[J]. 廣西水利水電, 2018(2): 95–99.

[24] 孫雷. 主成分分析法和模糊綜合分析法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的實(shí)例比較[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2011, 36(8): 178–181.

[25] 黃瑞, 韓龍喜, 張鴻, 等. 基于模糊評(píng)價(jià)和AHP的大伙房水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 人民黃河, 2013, 35(4): 32–34.

[26] 趙夢(mèng)嫻, 董橋. 基于熵權(quán)-模糊評(píng)價(jià)的半枯竭水體生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系研究[J]. 科技與創(chuàng)新, 2018(6): 55–57.

[27] 張文鴿, 管新建, 徐清山. 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的模糊貼近度方法[J]. 水資源保護(hù), 2006(2): 19–22.

[28] 林和振. 模糊貼近度方法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].吉林水利, 2006(10): 10–11.

[29] 關(guān)全成, 趙雙喜, 劉江峰, 等. 模糊貼近度法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 節(jié)水灌溉, 2012(7): 43–46.

[30] 王迪, 張依然, 曲波. 遼河干流生物完整性評(píng)價(jià)[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 49(1): 88–94.

[31] 楊薇, 田藝苑, 張兆衡, 等. 近60年來白洋淀浮游植物群落演變及生物完整性評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境生態(tài)學(xué), 2019, 1(8): 1–9.

[32] 朱國(guó)宇, 熊偉. 模糊評(píng)價(jià)法與綜合指數(shù)法在生態(tài)影響后評(píng)價(jià)中的應(yīng)用比較研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 42(2): 54–59.

[33] 徐香勤, 蔡文倩, 雷坤, 等. 天津市河流生態(tài)完整性評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2020, 33(10): 2308–2317.

[34] 彭翠華, 吳文佑, 孫景昆, 等. 用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)大渡河猴子巖工程河段水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)[J]. 四川水力發(fā)電, 2018, 37(5): 117–19.

[35] 李朝, 魏超. 基于水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)徐州河流[J]. 環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警, 2020, 12(3): 53–56.

[36] 趙江輝, 岳鈞. 基于熵權(quán)綜合指數(shù)法的河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)研究[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì), 2013, 19(2): 37–39.

[37] STEVENSON R J, PAN Y. Assessing environmental conditions in rivers and streams with diatoms[J]. The Diatoms: Applications for the Environmental and Earth Sciences, 1999. doi:10.1017/CBO9780511763175.005.

[38] XIA Huijuan, KONG Weijing, SUN Jianxin, et al. Spatial- temporal dynamics of vegetation cover before and after establishment of Liaohe River Reserve based on MODIS NDVI[J]. Acta Ecologica Sinica, 2018, 38(15): 168–176.

[39] 李忠國(guó). 穩(wěn)河勢(shì)、保水質(zhì)、促生態(tài)—遼河保護(hù)區(qū)生態(tài)治理實(shí)踐[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 3(6): 403–408.

[40] 李翔, 張遠(yuǎn), 孔維靜, 等. 遼河保護(hù)區(qū)水生態(tài)功能分區(qū)研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2013, 32(6): 744–751.

[41] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)[M]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

[42] 張楠, 孟偉, 張遠(yuǎn)．遼河流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康的多指標(biāo)評(píng)價(jià)方法[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2009, 22(2): 162–170.

[43] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). GB3838—2002 [S]. 北京: 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局, 2002.

[44] MA Keping, LIU Canran, YU Shunli, et al. Plant community diversity in dongling mountain, Beijing, China: species richness, evenness and species diversities[J]. Acta Ecologica Sinica, 1995, 15(3): 268–277.

[45] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)出版社, 1999: 1–123 .

[46] 國(guó)家水利局. 地表水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). SL63—94 [S]. 北京: 國(guó)家水利部, 1994.

[47] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn). GB 15618—1995 [S]. 北京: 國(guó)家環(huán)境保護(hù)部, 1995.

