水体富营养化评价方法比较分析
水体富营养化评价方法
水体富营养化的评价方法
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加权平均原则基本思路是权与单因素隶属度的乘 积综合反映了样本集因素（ui）对类的隶属情况
2
模糊综合评价法
1.确定评价对象的评价指标： 评价指标的 选取参考《地表水环境质量标准》 （GB3838—2002），同时结合评价体的 现有数据。
3.根据评价指标的隶属函数进行单因素评
价，建立模糊关系矩阵（R）；根据各指
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定义
主成分 分析法
特点
主成分分析法的应用具有其 拘束性，要求变量之间具有 较好的相关性
主成分分析是通过变量变换 把注意力集中在具有最大变 差的那些主成分上，而视变 差不大的主成分为常数予以 舍弃；
主成分分析中的L 阵是唯一的 正交阵；
主成分分析由可观测原变量 （x）直接求得主成分（y）， 并可逆。
3
实例分析（以北京三大湖库水源地为例-主成分分析法）
连云港市主要水库的富营养化评价分析
止水源枯竭等 因素 ， 大程度防御环 护工作 的重要方面 ，规划是管理的基 纳污控制线 划定 的科学性 、 最 政策性 、 合理
水功能区水文 、气象等参数 的变 理工 作 。 化导致实际或现状纳污 出现较大的波 动。只按水平年纳污能力和一贯的纳
养 状 态 占 １． ，轻 度 富 营 养 状 态 占 ４１ ％
水 质与水 量 是水 资源 两个 主 要 制 度 的政 策 需 要 。
属性 。划定 时将 水质 与水 量统 一考
虑 ， 水资源的开发利用 与保护辩证 析计算水功能区纳污能力 ，对纳污总 有 效 实 行 的 根 本 保 障 ，也 是 控 制 线 划 定 是
统一关系 的体现 ， 在水 资源保 护 中应 量控制进行时间上的细化 ，实施动态 的行政性依据 。进一步完善水功能区管
境破坏带来的风险 。 （ ） 态监督 与 管理 六 动
根据国家节能减排总体 目标 ，研究提 出
分阶段人 河污染物 排放 总量控制计 划 ，
（ ） 七 突出水资源保护监督管理
水资源保护监督 管理是水资源保 依法 向有 关部 门提 出限 制排污 的意见 。
础， 管理是实现规划 目标的保 障， 划定 性 ，直接关系到最严格水资源管理制度 内容 中应着重突出水 资源保护监督管 的落实和成效。如何划定纳污控制线将
２ｌ ． 亿立方米 ， ８ 兴利库容 １ ６亿立方 立方 米 ， ． ３ 兴利库 容 ２６ ．５亿立 方米 ， 多 化评 价 的基 本 项 目。
米 ，多年 最高径 流量 为 ２１ 立方 年 最 高径 流量 为 ２ ． 立方 米 ， ． ８亿 ３ ５亿 百 米， 百年一遇设 计洪水位 ３ ． ５３ ７米， 是 年一遇设计洪 水位 ２ ．１ ６８ 米。石粱河
水体富营养化评价方法比较分析
1 背景介绍
➢湖泊（水库）营养状态分级：
营养状态指数
水体营养状态等级
TLI（∑）＜30
贫营养(Oligotropher)
30≤TLI（∑）≤50
中营养（Mesotropher）
TLI（∑）>50
富营养 (Eutropher)
50＜TLI（∑）≤60
轻度富营养(light eutropher)
60＜TLI（∑）≤70
.
2.12 模糊评价模型 •
.
水体富营养化分级标准
பைடு நூலகம்级别
营养水 平
高锰酸盐指数
总磷
(CODMn)/(mg· L-1)
(TP)/(mg·L-1)
总氮
叶绿素a
(TN)/(mg·L-1) (Chla)/(mg·m-3)
1 贫营养
2.0
0.01
0.20
0.001
2 中营养
4.0
0.025
0.50
0.004
.
2.11 灰色层次决策法
李祚泳等（1992）利用了灰色层次决策法进 行了湖泊富营养化的综合评价。
灰色层次决策，一般分为统计决策层（A层）、 专业作业层（B层）和管理决策层（C层）。
当A、B、C三级决策得到后，A、B级联合决 策可采用保险决策作出，即比较A、B两级的 决策权，先大中取小、再小中取大。AB与C 级的联合决策,可用AB与C比较，采用大中取 小方式作出。
• 人工神经网络法主要结构包含输入、隐藏 和输出三层，每层都由一个或多个节点（神 经元）组成，同层神经元之间没有连接，相
.
