南四湖上级湖水生态状况综合评价-水文学及水资源专业毕业论文

'山东大学硕士学位论文4．2水质序列分析方法．134．2．1序列组成134．2．2分析步骤144．2．3分析方法。144．3各监测点水质指标序列分析．174．3．1南阳监测点水质指标序列分析．．174．3．2各水质指标序列分析．．254．4本章小结30第5章藻细胞密度相关因子分析．．315．1数据选取315-2逐步回归分析方法315．3多元逐步回归分析结果325．4回归方程的检验345．5本章小结．35第6章南四湖上级湖水生态状况评价一366．1水量评价．366．1．1数据选取366．1．2评价方法一366．1．3评价结果．．376．2水质评价．386．2．1数据选取．．386．2．2评价方法386．2．3SPSS评价步骤．396．2．4评价结果416．2．5结果及成因分析。436．3富营养化评价466．3．1数据选取466．3．2评价方法一466．3．3评价结果一466．3．4结果分析。47¨万方数据 山东大学硕士学位论文6．4水生生物评价486．4．1数据选取．．486．4．2评价方法496．4．3水生生物数据资料一516．4．4评价结果一546．4．5结果分析．．566．5南四湖上级湖水生态状况评价576．5．1数据选取及处理．．576．5．2数据归一化．．576．5．3评价结果586．6本章小结59第7章水污染成因及治理建议．．607．1水生态污染成因．607．1．1自然因素．．607．1．2人为因素．．607．2水生态治理建议6l7．2．1工程措施．．6l7．2．2非工程措施一62第8章结语一638．1结论．638．2展望．63参考文献．．65致谢．．70攻读学位期间发表的学术论文目录一71lII万方数据 山东大学硕士学位论文CoNTENTSContentsinchinese．．IContentsinen91ish．1VAbstractinchinese．．VIIAbstractinenglish．VIIICh印ter1Intmduction11．1ResearchBackgroundandSignifiance．11．1．1Theresearchbackground．11．1．2ResearchSignifiaJlcel1．2Thegeneralresearchsituationoflaketswaterec0109icalassessment．．21．2．1Theforiegnresearchsituation．．21．2．2Thedomesticresearchsituation¨213Themainresearchcontentsandte：chnicalroute．．31．3．1Themainresearchcontents31．3．2TbchnicaIroute．4Chapter2Thegeneralsituationofupper_rcachlakesoflakeNansi．．52．1PhysicalGeography．．52．2Socie够锄deconomy一62．2．1Thegeneralsituationofsociety62．2．2Thegeneralsituationofeconomy．．62．3Hydr0109yandwaterresources6Ch印ter3Lake’swaterecologicaleValuationmethod83．1TheeValuationprinciple83．2TheevaIuationindexsystem¨83．3Theevaluationmethod．．93．3．1Evaluationstandard93．3．2711lemodi6edno唧alizationmethod¨103．3．3ThevariabIeweightcomprehensiVeeValuationofwaterecoIogy11Chapter4Thechangetrendanalysisofsin91ewaterqualityindex．134．1Dataselection．．134．2Analysismethodofwaterqualityindexsequence134．2．1Thecomposingofwaterindexsequence．134．2．2Analysisprocedures14IV万方数据 山东大学硕士学位论文4．2．3Analysismethods．144．3Analysisofwaterindexsequenceateachmonitoringpoint174．3．