基于物元分析法的地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)與生態(tài)化治理對(duì)策

李靖媛

摘要：由于傳統(tǒng)對(duì)于地表水評(píng)價(jià)與生態(tài)化治理的方法不能有效評(píng)價(jià)水質(zhì)情況，導(dǎo)致水質(zhì)污染不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，周邊生態(tài)環(huán)境問題不佳，景觀觀賞性較差，研究基于物元分析法的地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)與生態(tài)化治理對(duì)策，通過對(duì)地表水指標(biāo)監(jiān)測獲取水質(zhì)參數(shù)，再結(jié)合物元法分析評(píng)價(jià)地表水水質(zhì)結(jié)果，通過河道攔污工程進(jìn)行生態(tài)化治理來完成對(duì)于地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)與生態(tài)化治理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)用本文方法后的水質(zhì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率達(dá)到95%，生態(tài)化治理情況良好。

關(guān)鍵詞：物元分析法；地表水；水質(zhì)評(píng)價(jià)；生態(tài)化治理

近年來，我國對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評(píng)價(jià)的工作正如火如荼地開展，對(duì)生態(tài)化治理問題非常重視。對(duì)于地表水的水環(huán)境狀況，通過水質(zhì)監(jiān)測與評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的自動(dòng)化，可做到及時(shí)掌握水質(zhì)狀況，對(duì)污染提前預(yù)警，全面客觀評(píng)價(jià)水質(zhì)狀態(tài)。通過自動(dòng)化信息數(shù)據(jù)的顯示，加強(qiáng)了對(duì)水質(zhì)問題評(píng)價(jià)的科學(xué)性和客觀性，避免由于主觀原因而導(dǎo)致的污染問題解決滯后[1]。然而，現(xiàn)如今由于長期對(duì)于河道缺乏妥善治理，淤泥沉積嚴(yán)重，個(gè)別河段的水質(zhì)等級(jí)低下，景觀性較差，嚴(yán)重影響市民的生活，有損城市形象。因此，現(xiàn)階段通過選取地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)作為研究對(duì)象，運(yùn)用物元分析法技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況展開實(shí)驗(yàn)和分析。

1? ? 地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)與生態(tài)化治理對(duì)策

1.1 地表水指標(biāo)監(jiān)測

將地表水按等級(jí)高低依次劃分為五類，按水域環(huán)境和保護(hù)目標(biāo)，對(duì)斷面進(jìn)行監(jiān)測，部分地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值如表1所示。

5 農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)及景觀水域

選擇監(jiān)測數(shù)據(jù)較為完整的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)分析，其中地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)極限值，如表2所示。

按照枯水期、平水期、豐水期三個(gè)水文時(shí)期對(duì)流域各監(jiān)測站水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，枯水期平均含量大于平水期和豐水期，說明降水量對(duì)總磷含量造成影響的程度大，且可能與這兩種水質(zhì)指標(biāo)含量呈正比[2]。溶解氧在枯水期存在高度變異的狀態(tài)，但在相對(duì)兩種區(qū)域內(nèi)溶解氧均不高，表現(xiàn)為低度變異，說明降水量減少可能會(huì)加強(qiáng)溶解氧含量的空間問題。

1.2 物元分析法評(píng)價(jià)地表水水質(zhì)結(jié)果

地表水生態(tài)物元P=（R，X，Y），其中物元分析中描述對(duì)象地表水為R，指標(biāo)為X，指標(biāo)量值為Y。若存在m個(gè)水質(zhì)對(duì)象，若水質(zhì)數(shù)據(jù)有k個(gè)指標(biāo)，則m個(gè)k維物元構(gòu)成了m維復(fù)合物元為：

公式（1）中：為第個(gè)指標(biāo)中的第個(gè)事物。指標(biāo)實(shí)測值也算在其中[3]。生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的域物元矩陣可表示為：

生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)評(píng)價(jià)的節(jié)域物元矩陣為：

公式（3）中：P為節(jié)域物元；為節(jié)域物元中關(guān)于指標(biāo)的量值范圍，表示為。確定關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

公式（4）中：表示為第項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)第級(jí)的關(guān)聯(lián)度。待評(píng)價(jià)對(duì)象關(guān)于等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度為：

