模糊综合评价法在黄龙洞景区水质评价中的应用

蒋红艳 向昌国

摘 要：随着旅游业的快速发展，水环境问题日趋凸显。为深入了解黄龙洞景区水环境问题，借助黄龙洞景区2014—2018年的水质监测数据并结合实际污染特征，选取氨氮、总氮、总磷和大肠菌群4个评价参数，运用模糊综合评价法对其地表水水质进行了综合评价。结果表明：（1）总氮和总磷是影响黄龙洞景区水质的主要污染因子，其中总氮污染是黄龙洞景区水环境保护治理的重点;（2）5年间，黄龙洞景区水质从Ⅱ类向V类逐级过渡，丰水期受污染程度明顯高于平水期和枯水期，水质污染严重;（3）黄龙洞景区水质的变化与上游转嫁污染、旅游规模扩大和农业面源污染存在密切关系。

关键词：模糊综合评价;水质评价;黄龙洞景区;武陵源风景名胜区

中图分类号 X55;X824 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）02-0138-03

Application of Fuzzy Comprehensive Evaluation Method to Water Quality Evaluation of Huanglongdong Scenic Spot

JIANG Hongyan et al.

（College of Tourism and Management Engineering， Jishou University， Zhangjiajie 427000， China）

Abstract： With the rapid development of tourism， water environment problems have become increasingly prominent. In order to deeply understand the water environment problems in Huanglongdong Scenic Spot， this paper selected four evaluation parameters of ammonia nitrogen， total nitrogen， total phosphorus and fecal coliform based on the water quality monitoring data of Huanglongdong Scenic Spot from 2014 to 2018 and combined with the actual pollution characteristics， and used to comprehensively evaluate the surface water quality using fuzzy comprehensive evaluation method. The results showed that： （1） Total nitrogen and total phosphorus were the main pollution factors affecting the water quality in Huanglongdong Scenic Spot， and total nitrogen pollution would be the focus of water environment protection and treatment in Huanglongdong Scenic Spot in the future; （2） During the five years， the water quality of Huanglongdong Scenic Spot gradually transited from Class II to Class V， and the pollution level in the wet season was significantly higher than that in the normal season and the dry season， with serious water pollution; （3） The water quality change in Huanglongdong Scenic Spot is closely related to the upstream transferred pollution， the expansion of tourism scale and agricultural non-point source pollution.

Key words： Fuzzy comprehensive evaluation method; Water quality evaluation; Huanglongdong Scenic Spot; Wulingyuan Scenic Spot

地表水是水资源的重要组成部分，是人类生活用水的主要来源，地表水水质的好坏将直接影响供水区的用水安全和经济发展[1]。目前，地表水水质评价方法主要有灰色聚类分析、单因子指数方法、内梅罗综合污染指数法、人工神经网络法和模糊综合评价法等，其中模糊综合评价法能够客观反映水质的实际状况，解决水质综合评价中的污染程度、水质类别等客观存在的模糊概念和模糊现象，已成为水质综合评价的常见方法，是定量研究水质的有效手段[2]。

黄龙洞景区位于张家界市武陵源风景名胜区内，为中亚热带山地型季风湿润气候，区内主要水系为索溪河（属澧水二级支流），多年平均径流量9113.9万m3，平均流量2.89m3/s，枯水期流量0.3m3/s[3]。黄龙洞景区以其独特的溶洞奇观名震全球，吸引了大量游客前来观光，旅游业迅猛发展的同时也给其水环境带来了巨大压力。

目前，学者们对黄龙洞景区的研究主要集中在可持续发展、客流波动特征、生态旅游开发与保护和旅游地生命周期等方面，而对地表水水质的研究还尚未见报道，但这一问题却是黄龙洞景区环境保护急需解决的关键问题之一。为此，本研究基于黄龙洞景区2014—2018年水质监测数据，利用模糊综合评价法对其地表水水质进行分析评价，以期为黄龙洞景区水环境保护和未来洞穴旅游的合理开发利用提供科学依据。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源 水质数据来源于张家界环境监测中心站。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002），结合武陵源风景名胜区实际污染特征，选取氨氮、总氮、总磷和大肠菌群4个对黄龙洞景区水质影响较大及反映水质状况的指标作为评价因子，对黄龙洞景区2014—2018年枯水期（1月和12月）、丰水期（5月和6月）、平水期（3月和10月）、年均值水质监测结果进行评价分析（見表1）。

1.2 模糊综合评价法[4] 模糊综合评价即运用模糊变换原理，利用最大隶属度原则，通过因子隶属度集和权重集，建立模糊综合评价模型，进行水质模糊综合评价和水质级数计算，最终获得对事物的综合评价。其基本模型为：

Y = W × R = [W1，W2，…，Wn] × [r11   r12   r13   r14   r15r21   r22   r23   r24   r25…   …   …   …   …r51   r52   r53   r54   r55]