1Analysisofwaterindexsequenceateachmonitoringpoint．．174．3．2Generalanalysisofwaterqualityindexsequence254．4Chapterconclusion30Cha讲er5AnalysisofalgalceUdensity315．1Data．selection一3l5．2Themethodofstepwiseregressionanalysis3l5．3Resultsofmultiplestepwiseregressionanalysis．325．4TeStofregressionequation．345．5Ch叩terconclusion．．35Chapter6Evaluationofaquaticorganismatupper-l?eachlakesoflakenansi366．1EValuationofwaterstorage．366．1．1【"ataselection．366．1．2Analysismethod366．1．3Evaluationresults．376．2EvaluationofwaterquaJi妙．386．2．1Dataselection．386．2．2Evaluationmethod．386．2．3TheDmcessofSPSSevaluation．396．2．4Evaluationresults．416．2．5AnaIysisofreaultSandcause．436．3Evaluationofeutrophication466．3．1【Iataselection．466．3．2EvaIuationmethod．．466．3．3Evaluationresults．466．3．4Analysisofreaults．476．4EvaluationofaquaticO唱a11ism486．4．1Dataresources486．4．2Evaluationmethods．496．4．3Aquaticorganismdata516．4．4Evaluationresults．546．4．5Analvsisofreaults566．5Thecomprehensiveevaluationofwaterecology．．57万方数据 l____l-ll_I_____-__●--_l___●______l_-lI_I_●l___-___山东大学硕士学位论又6．5．1Dataresourcesandprocessing¨576．5．2ThenonTlalizationofdata576．53Evaluationresults．586．6ChaDterconclusion59Chapter7Thecauseofwaterecologicalpollutionandmanagementsuggestions607．1111ecauseofwaterec0109icalp01lution607．1．1Naturalfactors．607．1．2Humanfa鹏rs607．2Thesuggestionsofwaterecologicalmanagement¨6l7．2．1Engineeringmeasures6l7．2．2Non．engineeringmeasures．．62Ch印ter8Conclusionandprospect．．638．1Conclusion638．2n-osDect一63Refcrences．．65Acknowledgement70PapersPublishedandParticipationinResearchProject．71VI万方数据 山东大学硕士学位论文摘要南四湖作为南水北调东线工程的调蓄湖泊及重要的饮用水源的蓄水湖泊，其水质的好坏直接关系到济宁、枣庄和南水北调东线工程沿线城镇经济社会的可持续发展及水生态环境的改善。南四湖南北狭长，入湖河流众多，尤其是上级湖，沿途的城镇居民生活垃圾极易进入南四湖内，因此，南四湖的污染治理极其重要。了解南四湖的水生态状况变化规律，对南四湖的整治、管理及其周边地区经济社会的可持续发展具有重要意义。本文的研究内容和采用方法是：一、探讨了湖泊水生态评价体系构建的原则和方法，为湖泊水生态状况评价指标体系的建立提供了理论基础；二、构建湖泊水生态状况评价模型，根据评价目的及数据资料筛选南四湖上级湖水生态状况的评价指标，提出湖泊水生态评价的四个准则层，水量、水质、富营养化和水生生物，在改进的归一化方法的基础上，确定了水生态综合评价方法，即为变权重的水生态综合评价方法；三、根据水量等四个准则层不同的特点，分别运用相应的评价方法得到各准则层的评分，以达到对湖泊水生态状况定量评价的效果，其中，水质综合得分评价采用主成分分析法，并进行了细致的水质污染成因分析。