[48] 裴淑瑋, 周俊麗, 劉征濤. 遼河流域盤錦段水質(zhì)污染狀況簡(jiǎn)析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2013, 36(2): 56–60.

[49] 宗福哲. 遼河流域水生態(tài)健康評(píng)價(jià)[D]. 沈陽(yáng): 遼寧大學(xué), 2017.

[50] 張遠(yuǎn), 趙瑞, 渠曉東, 等. 遼河流域河流健康綜合評(píng)價(jià)方法研究[J]. 中國(guó)工程科學(xué), 2013, 15(3): 11–18.

[51] HALE R, REICH P, DANIEL T, et al. Assessing changes in structural vegetation and soil properties following riparian restoration[J]. Agricultural Ecosystem Environment, 2018, 252: 22–9.

[52] MACKAY J E, CUNNINGHAM S C, CAVAGNARO T R. Riparian reforestation: are there changes in soil carbon and soil microbial communities[J]. Science of the Total Environment, 2016, 566/567(1): 960–967.

Comparison of river chemical integrity evaluation methods in Liaohe River Main Stream

WANG Di1, LIU Zhi1, LIU Dongdong2, XUE Chenyang1, GAO Yingmei1, ZHOU Bin3, QU Bo4,5,*

1. Shenyang Academy of Environmental Science,Liaoning Provincial Key Laboratory for Urban Ecology, Shenyang110161,China 2. Beijing Compass Technology Development Company, Beijing 100102, China 3. Liaoning Ecological meteorological and Satellite Remote Sensing Center, Shenyang 110866, China 4. College of Bio-science and Technology,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866, China 5. Liaoning Panjin Wetland Ecosystem National Observation and Research Station, Shenyang 110866, China

Chemical integrity evaluation which based on water environment quality of river and riparian habitat status was considered as an effect method for assessing the water chemical pollution, controlling water pollution and making a restoration planning scientifically. It is meaningful for degraded river ecosystem to recover its ecological carrying capacity and ecological function. Liaohe River main stream was selected as the research area of chemical integrity evaluation study for exploring the concept, evaluation index, evaluation standard and evaluation method; the nineteen indices were selected from water environment quality and riparian habitat quality for establishing an evaluation index system. The comprehensive index method was the most suitable method for river chemical integrity evaluation than fuzzy comprehensive evaluation method and Hamming osculating method. The result of comprehensive index method showed that the chemical integrity in Liaohe River main stream was "general". Hadagaotie, Daniu and Panshanzha were evaluated as "bad" in water environment, because they were located in the traffic node with lots of anthropogenic disturbances. In addition, Panshanzha was under construction for a long time and close to the urban area, so it was seriously affected by construction waste and urban sewage. The study results could be referred for researchers and managers to identify the chemical integrity status and carry out ecological restoration work.

Main stream of Liaohe River; chemical integrity; selection of evaluation methods; river environment; habitat quality of riparian corridors

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.016

S157.2

A

1008-8873(2022)04-129-13

2020-08-01;

2020-10-17

遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化指導(dǎo)計(jì)劃(2019JH8/10200017); 國(guó)家自然科學(xué)基金(31901209); 中國(guó)博士后科學(xué)基金(2018M641492); 遼寧省自然科學(xué)基金(20180551024)

王迪(1990—), 女, 遼寧沈陽(yáng)人, 博士, 主要從事生態(tài)環(huán)境修復(fù)與生物多樣性研究, E-mail: ecology_wd@163.com

通信作者:曲波, 女, 博士后, 教授, 主要從事生物多樣性與生物入侵機(jī)理研究, E-mail: syau_qb@163.com

王迪, 劉智, 劉冬冬, 等. 遼河干流河流化學(xué)完整性評(píng)價(jià)方法對(duì)比研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2022, 41(4): 129–141.

WANG Di, LIU Zhi, LIU Dongdong, et al. Comparison of river chemical integrity evaluation methods in Liaohe River Main Stream[J]. Ecological Science, 2022, 41(4): 129–141.