3 比较分析
.
缺陷
起源
参考文献
总成分分析营养度 需根据区域动态的实时性 王俊等人1994年提出的评 (王俊，姜建祥，吕
水体富营养化的评价及调控
农业与生态环境98科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N当水体中氮、磷等营养物质过量时,就会出现富营养化的情况,这时水中某些藻类和水生植物会异常增殖,致使水质变坏等,严重破坏了水生生态系统。
水体富营养化一般发生在水体流动性不高且水体更新时间较长的水域。
而这种水体现象在我国很严重。
淡水水域中,大部分的湖泊及水库都出现过富营养化(也被称作为“水华”),而“赤潮”(就是海域的水体富营养化)也不容乐观。
20世纪以前,只有少数海域发生过赤潮;而进入21世纪后,除去个别海域(比如:南海)还好,剩下的其他海域都经常爆发大面积的赤潮。
而这种现象现在还在往更频繁、更大面积、更恶劣的趋势发展［1］。
目前,世界上大多数发达国家都对水体富营养化的问题引起了很大的重视,很多的权威专家对此问题都进行了比较全面系统的研究。
而该文主要就采用王维［2］的方法之一模糊综合评价法进行评价,进而采取相应措施进行调控降低水体富营养化程度。
1 问题重述水体富营养化在全世界都很普遍。
而现在,随着世界的发展,人口数量增长迅速,生态环境也终将会受到更大的影响。
伴随着水生生态环境被破坏,人类的生活质量将受到影响,人类的身体也将会受到危害。
而我国是一个多湖泊、水库以及海域的国家,对于水体富营养化的问题尤为重要,为此,有必要对水体富营养化的问题设计合理的指标体系,建立模型进行分析,并提出可行有效的建议。
2 水体富营养化的问题分析2.1 水体富营养化的成因分析水体富营养化是由于水体中含有的氮、磷等可利用的营养物质较多,导致藻类繁殖泛滥而造成的。
根据研究发现:氮、磷等营养物质的来源比较繁琐,所以水体富营养化的形成伴随着很多的因素,自然因素算一个,人为因素也算一个［1］。
2.1.1 自然因素除了营养物质之外,还有一些自然因素也会促使水体出现富营养化问题,比如：冰体的深度，流度及气候环境等因素。
水体富营养化程度的评价
实验八水体富营养化程度的评价富营养化(Eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量急剧下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。
在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，沉积物不断增多，先变为沼泽，后变为陆地。
这种自然过程非常缓慢，常需几千年甚至上万年。
而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象，可在短期内出现。
水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常水平。
水体富养化严重时，湖泊可被某些水生植物及其残骸淤塞，成为沼泽甚至干地。
局部海区可变成“死海”，或出现“赤潮”。
植物营养物质的来源广、数量大，有生活污水、农业面源、工业废水、垃圾等。
每人每天带进污水中的氮约50 g。
生活污水中的磷主要来源于洗涤废水，而施入农田的化肥有50～80％流入江河、湖海和地下水体中。
许多参数可用作水体富营养化的指标，常用的有总磷、叶绿素-a含量和初级生产率的大小（见表8-1）。
表8-1 水体富营养化程度划分富营养化程度初级生产率/mg O2·m·日总磷/ µg·L无机氮/ µg·L 极贫0~136 <0.005 <0.200贫-中0.005~0.010 0.200~0.400中137~409 0.010~0.030 0.300~0.650 中-富0.030~0.100 0.500~1.500富410~547 >0.100 >1.500一、实验目的1. 掌握总磷、叶绿素-a及初级生产率的测定原理及方法。
2. 评价水体的富营养化状况。
二、仪器和试剂1. 仪器(1)可见分光光度计。
(2)移液管：1 mL、2 mL、10 mL。
(3)容量瓶：100 mL、250 mL。