除了入湖河流水质的影响，南水北调东线工程通水和汛期时入湖河流水体流速加大引起的底泥扰动，也是水质污染成因之一：四、将水文序列的分析方法应用到水质指标序列的分析中，对南四湖上级湖王庙等6个监测点的水质指标进行细致的组成成分的分析，从而对水质变化趋势作出了合理分析；最后根据各准则层的评价结果对湖泊水生态状况进行综合评价并赋分，从而为湖泊水生态状况评价体系的研究提供了技术支撑。本文的湖泊水生态状况评价以南四湖上级湖的评价为例，研究南四湖上级湖2008年也014年的水生态状况及其变化规律，并对各水质监测点的水质指标序列的变化规律进行研究，得出的结果是南四湖上级湖的水生态状况较好。本文就南四湖上级湖水生态研究过程中发现的一些问题，提出了相应的治理建议。关键字：湖泊水生态状况；评价体系；成因分析；变权重；南四湖上级湖VIl万方数据 山东大学硕士学位论文ABSTRACTLakeNansiisthestoragelakesofEastRouteofSOuthtoNorthWaterDiVersiOnProject，andit’salwaysthestoragelakeofdrink．ngwater，so，itswaterqualityisdirectlyrelatedtotheeconomicandsocialsustainabledeVelopmentandwaterecologicalenvironmentimpro、，ementinJining，ZaozhuangandtheregionalongEastRouteofSouthtoNorthWraterDiVersionProject．LakeNansiislongandnarrowf．mmnorthtosouth，therearemanyriVersintothelake，especiallytheuppe卜lakes．TheliVinggarbagethatisaIongtheurbanresidentsiseasyaccesstoLal(eNansi，therefore，LakeNansiisthemostimportantpointofcontrollingpollution．IfLakeNansi’swaterecologicalstatuschangescanbeunderstood，ithasimport肌tsignifkanceforthemanagementandsustainabledeVelopmentofNansiLake’ssurroundingregions．Thereseachcontents柚dmethodsinthispaperareasfolIows：FirStI、，"buiIdingtheIake’swaterecologicaIprinciplesandmethodsoftheeValuationsystemwereexplored，andthetheoreticalbasiswasproVidedfortheestablishmentofevaluationindexsystemoflakewaterecoIogicalstatus．SecondIy，theevaluationmodeloflakewaterecologicalstatuswasbuiIt，andaccordingtotheevaluationpu叩ose锄ddata，theupper-lal(esofIakeNansi’secoIogicaIs倒=useValuationindexeswerechosen；andfourcriteriafortheec0109icalassessmentoflakewereproposed，theywerewaterquanti吼waterquality"eutrophicationandaquaticlife；andonthebasisoftheimproVednorrnalizationmetllod，thecomprehensiVeeValuationmethodofwaterecologywasestablished，thatwas，theVariableweightcomprehensiVeeValuationmethodofwaterecologyIthirdly’accordingtothedi骶rentcharacteristicsofwaterquantity’waterquali吼eutrophicationandaquaticlife，thecorrespondingeValuationmethodswereusedrespectiVelytogetscorcsofeachmlelayerinordertoachieVetheeffectofquantitatiVeeValuationoflakewaterecologicalsituation，andamongthem，thecomprehensiVeeVaIuationofwaterqualityusedtheprincipalcomponentanalysismethod，andthedetailedcausesofwaterpollutionwasanalysed，inadditiontothee任-ectSofriVerwaterintottle1ake，thewatertransferofSouthtoNonhWaterDiVersionEastRouteProject，andfloodoftheriVersimothelakecanmakethenowrateincreasethatthesedimentdisturbanceleadstothe、Vaterpollution；forthly，theanalysiso仆ydrologicaltimeseriesanalySismethodwasappliedtothewaterqualityindexsequence，thewaterqualityindex’scompositionofWangmiaomonitoringpointandothernVemonitoringpointsofNansiLakewereVTTT万方数据 山东大学硕士学位论文analyseddetailedly，soastomakeareasonablechangeofwaterquali哆changetrendanalysis；nnally，accordingtotheeValuationresultsofeachcriterionlayer，thelakes’waterecologicalstatuswaseValuatedandassignedpoints，andthisproVidedthetechnicaIsupportfortheresearchoflakewaterecologicalstatuseValuationsystem．Inmispaper，thelakewaterecologicalstatuseValuationwaswiththeeValuationofuppe卜lakesofIal(eNansiasanexample．ThewaterecologicaIstatuschangeandreguIarityoftheuppe卜IakesoflakeNansiin2008—20l4wereresearched，andthechangeruleofwaterqualityindicatorsequencesineachwatermonitoringpojntswerestudied，thenitwasconcludedthatthewaterecologicalstatusofthelakenansiwasgood．Inmispaper，accordingtothepmblemsthatwerefoundinthepmcessofuppe卜lakesoflakeNansi’swaterecologicalresearch，thecon．espondingsuggestionswereputfonVard．K舒啊ords：Lake’swaterecologicalstatus；eValuationsystem；VariabIeweight：causeanaIysis；upper-reachlakesofLakeNansi万方数据 山东大学硕士学位论文第1章绪论1．1选题背景及意义1．1．1选题背景在我国经济社会都处于快速发展的时期，生态环境的各种问题越来越引起政府、媒体等社会各方的高度重视。水生态和水环境是否健康，直接或间接的影响着一个国家或地区的经济社会发展。水生态问题也成为了生态环境问题的重中之重。2003年，山东省人民政府曾提出将“解决水资源短缺、保护水生态环境”作为建设生态省的首要任务。2012年，党的十八大提出了关于“大力推进生态文明建设”的重大战略决策。我国的人均水资源占有量和亩均水资源占有量较世界水平偏低。我国人口的迅速增长，以及改革开放以来，经济社会的迅速发展，工农业对水环境资源的过度使用，以上的各种人类活动造成了水生态环境的破坏，甚至严重恶化，各种水生态环境灾害事件频发。