公式（5）中：Zi為每個(gè)評(píng)價(jià)中的權(quán)重。選擇kpj，則之后評(píng)價(jià)對(duì)象設(shè)定為第j等級(jí)。k值較大意味著該評(píng)價(jià)對(duì)象在設(shè)定的等級(jí)中不活躍[4]。k值較小說明該評(píng)價(jià)對(duì)象存在一定的減少等級(jí)k值的變化方向。對(duì)于評(píng)價(jià)函數(shù)等級(jí)的門檻值Pt，權(quán)系數(shù)為：

若k值在所有等級(jí)中均為正值，則表明評(píng)價(jià)對(duì)象等級(jí)在設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)之外，并向最小k值完成變化。數(shù)值越大，說明等級(jí)的相關(guān)屬性越少，在一定條件下，可以轉(zhuǎn)化為符合要求的對(duì)象，根據(jù)轉(zhuǎn)化程度的容易與否，來確定水質(zhì)結(jié)果。

1.3 河道攔污生態(tài)化治理

傳統(tǒng)方法的運(yùn)行成本過高，且其在防洪過程中的管理存在問題，使得蓄水功能降低[5]。針對(duì)這種情況，本研究通過在生態(tài)治理工程中應(yīng)用蓄水建筑物來進(jìn)行河道攔污。

建設(shè)三座蓄水建筑物，擋水高度為2 m，河道常年保持蓄水狀態(tài)，并將水深控制在一定范圍內(nèi)?？菟竟?jié)時(shí)落下水閘，提高上游的水位，用于滿足流域內(nèi)水利發(fā)電的需求。在洪水期打開閘門，確保閘門中水位在規(guī)定的水位下方，同時(shí)實(shí)時(shí)控制水量，來保證下方的水流經(jīng)過后的安全問題。在改變上流水位時(shí)，將閘頂調(diào)整相應(yīng)高度，高度定為3 m、長度定為50 m。這樣的蓄水建筑物可以減少洪水沖擊周邊建筑，不僅造價(jià)低，還有利于在抗洪中發(fā)揮作用。

此外，還設(shè)置了安全觀賞的標(biāo)準(zhǔn)線，并通過栽植建立植被護(hù)岸。護(hù)岸可以提升周邊生態(tài)功能的自凈能力。在加固岸坡時(shí)，考慮工程的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題，運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的材料需要對(duì)自然原料的比重、生態(tài)護(hù)岸的種類、特性和應(yīng)用范圍屬性有充分的認(rèn)識(shí)，具體如表3所示。

生態(tài)護(hù)岸縱坡為0.052 m左右，底寬20 m，下開口為30 m，通過砂礫泥石設(shè)置石墻來進(jìn)行遮擋[6]。持續(xù)對(duì)斷面進(jìn)行優(yōu)化和考量。河道斷面有四種斷面方式，為了保證安全，要保護(hù)河道周邊的天然生態(tài)環(huán)境，降低斷面處理對(duì)周邊生態(tài)的影響，具體斷面的形式和特點(diǎn)如表4所示。

修復(fù)水生態(tài)需要提高水質(zhì)，對(duì)河道攔污是提高河流水質(zhì)的主要舉措，對(duì)河道內(nèi)的水域進(jìn)行淤泥清理，經(jīng)過河道整治蓄水和注水后，通過水生態(tài)來完成代謝和降解[7]。同時(shí)需要多空間對(duì)綠化問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用景墻和雕塑石等景觀元素豐富景觀，提高沿岸植被多樣性。

2? ? 實(shí)驗(yàn)測試與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于遼寧省阜新生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，不同水體功能區(qū)分別設(shè)置一個(gè)監(jiān)測斷面，在斷面布施位置中選擇適宜的地點(diǎn)進(jìn)行采樣，利用參數(shù)在條件允許時(shí)實(shí)現(xiàn)多功能監(jiān)測，水系較大的支流需要在入河口和入?？谔幵O(shè)置監(jiān)測斷面。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置控制斷面，徑流量的絕對(duì)值小于總徑流量的75%。選取優(yōu)質(zhì)采樣點(diǎn)對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。包括2019—2021年城區(qū)內(nèi)的斷面數(shù)據(jù)，具體情況如表5所示。

對(duì)每一種水質(zhì)參數(shù)設(shè)定對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集，包含5種評(píng)價(jià)等級(jí)，每一種評(píng)價(jià)等級(jí)都有樣本，共有500種樣本。選取500種樣本作為訓(xùn)練集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理：