(4)锥型瓶：250 mL。
水体富营养化评价标准
水体富营养化评价标准水体富营养化是指水体中富含大量营养物质，特别是氮、磷等营养盐，导致水体生物生长异常旺盛，水质恶化，水生态系统失衡的现象。
富营养化不仅影响水质，还对水生态环境造成严重破坏，因此对水体富营养化进行评价具有重要的意义。
本文将从水体富营养化的定义、影响因素、评价指标和方法等方面进行探讨。
一、水体富营养化的定义。
水体富营养化是指由于外源性氮、磷等营养物质的输入过量，导致水体中富含营养物质，从而引发水生态系统失衡，水质恶化的现象。
富营养化的主要表现是水体中藻类、水生植物等生物大量繁殖，引发水华、赤潮等现象，严重影响水体的透明度、溶解氧含量等水质指标，破坏水生态系统的平衡。
二、水体富营养化的影响因素。
1. 氮、磷等营养物质的输入，工业废水、农业化肥、城市污水等都是导致水体富营养化的主要原因，其中以农业面源污染为主要来源。
2. 水体环境条件，水温、光照、流速等环境条件对水体富营养化的发展起着重要作用，适宜的环境条件有利于富营养化的发展。
3. 水体生物群落，水体中的浮游植物、底栖生物等对水体富营养化的发展也有一定影响，它们的数量和种类会影响水体中营养物质的吸收和释放。
三、水体富营养化的评价指标。
1. 溶解氧含量，富营养化会导致水体中藻类大量繁殖，消耗大量溶解氧，导致水体溶解氧含量下降。
2. 叶绿素a含量，叶绿素a是藻类的主要色素，其含量可以反映水体中藻类的数量和分布情况。
3. 透明度，富营养化会导致水体中藻类大量繁殖，使水体透明度下降，影响水生态系统的正常运行。
4. 水华发生频率，水华是富营养化的一种表现形式，通过水华发生频率可以评价水体富营养化的程度。
四、水体富营养化的评价方法。
1. 实地调查，通过实地采样、监测和调查，获取水体中营养盐、叶绿素a含量、水华发生情况等数据，对水体富营养化进行评价。
2. 水质模型模拟，利用水质模型对水体富营养化进行模拟和预测，通过模型模拟可以更加客观地评价水体富营养化的程度。
富营养化评价方法
富营养化评价方法富营养化是指水体或土壤中营养物质浓度过高，导致水体或土壤生态系统失去平衡的现象。
富营养化的主要原因是人类活动过程中的过度施肥、排污和土地利用变化等。
为了准确评价富营养化程度，科学家们开发了各种富营养化评价方法。
本文将介绍几种常用的富营养化评价方法。
1. 营养盐浓度法营养盐浓度法是最常见也是最直接的富营养化评价方法之一。
通过测量水体或土壤中营养盐的浓度，如氮、磷、钾等，来判断其富营养化程度。
一般来说，氮、磷是水体富营养化的主要指标。
当水体中氮、磷浓度超过一定阈值时，即可判断为富营养化。
2. 叶绿素浓度法叶绿素是植物光合作用的关键物质，也是评价水体富营养化的重要指标之一。
通过测量水体中叶绿素的浓度，可以评估水体中藻类和其他植物的生长情况，从而判断富营养化的程度。
叶绿素浓度法常用于湖泊和水库等水体的富营养化评价。
3. 生物指标法生物指标法是通过观察和统计水体或土壤中的生物群落结构和特征来评价富营养化程度的方法。
常用的生物指标包括浮游植物的种类和数量、底栖动物的丰富度和多样性等。
富营养化水体中，浮游植物种类会增多，底栖动物的丰富度和多样性会降低，这些变化都可以用来评价富营养化的程度。
4. 水质指数法水质指数法是将多个水质指标综合考虑来评价富营养化程度的方法。
常用的水质指标包括溶解氧、浊度、氨氮、硝酸盐氮、总磷等。
通过将这些指标进行加权平均或综合计算，得到一个综合水质指数，从而评价富营养化的程度。
水质指数法可以综合考虑多个指标，更全面地评价富营养化程度。
5. 水质模型法水质模型法是一种基于数学模型的富营养化评价方法。
通过建立数学模型，模拟富营养化过程中的营养物质迁移和转化过程，预测水体中的富营养化程度。
水质模型法需要大量的数据和专业知识来建立模型，但可以提供较为准确的富营养化评价结果。
富营养化评价方法多种多样，可以从不同角度评估富营养化的程度。
不同的评价方法有各自的优缺点，可以根据具体情况选择合适的评价方法。
实验三 水体富营养化程度的评价(共享)
实验三水体富营养化程度的评价(共享)水体富营养化是指水体中的营养物质过度富集，导致生物生长过度而影响水生态系统的稳定性和水质环境。