因此，当前水资源及水环境管理的首要问题之一是如何客观准确地评价水生态状况，从而探寻水污染成因，提出合理的治理措施，保证其可持续发展。湖泊是重要的水源地，直接对湖泊周边地区的经济、社会的发展等产生重要影响。工业垃圾和生活污水等污染物排放量的急剧增加，社会经济等活动的不合理开展，水土资源的过度开发，这一系列问题都加剧了湖泊水生态健康的恶化，湖泊中污染物含量远远超过其所能承受的范围，严重制约着湖泊周边地区经济的健康良好发展。南四湖不仅是我国北方最大的淡水湖，而且也是南水北调东线工程中非常重要的调蓄湖泊，其水质的好坏直接关系到济宁、枣庄及南水北调东线工程沿线地区经济社会的可持续发展和水生态环境的改善。I．1．2选题意义山东省地处我国东部沿海、黄河下游，是我国的人口大省和经济大省，省内水系发达。就湖泊而言，南四湖是山东省内最大的湖泊，且对于南水北调东线工程来讲，其地理位置极具重要性。南四湖的治污是保证南水北调东线工程顺利运万方数据 山东大学硕士学位论文行的关键【2]。了解南四湖的水质变化规律，对南四湖的整治管理及其周边地区经济社会的可持续发展具有重要意义。南四湖作为山东省的代表性湖泊，对其水生态状况进行评价，并深入地研究其水生态变化规律，对于改善山东省湖泊的水环境，指导人们合理地开发、利用湖泊水资源具有非常重要的意义，从而做到经济与环境协调发展，更进一步地维持湖泊水生态平衡【3】。为进一步有的放矢、切实有效地解决好湖泊水生态环境中的问题，对南四湖的水生态环境因子进行全面分析，找出其变化规律及变化成因，是非常必要而迫切的。1．2湖泊水生态评价研究概况1．2．1国外研究概况从生态系统到水生态，国外研究的发展相对较快：随着工业的迅速发展，生态环境逐步恶化，为了保障人类社会的良性发展，20世纪60年代后，生态学应运而生，并快速发展，例如胁迫的生态学由wbodwell[41和Barrett【51所倡导，生态系统的生态学由Oduni【6】所提倡。1988年，生态系统的健康度量由Schae虢r等‘71首次对其进行探讨。1989年，Rappo“8"91首次对生态系统健康内涵进行了论述。1997年，Costallza【10】提出的‘‘生态系统健康”的概念是目前最具有权威性的。欧洲、北美等国家都进行了关于湖泊的生态系统健康评价方面的研究【l】。90年代末，加拿大学者针对北美的大湖区的情况，深入研究了其污染物的防治、退化生境的恢复，并且对相关生态系统进行了健康评价‘11】。另外，美国也对自己国家的生态系统健康进行了大量的评价，目的是能够有及时的针对由于生态退化所导致的自然环境问题的应对措施[12】。在上世纪末，PalBre仕um等人发现Amsioen湖中浮游植物在发生洪水后，其群落结构组成发生了很大的变化【13】。1．2．2国内研究概况我国对湖泊的水生态健康评价也从不同方面运用不同方法进行了大量的研究。2005年，赵臻彦等人【¨】采用生态系统健康指数法定量地对湖泊的水生态健康状况进行评价；姚焕玫【15】利用主成分分析法分析了水质指标与湖泊水质的关系，并且将GIS技术应用到湖泊水质综合评价和污染管理当中。2006年，卢媛媛等116]应用指标体系法，采用系统外压力指标和系统内响应指标对湖泊的水生态健康进万方数据 山东大学硕士学位论文行了评价。2007年，马太玲‘171研究了传统的指数法、分级评分法、模糊综合评价法、灰色评价法以及自适应神经网络、加速遗传算法等各种湖库水质评价方法，并进行了对比，提出相应水污染防治措施；庞清江【”1等人对东平湖水生生物进行实地调查和监测，结合南水北调东线工程对东平湖水体质量的要求，对东平湖水质现状进行了评价。20lO年，钟振宇㈣通过对洞庭湖水质状况、富营养状态和生物多样性的评价，基于熵权法对洞庭湖的水生态健康及安全进行了综合评价，得出相应评价结果。2011年，师吉华等【20]人在2006～2009年期问，采用生物多样性指数法，结合东平湖的资料，对东平湖浮游生物、鱼类、高等水生植物、底栖动物及优势种群近30年来的演变；朱凌【211探索了能质法、综合指数法等多种典型评价方法以及BP神经网络法、聚类分析法等指标分类评价法，从而对抚仙湖和滇池的生态安全进行了评价。2012年，孑L令阳【22]采用层次分析方法和模糊数学方法，建立完整的江汉湖泊生态系统健康评价体系，得出评价结果。2013年，覃红燕‘231分析了气候变化、人为干扰等对洞庭湖的影响，从而得出了近50余年洞庭湖水文环境演变及其成因分析。