蓝藻治理工程环境绩效评估指标体系构建与实证研究

陆 海，杨逢乐，张先智

(云南省生态环境工程评估中心，云南 昆明 650028)

0 引言

水体富营养化及其导致的蓝藻水华是目前我国众多湖泊和水库面临的重要环境问题[1]，随着社会经济的发展，对藻类的快速、有效治理已成为对富营养化水体治理中最紧迫的任务之一[2]。目前国内外除藻方法大体可分为物理法、化学法、生物法和综合处理法四类[3]，其中将多种方法联合使用的综合处理法在有效性和实用性方面具有更大的优势。然而上述除藻工程在实际运用中面临着系统性不足、建设程序和管理不到位、重建设轻管理运行等诸多问题，大大影响了工程成效的发挥。环境绩效评价是提高项目实施效果的重要抓手，针对蓝藻治理工程开展环境绩效评价，对于促进已建项目的可持续发展具有重要意义。

目前，已有一些学者针对蓝藻治理工程效益开展了评估评价研究。如罗欢等[4]以江西省寻乌县九曲湾水库为例，运用治理前后数据比较的方法，分析了水库蓝藻水华的生态治理措施对水质、水生动植物等水生态指标的治理效果。陈思莉等[5]以广东某湖为例，开展最佳药剂以及最佳投药量的实验研究，对比三种化学除藻剂的除藻效果。李大刚[6]通过构建藻类水华治理决策的一级指标，应用贝叶斯决策理论获得藻类水华治理的最优治理方法。李林[7]等提出水华治理决策的层次模型，利用灰色关联度方法寻求最优解，得到环境影响和经济成本最优的藻类水华治理方案。白玉廷[8]等针对水质监测信息和藻类水华暴发的特点，建立基于Vague集的藻类水华治理的多目标、多属性决策方法，取得良好效果。王昭洋[9]等提出基于复杂网络动态关联特性的水华治理案例推理方法，建立通用本体模型，寻找最佳治理方案。现有评估方法为蓝藻治理工程的效益评价提供了多条解决思路，但侧重于模型的运用和数据对比分析，尚未形成紧扣工程目标的评价指标体系。研究和建立蓝藻治理工程环境绩效评估指标体系，丰富蓝藻治理工程环境效益的评价途径，可使评价结果的准确率和效率进一步提高。

本文通过文献查阅、实地调研、经验总结、频度分析、专家咨询等方法[10]，从有效性、可靠性、安全性、经济性4个方面选取能够表征和反映该类工程特点的11项指标，建立评价指标体系，确立评价标准，用层次分析法确定指标权重，应用模糊数学方法构建评价模型。以大理市洱海蓝藻控制与应急处置工程为典型案例，确定评价指标及标准，评价工程实施的环境绩效，识别存在的主要问题，总结示范经验支撑政府决策，为政府在今后湖泊蓝藻水华防控体系构建及长效管理机制方面提供宝贵的经验和有力的科学支撑。

1 指标体系的构建

建立合理的评价指标体系是对蓝藻治理工程环境绩效进行科学分析、正确评价的基础。遵循独立客观性、可信性、可操作性、现实性、全面性、反馈性和合作性原则，筛选可以表征和反映工程投入、产出、成果与影响之间的逻辑性与系统性的指标，建立合理的指标体系，并确定指标权重和评价标准，构建评价模型，以便客观、全面、科学地评价其环境绩效。

1.1 建立指标体系

从“有效性、可靠性、安全性、经济性”4 个一级指标要素方面共选取11个二级指标要素(表1)。

表1 环境绩效评估指标体系

1.2 指标表征含义

A有效性指标：是指工程措施对目标的实现程度，主要是指工程对藻类及相关污染指标的去除程度。根据工艺原理的不同，可通过水质、水量等方面的指标进行评估。水质评估既评估指标的变化率(去除率)，同时也考虑指标的变化量。