评价水体富营养化的程度是对水环境进行保护和治理的重要依据。
本实验将介绍几种常用的水体富营养化程度评价方法。
一、总氮和总磷浓度评价法总氮和总磷是导致水体富营养化的主要营养物质。
通过测定水体中的总氮和总磷浓度来判断水体富营养化的程度。
根据国家标准《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中，对于湖泊、水库、坑塘等静态水体，总氮浓度标准为 1.0 mg/L，超过这一标准即为富营养化。
对于河流等动态水体，总氮浓度标准为 3.0 mg/L，超过这一标准也为富营养化。
二、叶绿素浓度评价法水体富营养化导致水中蓝藻、浮游植物等生物过度生长，促进叶绿素的积累。
通过测定水体中叶绿素 a 浓度来评价水体富营养化的程度。
叶绿素 a 是叶绿体中的主要成分，也是评价水中藻类生物量的指标。
三、营养盐指数评价法营养盐指数（Trophic State Index，TSI）是评价水体富营养化的一种综合指标，它包括水的透明度、浮游植物生物量、总磷和总氮等因素。
TSI 值越大，水体富营养化程度越高。
TSI 是通过测量透明度、总磷和总氮以及浮游植物生物量计算得出，可以根据下表计算TSI 值：|指标（单位）|TSI 分值||:--------:|:--------:||透明度（m）|10(INT (100/S))||总氮（mg/L）|10(INT (100/(1+s))^1.5)||总磷（mg/L）|10(INT (100/(1+p)))||浮游植物（mg/L）|10(INT (100/(1+u)))|其中，s、p、u 分别为总氮、总磷和浮游植物生物量对应的潜在比例。
INT 表示向下取整。
根据国家标准《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中，TSI 值为 40 以下为清洁水体，40-50为轻度富营养化，50-60为中度富营养化，60 以上为严重富营养化。
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大小根据超标多少确定，考虑了各项参数在总体污
染中的作用差异，而且最终结果不仅能够反映出水 体的水质级别，还能反映出该水体对应于各级水质
在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越 重。
2 评价方法
2.1 总成分分析营养度评价法
从众多的因子中选出与营养状态关系最密 切的因子。其中叶绿素chl（一般是指叶绿素a） 称为“基准因子”，它是首先必须选入的。 其次总氮TP因子对湖泊富营养化发展进程具 有显著性，这类因子可优先考虑，强迫进入 评价模型，这类因子称为“重要因子”。此 外，从剩下的因子中，用主成分分析法选择 出评价的“主要因子” 。
列夫勒（1968年）等人的杰出贡献，目前工人的原
因，主要是水体中N，P等营养元素增加，给水生生 物（主要是藻类）大量繁殖提供了丰富的物质基础，
导致浮游藻类（或大型水生植物）暴发性增殖而造
成多种用水障碍。
•
我国部分湖泊污染源主要来自湖外点源和非点
源排放及湖内底泥的释放。
1 背景介绍
• 在自然状态下，湖泊的这种演变过程是极为缓 慢的，往往需要几千年，甚至更长的时间才能完成。 但在人类活动的影响下，这种演化过程大大加快，
f. TLI(NO2-N)=10(7.77+1.649NO2-N)
计算结果用分营养度计算公式计算得，其中ln(chl)
的经验公式为：
ln(chl)=1.32ln(TP)-3.28
2.2 卡尔森营养状态指数(TSI)
2.2 卡尔森营养状态指数(TSI)
2.3 修正的营养状态指数
2.4 综合营养状态指数法
2.1 总成分分析营养度评价法
2.1 总成分分析营养度评价法
各参数的营养状态指数计算公式如下： a. TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl) b. TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)
c. TLI(TN)=10(6.453+1.694TN)