公式（7）中：為第種因子的第條數(shù)據(jù)，其中為最小值，為最大值。歸一化處理后可以減少外部環(huán)境對(duì)于訓(xùn)練結(jié)果的影響。在500種樣本訓(xùn)練集中隨機(jī)選取110個(gè)水質(zhì)樣本作為實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)。

2.2 地表水采集

采集河流表層水時(shí)，選用的容器需直接將中層的河水采集起來，避免采集河流底部的沉積物。在采集河流橫截面的中部流水時(shí)，可用繩子系住水桶或采樣瓶，在橋中間投入水中汲水，同時(shí)保證未混入漂浮雜質(zhì)，必要時(shí)可對(duì)水樣進(jìn)行過濾后再存于離心管中。為保證采集到的水樣不受容器污染，水樣裝入樣品容器前，采集須測定油類物質(zhì)的水樣時(shí)則無須沖洗。每采集一個(gè)水樣，都要使用便攜式定位儀準(zhǔn)確記錄采樣點(diǎn)位置，制作專用采樣登記表，仔細(xì)填寫。用標(biāo)簽紙記錄每一個(gè)水樣的編號(hào)、經(jīng)緯度位置、日期、需測定項(xiàng)目等，河水的透明度等應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測定；要確保水樣靜置20 min后，在距離水面6 cm以下的位置吸取水樣，并加入指定濃度和用量的保存劑保存，對(duì)于氟化物等項(xiàng)目的水樣要單獨(dú)采集。根據(jù)需要測定的不同項(xiàng)目，做好實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排，確保所有項(xiàng)目都在水樣保存期內(nèi)監(jiān)測完成。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

設(shè)置三個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，實(shí)驗(yàn)組運(yùn)用本文方法，其他兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組運(yùn)用傳統(tǒng)方法，為獲得數(shù)據(jù)集評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確率而展開實(shí)驗(yàn)。具體結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)圖1結(jié)果可知，在水質(zhì)樣本數(shù)量為110個(gè)時(shí)，傳統(tǒng)方法1組和2組水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確率都低于95%，且傳統(tǒng)方法2組的準(zhǔn)確率是三組里最低的。而采用本文方法得到的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確率比兩種傳統(tǒng)方法都要高，且準(zhǔn)確率達(dá)到了95%。由此看來相對(duì)兩種傳統(tǒng)方法的實(shí)驗(yàn)組來說，使用本文方法可以對(duì)水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確而有效的評(píng)價(jià)，從而能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水的水質(zhì)問題的優(yōu)化。具體生態(tài)化治理后的結(jié)果如表6所示。

進(jìn)行綜合治理后，河道生態(tài)環(huán)境明顯改善，保證了水質(zhì)的干凈無污染，生態(tài)景觀效果良好，增加了河道生物體系的多樣性，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)化有效治理。

3? ? 結(jié)語

本次研究從物源分析法入手，探究了地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，并設(shè)計(jì)了有效的生態(tài)化治理對(duì)策。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)總磷、溶解氧等不同水質(zhì)指標(biāo)對(duì)地表水體進(jìn)行有效監(jiān)測，可以總結(jié)水污染特征并準(zhǔn)確測定水質(zhì)，有利于后續(xù)的監(jiān)測和優(yōu)化。此外，在河道攔污生態(tài)化治理中，若想修復(fù)水生態(tài)，需要提高水質(zhì)，而在河道處實(shí)施攔污是提高河流水質(zhì)的最基本舉措，攔污項(xiàng)目配合河道整治蓄水和注水，通過水生態(tài)來完成代謝和降解也是提高水質(zhì)的一種補(bǔ)充措施。

盡管本文方法取得了一定的應(yīng)用效果，但是還存在一定的不足，比如對(duì)主要成分分析測定的不完善，對(duì)采樣數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的限制過于單一，使用的實(shí)驗(yàn)藥劑存在不匹配等問題。在今后的研究中，應(yīng)更加完善計(jì)算，通過對(duì)物元分析法的不斷完善，保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境，對(duì)水質(zhì)問題進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)對(duì)水質(zhì)問題進(jìn)行評(píng)價(jià)和改善。通過對(duì)水質(zhì)監(jiān)測的全方面優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水水質(zhì)和周邊生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)與治理。

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