B可靠性指标：是指工程措施在评估期内持续稳定地完成工作任务的能力。涉及系统的实际处理能力、运行时间、设施或设备运行质量、运行的稳定性等多个方面。

C安全性指标：是指系统在建设和运行过程中对人身伤害、财产损失和环境危害等各类风险的防范能力。包括设施出水对受纳水体影响的常规控制指标和特征控制指标。

D经济性指标：是指系统建设和运行成本的合理性。主要是对工程的单位建设费用、运行费用和占地面积进行分析和评估。

1.3 指标权重的确定

采用层次分析法确定各级指标权重。将目标分解为多个目标或准则(一级指标)，进而分解为多指标(二级指标)的若干层次，对两两指标相互比较，通过定性指标模糊量化方法算出各指标权重，作为目标、多方案优化决策的方法[11]。两两指标对比分析步骤：首先在各层次上根据评定尺度(运用Santy提出的1-9标度法，见表2)确定各因素的重要程度，据此构建判断矩阵(见表3)，通过和积法确定评价指标权重，并进行一致性检验。最后通过综合层次总排序的计算，确定各评价指标对最高层总目标的权重，据此得到评价指标的最终排序。

表2 1-9标度表

表3 五阶判断矩阵形式

1.4 评价模型的建立

应用模糊关系合成的原理，根据被评价对象本身存在的性态或隶属上的亦此亦彼性，从数量上对其所属成分给予刻画和描述。采用模糊数学的方法建模[12]如下 ：

Z=W×U

(1)

式中 ：Z为蓝藻治理工程环境绩效评估矩阵，W为4个一级指标(有效性、可靠性、安全性、经济性)对综合绩效水平的权重矩阵，W=(W1，W2，W3，W4) ；U为一级指标对各评定等级(“优秀(S总≥90)、良好(80≤S总<90)、一般(60≤S总<80)、较差(S总<60)”4 个级别)的隶属度矩阵。

(2)

Umn=w×r

(3)

式中：Umn为第m个一级指标对第n级评定等级的隶属度矩阵，m=1，2，3，4，n=1，2，3，4；w为m中二级指标的权重矩阵，例如，若m=2时，w为B1，B2，B3的权重矩阵；r为二级指标对各评定等级的隶属度矩阵。

相对隶属度的计算方法如下：

①Xy>Sy1时，ry1=1，ry2=ry3=ry4=0；

②当Syj≥Xy≥Syj+1时，ryj+1= (Syj-Xy)/(Syj-Syj+1)，

ryj=1-ryj+1；(j=1，2，3)，剩下2个健康标准的隶属度为0；

③当Xy

良好和一般等级取范围的平均值。

2 实证研究—洱海蓝藻控制与应急工程环境绩效评价

洱海是我国重要的淡水湖泊、云南省第二大高原淡水湖泊，位于大理白族自治州境内，地跨大理市和洱源县，流域面积2565km2，湖面积251km2，平均深度10.6m，容积27.40亿m3。

洱海目前正处于中营养化向富营养状态转型的敏感时期[13]，生态基础脆弱，特别是随着流域内城镇化、工业化、农业现代化进程加快，旅游业快速发展，人口增加和经济社会进一步发展，大面积暴发水华的风险日益增加，趋势严峻[14]。以1996年、2003年秋季暴发的大面积蓝藻水华最为突出。水华发生期间，水体透明度由4m骤降至不足1m，严重影响了洱海水源的安全[15]。针对洱海蓝藻水华风险问题及水华灾害应急处置能力不足的情况，基于对太湖、巢湖、滇池等国家重要湖泊藻类水华应急控制措施的多方面现场调研和对洱海藻类水华特征的系统分析，大理市政府自2017年开始在洱海实施了一系列蓝藻应急控制及常态化清理措施，截止2019年在洱海周边共建设了5座藻水分离站和2项近岸湖湾控藻工程，并购置了集装箱式藻水分离装置、蓝藻打捞加压控藻船等多种类型的应急控藻设备(见表4)。上述各类工程涵盖了物理法、化学法、生物法和综合处理法各类控藻工艺。

2019年全年，洱海蓝藻控制与应急工程各类设施和设备共计处理水量4954.49万m3，其中，上半年处理水量占比26.40%，下半年占比73.60%。5座藻水分离站合计处理水量占比57.86%；2座湖湾控藻工程合计处理水量占比29.06%；12套集装箱式藻水分离装置合计处理水量占比4.25%；其他设施和设备合计处理水量占比8.83%[16]。基于前文构建的评估指标体系，选取处理能力最大、处理工艺最完备的挖色藻水分离站为代表，设定评价指标进行环境绩效评价，以此说明环境绩效评估指标体系的应用。