此外，部分学者对于南四湖的水质、水生生物以及南水北调工程对南四湖水生态产生的各种影响，进行了一定的研究，但目前尚未有完整的南四湖水生态评价体系。1．3研究内容及技术路线1．3．I研究内容本文研究的主要内容如下：1)搜集湖泊水生态状况评价的相关资料，确定选取湖泊水生态状况评价指标的评价原则，从而提出适用于南四湖上级湖水生态状况的评价体系和评价方法；2)对各个水质单项指标进行组成成分分析，分析其变化规律；3)对藻细胞密度的影响因子进行分析，确定主要影响因素：4)对南四湖上级湖2008~2014年的水量、水质、富营养化和水生生物4个准则层进行评价，在赋分时探讨合适的指标归一化方法；5)应用本文提出的变权重水生态评价方法，对南四湖上级湖的水生态状况进行综合评价，根据评价结果分析其2008～2014年的变化规律。6)分析南四湖水生态要素的影响成因，提出治理对策。3万方数据 仪磐迥扑书匿扑K长兀1匦螺密长辎妖奄H-I团。I-I匝武．鳟皆长辎g卜器旺咪仪将释暑吾*蜒N．￡．_万方数据 山东大学硕士学位论文第2章南四湖上级湖概况2．1自然地理南四湖位于淮河流域北部，山东省西南部，属淮河流域的沂沭泗水系，是南水北调东线工程重要的调蓄湖泊，具有蓄水、引水灌溉、供水、防洪、排涝、水产、航运及旅游等功能㈣。二级坝枢纽建于南四湖中部最窄处，坝北被称为上级湖，坝南被称为下级湖，其中，南四湖上级湖包括南阳、独山和昭阳三个湖泊。南四湖上级湖的汇水面积为28028km2，占总面积的88．4％。湖泊主要特征见表2一l。表2．1南四湖上级湖主要特征指标表湖面面积(km2)602平均湖底高程(m)32．3死库容(亿m3)2．69死水位(m)32．79库容兴利库容(亿m3)6．61水位兴利水位(m)33．99总库容(亿m3)26．1250年一遇防洪水位(m)36．79本次研究采用南四湖上级湖的王庙、南阳、前白口、独山、沙堤和二级坝闸上6个水质监测点。王庙和沙堤监测点分别邻近洙水河和城郭河的入湖口；济宁市嘉样县和任城区唐口镇等地区的工业废水和生活污水主要是由洙水河接纳；城郭河主要流经滕州市。南四湖流域图以及6个监测点在南四湖上级湖的分布见图2—1。注：◎Sl：王庙，◎S2：前白口，◎S3：南阳，◎S4：独山，◎S5：沙堤，◎S6：二级坝闸_j图2．1南四湖流域分布图和6个监测点的分布图万方数据 山东大学硕士学位论文2．2社会经济2．2．1社会概况南四湖流域包括四省(山东、江苏、河南和安徽)的三十二个县(市、区)。流域人口1945．4万人(2007年)，共有耕地面积2030万亩，约占总面积的43％，农业以种植为主，粮食作物有小麦、玉米、稻谷等；经济作物主要是棉花，油料作物主要是花生。南四湖流域有丰富的矿藏资源，其中煤炭资源分布面最大，煤种多样，埋藏地点集中，煤质好，便于大规模开发；另外流域内还有零星分布的铁矿、白云石矿、大理石矿、粘土等矿藏，以及丰富的沙、石等建筑材料。南四湖流域区域内有非常发达的交通，铁路、高速公路、京杭大运河都贯穿本区，另外还有京沪高速铁路，为其流域内经济的发展腾飞创造了更加有利的交通条件。2．2．2经济概况目前，粮棉生产、能源生产和淡水渔业养殖等是南四湖流域的主要生产项目，此外，化工、造纸、酿造等工业项目也分布在流域内。近年来，南四湖流域内的产业结构逐步优化，首先，以传统种植业为主的农村经济逐步转变为多元化的现代农业；其次，在工业传统行业普遍得到改造的同时，因为高新技术产业的发展，许多企业和品牌也逐步具有了较强的竞争力；此外，第三产业比重和层次也有明显提高和提升。2．3水文水资源受季风环流的影响，南四湖流域夏季降水显著多于冬季，汛期为每年的6～9月份。山东省内的南四湖流域多年平均年降水量为690mm，水资源总量为49．88亿m3【251。根据《山东省水资源公报》，南四湖流域2010年实际供水量为54．23亿m3，其中地表水供水量16．05亿m3，占总用水量的29．6％。近年来，地下水供水比例逐年增加，已经占整个南四湖流域供水量的很大一部分。南四湖流域的用水主要是农田灌溉，所以农业用水量的变化趋势与总用水量的变化趋势基本保持一致，呈波浪式起伏。改革开放以来，工业化发展速度加快，万方数据 山东大学硕士学位论文工业用水保持上涨。上个世纪末开始了工业节水等技术的应用，用水量开始有所回落。公共服务用水和城镇居民生活用水变化的幅度较小。万方数据 山东大学硕士学位论文第3章湖泊水生态评价方法3．1评价原则建立湖泊的水生态状况评价指标体系首先是要确定评价指标选取的原则，根据研究目的，本次研究选取评价指标所依据的原则如下口¨ol：(1)科学性原则：指标体系必须科学合理，湖泊的水生态状况的变化规律可以被客观真实的反映出来，其基本特征也可以准确地进行度量，层次结构严密。