式中，W为权重值矩阵，R为污染因子隶属于不同水质级别的隶属度矩阵。r为隶属函数;rij表示i种污染因子被评为第j级水质标准的可能性，即对j的隶属度;i为某污染因子;n为指标个数;m为标准级数。

水质级数计算公式为：

F=Y·S

式中：Y为模糊综合评判结果矩阵;S为地表水水质标准级别向量;ST=（1，2，3，4，5），这里的“T”表示矩阵的转置。

2 结果与分析

2.1 影响水质的4个因子权重值 计算各污染因子的权重值并归一化处理，结果如表2所示。由表2可知，2014—2018年总氮和总磷所占权重均较大，其最大值分别达0.733、0.559，说明，总氮和总磷是影响黄龙洞景区水质的主要污染因子。并且总氮和总磷含量随期度变化波动较为明显，丰水期输入水体的氮、磷负荷明显多于平水期和枯水期。氮、磷是水体发生富营养化的主导因子，且导致综合营养状态指数上升，氮、磷含量的增加，加上适宜的温度和光照，促使浮游植物快速生长，从而对景区水体透明度及其感官性产生了重大影响[5]。

2.2 水质模糊综合评价结果 由模糊综合评价结果可知（见表3），黄龙洞景区水质变化显著。以年际划分，黄龙洞景区水质质量除2014年是Ⅰ类水质外，其余几年均为V类水质，5年间黄龙洞景区水质从Ⅰ类向Ⅴ类逐级过渡，水质下滑趋势显著，总体表现为：2018年>2016年>2017年>2015年>2014年，2017年水质受污染程度有所减弱，但并不明显。从期度划分，黄龙洞景区水质质量2014年枯水期为Ⅱ类，丰水期为Ⅲ类，平水期为Ⅱ类，2015年枯水期为Ⅲ类，平水期为Ⅳ类，其他均为Ⅴ类，总体表现为：丰水期（19.022）>平水期（17.886）>枯水期（17.351），丰水期受污染程度明显高于平水期和枯水期。

通过以上评价结果可以看出，黄龙洞景区2014—2018年水质从轻度污染向严重污染逐级过渡，水质明显恶化;黄龙洞景区水质恶化的决定性因素是总氮和总磷。这种状况主要可能是由以下几个原因造成的：（1）黄龙洞景区位于索溪河的下游，上游连片旅游景区产生的污染物被输送到下游直至黄龙洞景区，尤其在丰水期时，更多的污染物被输送至此，影响了黄龙洞景区的水环境质量[6]。（2）由于黄龙洞景区旅游业的迅速发展，游客数量的激增，导致与旅游配套的景观、餐饮、客房和游客废水等（主要是氮、磷化合物）生活污染源排放量增加，对水体造成了很大的压力[7]。（3）黄龙洞生态广场占地面积9.2hm2，其中周边共有农田超过面积2hm2，常年栽种水稻、油菜等农作物和养殖观赏性鱼类、水鸭等物种，从而产生了养殖污染负荷，加速了水质恶化。

3 结论与讨论

通过模糊综合分析可以看出，2014—2018年黄龙洞景区常年受总氮、总磷污染，总氮和总磷是影响黄龙洞景区水质的主要污染因子，其中总氮污染最为严重。黄龙洞景区水质年际变化趋势：2018年>2016年>2017年>2015年>2014年;水质期度变化趋势：丰水期>平水期>枯水期，5年间水质下滑趋势显著，丰水期受污染程度明显高于平水期和枯水期。因此，今后黄龙洞景区应加强对总氮和总磷的控制，其中总氮控制是黄龙洞景区水环境保护治理的重点。

应用模糊评价法对水质进行评价，体现了水质标准界限的模糊性，可以更加全面、合理地反映出多因子控制下水质污染程度的真实状况，同时还可以确定主要污染物和主要污染类型，评价过程具有较好的可行性，评价结果具有较高的科学性。

参考文献

[1]姜北，孙美，纪玉琨，等.基于熵值法的地表水水质模糊综合评价[J].灌溉排水学报，2018，37（S1）：47-50.

[2]徐晓云，陈效民，谢继征.模糊综合评价法用于京杭运河扬州段的水质评价[J].中国给水排水，2008，24（24）：107-110.

[3]徐昊，朱鹏程，孟明超，等.张家界黄龙洞景区危岩崩塌地质灾害评价及防治措施[J].国土资源导刊，2018，15（01）：44-51.

[4]张存勇，陈斌林.海州湾水质模糊综合评价及其演变分析[J].海洋环境科学，2010，29（03）：411-414.

[5]王翊晨，姚治君，刘兆飞，等.太湖流域宜溧河与西苕溪水质对比分析[J].地理科学进展，2011，30（07）：853-860.

[6]吴鹏，袁正新，杨成刚，等.武陵源遗产地水环境调查[J].环境监测管理与技术，2005（01）：25-27.

[7]李佩耕，吴文晖，樊玲凤.张家界国家森林公园地表水污染综合分析[J].中国环境监测，2008（03）：83-87.

（责编：张宏民）