表4 工程基本建设情况表

2.1 评价指标和标准

挖色藻水分离站处理水量来源于湖湾藻水量(占86.30%)和挖色中心沟水量(占13.70%)。结合所选取各项工程的工艺特征，在总体评价指标体系框架下，构建藻水分离设施评价指标及评估标准见表5。

2.2 评价结果

评估期间委托有资质单位于2019年6—12月对藻水分离站湖湾进水口、中心沟进水口、出水口水质进行监测，每月监测1次，每次采样时间段为上午11点—下午3点。在洱海蓝藻密度较高的9月和10月，每月增加1次监测。监测指标包括：水温、pH、溶解氧、藻细胞密度、叶绿素a、透明度、悬浮物、浊度、COD、总磷、总氮、铁、铝、氯化物。利用该工程在不同月份的处理水量对各月份监测得到的进、出水水质进行加权处理，计算工程对污染指标的总去除率和去除量。可靠性及经济性指标中的部分指标值来源于设备运维方日常台账记录及现场调查。表6～表7给出了评估期内该藻水分离站环境绩效的评估指标得分及隶属度。

表5 藻水分离设施评价指标及评价标准

表6 环境绩效评估指标得分及隶属度

表7 环境绩效等级评估结果(隶属度)

2.3 分析与讨论

通过表7可以看出，该藻水分离站中有效性、可靠性、安全性、经济性4个方面属于优秀和良好等级的隶属度最大，按照最大隶属度原则，该藻水分离站在4个方面均处于良好以上状态。一级指标隶属度矩阵以及前文所得一级指标权重W=(0.45，0.25，0.25，0.05)，通过评价模型Z=W×C，得出该藻水分离站整体状况的概率值为优秀55.2%，良好23.0%，一般19.1%，较差2.7%，按照最大概率值原则，该工程整体状况属于优秀，总体环境绩效较好。

影响该工程环境绩效的限制因子主要是处于较差等级的要素，即“主要污染指标去除量”指标，包括藻细胞去除量、COD去除量。藻细胞去除量低是由于藻水站进水来源之一的中心沟进水藻细胞密度较低，与湖湾水体混合处理在一定程度上削弱了该藻水分离站对藻细胞的去除效果。COD去除量低是由于该藻水站主要为物化处理工艺，对COD去除效果一般，加之进水浓度本身较低。建议今后加强进水水量调控，同时加大蓝藻富集技术的研发，以提高进水藻细胞浓度，进而强化对藻水中污染负荷的去除。

由评价结果可知，该藻水分离站作为典型的蓝藻治理工程，通过蓝藻收集、打捞、输送，藻水分离、膜生物处理、湿地净化等多种治理技术，在洱海藻类水华控制和应急清理中发挥了较好的作用，评估结果便于管理部门对治理效果进行定量考核。本研究建立的评价指标体系适用性明确，通过直观明确的得分值对蓝藻治理效果进行定量评价，可用于洱海蓝藻治理效果的评价与日常管理，对科学治理蓝藻有积极的指导作用，也为其他湖泊蓝藻治理效果评价与管理提供了参考。

3 结语

(1)本文在研究湖泊蓝藻治理工程实施情况的基础上，建立了蓝藻治理工程环境绩效评估的指标体系，确立评价标准，用层次分析法确定指标权重，应用模糊数学方法构建评价模型。以大理市洱海蓝藻控制与应急工程为例，对其环境绩效进行综合评价，该工程环境绩效整体属于良好状态，其限制因子主要来自有效性和安全性指标。

(2)不同湖泊水环境特点及富营养化程度不同，蓝藻防治规划目标有所不同，针对不同的评价对象，评价标准应有所区别。

(3)研究一项环境治理工程产生的环境绩效是一个长期的持续过程，随着时间的推移以及研究数据的不断丰富，应将环境绩效评估作为一项长期工作予以开展。

(4)本评价体系仅为蓝藻治理效果评估的初步探索，在今后的研究和管理中可根据工作需要在安全性指标中引入水生态系统影响评价指标，水生态系统影响可通过调查和监测水生植物浮游植物底栖生物等水生生物的生物量及生物多样性指数进行定量表达，进一步构建更为宏观可持续应用的综合评价体系。