(2)代表性原则：除选取能反映湖泊生态状况的共性指标外，还应针对南四湖的特点，选取能代表南四湖水生态状况及变化特征的指标。(3)全面性原则：要系统而全面地设置湖泊水生态指标体系，尽可能包含反映影响湖泊水生态系统的所有因素，从而构成一个完整的评价指标体系，准确地反映湖泊生态状况。(4)层次性原则：湖泊水生态状况的指标体系要包含与水生态相关的各项因素，为了降低评价体系的复杂程度，可以通过分层分类，从不同角度比较直观地对湖泊的水生态状况进行定量评价。(5)实用性原则：指标容易获得，使用简单，易懂，易于掌握运用；经济实用，并且尽量与现有的相关管理部门所用的指标相一致。(6)动态性原则：用于度量和描述湖泊生态状况的评价指标应该能反映湖泊生态在不同阶段的状态，并且能够预测未来的发展趋势。3．2评价体系根据3．1中评价指标的选取原则，再考虑现有的南四湖上级湖的指标数据的完整性，现建立如下的评价指标体系：评价指标体系共分三层：目标层(A)：评价的目标就是南四湖上级湖水生态评价。准则层(B)：准则层主要从四方面考虑，分别为水量(B1)、水质(B2)、富营养化(B3)、水生生物(B4)。指标层(C)：水量指标(B1)：水位(C1)，湖泊蓄水量(C2)：万方数据 山东大学硕士学位论文水质指标(B2)：溶解氧(C3)，氨氮(C4)，化学需氧量(c5)，高锰酸盐指数(C6)，生化需氧量(C7)，氟化物(C8)，总磷(c9)，总氮TN(c10)；富营养化指标(B3)：总氮TN(C10)，总磷TP(C9)，叶绿素a(Cl1)，高锰酸盐指数(C6)，透明度(C12)：水生生物指标(B4)：鱼类(C13)，水生植物(C14)，大型底栖动物生物量(C15)，浮游植物生物量(C16)，浮游动物生物量(C17)。南四湖上级湖水生态状况评价体系的结构图见图3．1。图3．1南四湖上级湖水生态状况评价体系结构图3．3评价方法根据3．2节确定的南四湖上级湖水生态环境综合评价的模型，以及每个准则层所采用的评价方法，进行评价标准的确定，评价标准见表3．1。表3—1南四湖上级湖水生态环境综合评价标准9万方数据 山东大学硕士学位论文3．3．2改进的归一化方法本次研究需要对各项指标进行归一化处理，以排除各项指标量纲的影响。其中水质指标依据地表水环境质量评价标准进行归一化，该标准见表3-2。表3．2地表水环境质量评价标准p1】但已有的指标归一化方法都不同程度地放大或缩小了水质指标所属的水质类别，特别是当越小越优型指标的水质类别属于劣V类，且超出V类标准很多时，原有的归一化方法便不再适用。本文采取如下的归一化方法：根据水质评价标准将监测标准等间距划分，见表3．3。效益型和成本型的指标归一化计算公式分别见式(3．1)和式(3-2)。表3．3水质监测值归一化标准坐亟堡壅耋型∑耋!∑耋!!!耋!!耋!耋归一化区间(O，0．2】(O．2，0．41(O．4，O．61(o．6，O．81(0．8，11垒立劣5类o．塑二竺!劣5类bsj65，o+皇二!!!×o．25类¨砒5类02+尊×0．24类㈨一4类o2：?J一：4J一(3_1)协=2(3．2)一3类o．4+兰坚二!!!一×o，23类o．6+兰坚二丝!×o．22类盼一2类o．8+垒二尘l类瞄一一一一一一一一一姐吣毗1类6l厂621式中，柳为水质指标的原始监测数据；6口、幻、b、％、幻为水质指标的I、II、III、Iv、V类相对应的水质标准。经过上述归一化后，可以直观地通过数值的大小来比较水质的好坏，数值越大，代表水质越好；数值越小，代表水质越差。南阳监测点2008年1月份7项指标的监测值和归一化值见表3．4，以其归一化为例。由表3．4可见，各指标水质好坏程度依次为：D0>NH3一N=TP>氟化物>COD>CODMn>BOD5。1n万方数据 山东大学硕士学位论文表3．4南阳2008年1月8项指标的监测值和归一化值3．3．3变权重评价方法的确定为了使各准则层的权重在水生态综合评价过程中能更好地反映该准则层的实际情况，即根据各准则层对水生态影响程度的差异对权重大小进行调节。本研究尝试确定一种变权重的湖泊水生态综合评价方法，以期得到更能反映水生态实际情况的评价得分。本次水生态综合评价的指标体系中有四个准则层，分别为水量、水质、富营养化和水生物，其中，水量和水质两个准则层是水生态的较为根本和直接的影响准则层，富营养化和水生物这两个系统层受水质和水量的影响很大，存在一定的相关关系，所以在综合评价时，考虑水量和水质为主要影响因素。