d. TLI(CODMn)=10(0.109+2.661CODMn) e. TLI(BOD5)=10(2.118+2.579BOD5)
2.5 营养度指数法(AHP-PCA法)
2.5 营养度指数法(AHP-PCA法)
2.6 灰色系统理论法
灰色系统理论法考虑到环境是一个多因素、多层次 的复杂系统，将湖泊水体富营养化评价看作是一个灰色 局势决策问题。通过构造局势与局势矩阵、确定目标效 果测度、多目标决策、确定最优局势等一系列系统分析 计算，判断出湖泊的水体富营养化级别。 由于湖泊水质各项指标（称为目标 ）的监测数据 中含有灰元，分级标准中也含有灰元，因此湖泊水体富 营养化评价是一个灰色局势决策问题。各不同量纲事件 量级的指标用效果测度统一计量，根据综合效果测度确 定最优局势，由此即可判断湖泊水体富营养化级别。
民,2002)。近年来，考虑到湖泊富营养化评价所具有
的模糊性和灰色性，模糊数学和灰色系统理论方法 的应用引起了人们的关注。这些方法有：模糊数运
算法、模糊评价模型法、灰色聚类法、灰色局势决
策法、灰色层次决策法和模糊—灰色决策法等(冯玉
国,1996)。
1 背景介绍
湖泊（水库）营养状态分级：
营养状态指数 TLI（∑）＜30
30≤TLI（∑）≤50 TLI（∑）>50 50＜TLI（∑）≤60 60＜TLI（∑）≤70 TLI（∑）>70
水体营养状态等级 贫营养(Oligotropher)
中营养（Mesotropher） 富营养 (Eutropher) 轻度富营养(light eutropher) 中度富营养(Middle eutropher) 重度富营养(Hyper eutropher)
的前提下，对明显含有灰元的系统进行决策。而F-G
决策是对于一个决策集具有Fuzzy性的灰色系统，对
应不同目标，构造不同的隶属函数，使事件和对策
组成的局势集通过映射而获得效果测度。
2.8 模糊数学法
模糊数学法是采用隶属函数来描述水质的分界， 体现了实际界限的模糊性，避免了以往水质分级不 连续的弱点，使评价结果更接近客观实际。权重的
水平较高的富营养状态变化的一种现象(李茜，张建
辉，林兰钰，李名升和张殷俊,2011)。 • 自然界的湖泊随着自然环境条件的变迁，有其
自身发生、发展、衰老和消亡的必然过程，由湖泊
形成初始阶段的贫营养逐渐向富营养过渡，直至最
后消亡。
1 背景介绍
• 我国湖泊富营养化产生的原因： 通过近年来的研究，尤其是加拿大的沃伦维德 （1968年），日本的合田健（1970年）及奥地利的
富营养化引起的环境问题日益严重。因此有必要建
立一种科学、统一的评价方法，以便加强对湖泊的 管理，保护湖泊生态环境。营养状态
有关的一系列指标及指标间的相互关系，对湖泊的
营养状态做出准确的判断。
1 背景介绍
• 水体富营养化评价早期以综合评价法为主，但 在评价标准和评价指标的选择上很不完善，导致评 价结果无法真实反映富营养化水平(胡著邦和全为
的计算公式。
2.6 灰色系统理论法
2.6 灰色系统理论法
2.7 多目标的Fuzzy-Grey决策评价
F-G决策是对于一个对策集具有Fuzzy性的灰色 系统，对应不同目标，构造不同隶属函数，使事件 和对策组成的局势集通过映射而获得效果测度。应
用灰色概念，在各种可能的对策方案中，挑选出一
个效果最佳方案(李祚泳,邓新民,1990)。 灰色决策是指在事件、对策、目标和效果统一
水体富营养化评价方法比较分析
主讲人：王新富 PPT制作：张凌霄 课程：现代环境监测技术 2018/05/25
目录
1 背景介绍 2 评价方法 3 比较分析 4 实例分析
1 背景介绍
1 背景介绍
• 湖泊富营养化是指湖泊水体在自然因素和（或） 人类活动的影响下，大量营养盐输入湖泊水体，使 湖泊逐步由生产力水平较低的贫营养状态向生产力
2.6 灰色系统理论法
步骤： 1 确定事件集、对策集、目标集 将湖泊水体富营养化状况划分为5个等级构成对
策集；参加评价的5个污染参数构成目标集。
2 计算目标效果测度 对某污染指标k，每一局势Sij都有一个效果值，
效果值全体构成效果测度矩阵。基于非时间序列的
单点数据，采用不同的白化函数作为目标效果测度