基于物元分析法的地表水水質評價與生態化治理對策

李靖媛

摘要：由于傳統對于地表水評價與生態化治理的方法不能有效評價水質情況，導致水質污染不能被及時發現，周邊生態環境問題不佳，景觀觀賞性較差，研究基于物元分析法的地表水水質評價與生態化治理對策，通過對地表水指標監測獲取水質參數，再結合物元法分析評價地表水水質結果，通過河道攔污工程進行生態化治理來完成對于地表水水質評價與生態化治理。實驗結果表明，運用本文方法后的水質評價準確率達到95%，生態化治理情況良好。

關鍵詞：物元分析法；地表水；水質評價；生態化治理

近年來，我國對地表水環境質量監測和評價的工作正如火如荼地開展，對生態化治理問題非常重視。對于地表水的水環境狀況，通過水質監測與評價實現監測的自動化，可做到及時掌握水質狀況，對污染提前預警，全面客觀評價水質狀態。通過自動化信息數據的顯示，加強了對水質問題評價的科學性和客觀性，避免由于主觀原因而導致的污染問題解決滯后[1]。然而，現如今由于長期對于河道缺乏妥善治理，淤泥沉積嚴重，個別河段的水質等級低下，景觀性較差，嚴重影響市民的生活，有損城市形象。因此，現階段通過選取地表水水質評價作為研究對象，運用物元分析法技術，結合實際情況展開實驗和分析。

1? ? 地表水水質評價與生態化治理對策

1.1 地表水指標監測

將地表水按等級高低依次劃分為五類，按水域環境和保護目標，對斷面進行監測，部分地表水環境質量標準項目標準限值如表1所示。

5 農業灌溉區及景觀水域

選擇監測數據較為完整的溶解氧、高錳酸鹽指數等水質指標進行水質分析，其中地表水環境質量標準極限值，如表2所示。

按照枯水期、平水期、豐水期三個水文時期對流域各監測站水質參數進行統計分析，枯水期平均含量大于平水期和豐水期，說明降水量對總磷含量造成影響的程度大，且可能與這兩種水質指標含量呈正比[2]。溶解氧在枯水期存在高度變異的狀態，但在相對兩種區域內溶解氧均不高，表現為低度變異，說明降水量減少可能會加強溶解氧含量的空間問題。

1.2 物元分析法評價地表水水質結果

地表水生態物元P=（R，X，Y），其中物元分析中描述對象地表水為R，指標為X，指標量值為Y。若存在m個水質對象，若水質數據有k個指標，則m個k維物元構成了m維復合物元為：

公式（1）中：為第個指標中的第個事物。指標實測值也算在其中[3]。生態環境評價的域物元矩陣可表示為：

生態系統的生態評價的節域物元矩陣為：

公式（3）中：P為節域物元；為節域物元中關于指標的量值范圍，表示為。確定關聯函數為：

公式（4）中：表示為第項指標對應第級的關聯度。待評價對象關于等級的綜合關聯度為：

公式（5）中：Zi為每個評價中的權重。選擇kpj，則之后評價對象設定為第j等級。k值較大意味著該評價對象在設定的等級中不活躍[4]。k值較小說明該評價對象存在一定的減少等級k值的變化方向。對于評價函數等級的門檻值Pt，權系數為：

若k值在所有等級中均為正值，則表明評價對象等級在設定標準等級之外，并向最小k值完成變化。數值越大，說明等級的相關屬性越少，在一定條件下，可以轉化為符合要求的對象，根據轉化程度的容易與否，來確定水質結果。

1.3 河道攔污生態化治理

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

建設三座蓄水建筑物，擋水高度為2 m，河道常年保持蓄水狀態，并將水深控制在一定范圍內?？菟竟潟r落下水閘，提高上游的水位，用于滿足流域內水利發電的需求。在洪水期打開閘門，確保閘門中水位在規定的水位下方，同時實時控制水量，來保證下方的水流經過后的安全問題。在改變上流水位時，將閘頂調整相應高度，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，不僅造價低，還有利于在抗洪中發揮作用。

此外，還設置了安全觀賞的標準線，并通過栽植建立植被護岸。護岸可以提升周邊生態功能的自凈能力。在加固岸坡時，考慮工程的安全、經濟和環境問題，運用相對應的材料需要對自然原料的比重、生態護岸的種類、特性和應用范圍屬性有充分的認識，具體如表3所示。