水量和水质这两个准则对水生态的影响存在动态的关系，比如当水量处于一般水平而水质较差时，水质是水生态变化的主要影响因素，反之水量为主要影响因素，富营养化和水生物也是相同的道理；考虑把差的准则层作为影响水生态的主要准则层，则得分越低，权重相应越大。由此一般性规律确定变权重的水生态综合评价方法，各准则层权重的计算步骤为：(1)各准则层得分归一化越小越优和越大越优的准则层的归一化方法采用与3．3．2中水质综合评价时相同的改进的指标归一化方法；根据后续的研究发现富营养化准则层为越小越优型，归一化方法见式(3．1)，水生生物准则层为越大越优型，归一化公式见式(3—2)。(2)各系统层权重的确定水量和水质对水生态的影响最为直接且最为显著，因此尝试将这两项准则层的权重基准定为O．7；而其余两项定为0．3。在本次研究中，主要考虑以较差指标来作为湖泊水生态的首要评价准则层，因此，所计算权重的含义即为：指标越优，权重越小；指标越差，权重越大。w。=o．7×—±L一(3—3)ys’yq’p。=o．7×—丝一(3—4)万方数据 山东大学硕士学位论文wP：o．3×—兰L(3．5)ye’ybw6：o．3×—兰L(3．6)ye’yb式中，w，、wg、w。、w6为水量、水质、水体富营养化和水生物的权重；弘、朗、蜘肋为水量、水质、水体富营养化和水生生物归一化值。(3)水生态综合等级指数根据加权平均计算水生态综合等级指数K4y2P，撕J=I(3．7)、，式中，wf、M的含义同上，，=s缈P，6。通过公式(3—7)的计算，就能够得到研究区水生态状况的综合评价得分。万方数据 山东大学硕士学位论文第4章单项水质指标变化趋势分析4．1数据选取本次研究选取了南四湖上级湖的王庙等6个水质监测点的9项水质指标，包括DO、COD、CODM。、BOD5、NH3．N、TP、TN、叶绿素a和氟化物。本次研究确定评价指标时主要考虑以下因素：①钙、钾、钠等指标监测不连续，本次研究不进行分析；尽管叶绿素a并未包含在地表水环境质量标准基本项目中，但其却是反映水体富营养化的重要指标，需对其进行重点分析研究。②对于监测期间，监测值基本上均为0(水体中基本不含该元素)或没有监测的指标，例如：氰化物、砷、挥发酚等本次研究不进行分析；③PH的监测值都在6．9区间，符合水质标准限值，本次研究不进行分析。根据水质指标的数据监测资料，对于南阳、独山、二级坝闸上3个监测点的DO、CODM。、TP、TN、叶绿素等5项指标，采用的数据序列为2008年至2014年中每个月的监测值。对于该3个监测点的其他水质指标序列和王庙等其他3个监测点的9项水质指标序列，均采用2008年至2014年中奇数月份的监测值。4．2水质序列分析方法4．2．1序列组成本次研究认为，水质指标监测值序列的组成成分包括确定性成分(趋势成分、跳跃成分、周期成分)和随机成分，具体成分组成见图4．1。图4．1水质指标监测值序列组成万方数据 山东大学硕士学位论文对某一项水质指标序列进行分析时，采取以下步骤进行成分识别和检验：①趋势成分识别采用Kendall秩次分析检验【32州】对序列进行趋势成分的识别和检验。②跳跃成分识别与检验采用有序聚类分析法[35】对序列进行跳跃成分识别，并利用游程检验法【36】进行跳跃成分的显著性检验。③趋势成分和跳跃成分排除A、当序列存在有显著的趋势成分而无显著的跳跃成分时，对原始序列监测值减去趋势线方程并除以原始序列均方差，从而得到排除趋势成分后的标准化序列。B、当序列存在有显著的跳跃成分时，以跳跃点为界，将原始序列分为前、后两个序列A和B。对A、B两个序列，若不存在趋势成分，减去其相应的均值再除以相应的均方差，得到其对应的标准化序列；若存在趋势成分，减去相应的趋势线方程后再除以相应的均方差，得到其对应的标准化序列。再将其A、B两个序列的标准化序列合成得到原始序列的标准化序列。④周期识别采用方差谱密度图法对序列的周期成分进行识别，存在趋势成分或跳跃成分的指标序列采用③中得到的标准化序列进行检验；两种成分都没有的序列，则用原始序列来进行周期检验。若存在周期，求其周期函数并作周期函数图。⑤自相关系数检验对排除了上述成分的剩余序列进行自相关系数检验，并与原始序列的自相关系数进行比较。4．2．3分析方法若原始序列为：xj，动，，‰，则计算方法如下：(1)Kendall秩次相关检验构造统计量u2面高F¨J’式中，七为序列中确定的对数偶(靖，吩)(『>D中而<弓的出现个数；『-面‰一1；万方数据 山东大学硕士学位论文嘶)=揣。当月增加，u趋于标准正态分布。显著性水平口给定后，查算％力。当M20时，七趋于正态分布“Ⅳ[H半，帮]∽5，丹¨‘I¨一1l则统计量U：糕~Ⅳ(o，1)啦面赢希刈㈨㈤6，¨击’、f盯2加一1)给定显著性水平a后，查算乩以。当I卅