生態護岸縱坡為0.052 m左右，底寬20 m，下開口為30 m，通過砂礫泥石設置石墻來進行遮擋[6]。持續對斷面進行優化和考量。河道斷面有四種斷面方式，為了保證安全，要保護河道周邊的天然生態環境，降低斷面處理對周邊生態的影響，具體斷面的形式和特點如表4所示。

修復水生態需要提高水質，對河道攔污是提高河流水質的主要舉措，對河道內的水域進行淤泥清理，經過河道整治蓄水和注水后，通過水生態來完成代謝和降解[7]。同時需要多空間對綠化問題進行設計，運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? ? 實驗測試與分析

2.1 實驗區概況

水質監測數據來源于遼寧省阜新生態環境監測中心，不同水體功能區分別設置一個監測斷面，在斷面布施位置中選擇適宜的地點進行采樣，利用參數在條件允許時實現多功能監測，水系較大的支流需要在入河口和入?？谔幵O置監測斷面。根據實際情況設置控制斷面，徑流量的絕對值小于總徑流量的75%。選取優質采樣點對水質數據進行采集。包括2019—2021年城區內的斷面數據，具體情況如表5所示。

對每一種水質參數設定對應數據集，包含5種評價等級，每一種評價等級都有樣本，共有500種樣本。選取500種樣本作為訓練集，對數據進行歸一化處理：

公式（7）中：為第種因子的第條數據，其中為最小值，為最大值。歸一化處理后可以減少外部環境對于訓練結果的影響。在500種樣本訓練集中隨機選取110個水質樣本作為實驗測試數據。

2.2 地表水采集

采集河流表層水時，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，可用繩子系住水桶或采樣瓶，在橋中間投入水中汲水，同時保證未混入漂浮雜質，必要時可對水樣進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的水樣時則無須沖洗。每采集一個水樣，都要使用便攜式定位儀準確記錄采樣點位置，制作專用采樣登記表，仔細填寫。用標簽紙記錄每一個水樣的編號、經緯度位置、日期、需測定項目等，河水的透明度等應及時進行測定；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，對于氟化物等項目的水樣要單獨采集。根據需要測定的不同項目，做好實驗時間安排，確保所有項目都在水樣保存期內監測完成。

2.3 實驗結果與分析

設置三個實驗小組，實驗組運用本文方法，其他兩個實驗小組運用傳統方法，為獲得數據集評價結果準確率而展開實驗。具體結果如圖1所示。

根據圖1結果可知，在水質樣本數量為110個時，傳統方法1組和2組水質評價結果的準確率都低于95%，且傳統方法2組的準確率是三組里最低的。而采用本文方法得到的水質評價結果準確率比兩種傳統方法都要高，且準確率達到了95%。由此看來相對兩種傳統方法的實驗組來說，使用本文方法可以對水質結果進行準確而有效的評價，從而能更好地實現對地表水的水質問題的優化。具體生態化治理后的結果如表6所示。

進行綜合治理后，河道生態環境明顯改善，保證了水質的干凈無污染，生態景觀效果良好，增加了河道生物體系的多樣性，實現了生態化有效治理。

3? ? 結語

本次研究從物源分析法入手，探究了地表水水質評價方法，并設計了有效的生態化治理對策。在研究過程中發現，根據總磷、溶解氧等不同水質指標對地表水體進行有效監測，可以總結水污染特征并準確測定水質，有利于后續的監測和優化。此外，在河道攔污生態化治理中，若想修復水生態，需要提高水質，而在河道處實施攔污是提高河流水質的最基本舉措，攔污項目配合河道整治蓄水和注水，通過水生態來完成代謝和降解也是提高水質的一種補充措施。

盡管本文方法取得了一定的應用效果，但是還存在一定的不足，比如對主要成分分析測定的不完善，對采樣數據和標準等級的限制過于單一，使用的實驗藥劑存在不匹配等問題。在今后的研究中，應更加完善計算，通過對物元分析法的不斷完善，保護周邊生態環境，對水質問題進行實時監測，及時對水質問題進行評價和改善。通過對水質監測的全方面優化，實現對地表水水質和周邊生態環境的有效保護與治理。

參考文獻

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