林华，王耀山

1.海口市技术服务中心，海南海口570311；2.海南省农业学校，海南海口571100

湿地具有强大的生态功能，不仅能够调节区域气候、维护生物多样性、涵养水源、蓄水调洪，而且可以有效缓和保护生态环境与社会经济发展之间的矛盾[1-2]。顾名思义，湿地是以水为载体的重要生态系统[3]，水是人类生存和社会发展的基石，水体污染造成生态环境恶化、制约社会发展，而建设城市湿地公园有利于改善城市的生态环境，发展生态文明[4-5]。

城市湿地公园是近年来研究的新热点[6]，蒋竹荣等调查了广东滃江源国家湿地公园，结果显示该湿地公园的水质总体能达到国家Ⅲ类标准，但不同区域的水质有所差异[7]；李红海等分析湖北汉江国家湿地公园2014 年～2018 年的水质监测数据，结果说明研究区内2 个出水口的监测断面整体水质处于Ⅱ类标准，COD 优于Ⅰ类水质标准[8]；李楠等以富锦国家湿地公园为研究对象，发现在2015 年研究区内的水质处于中营养或轻度富营养化的状态[9]。

美舍河国家湿地公园处于海南省海口市腹地一带，面临的人类干扰问题更为严重，因此其作用显得尤为突出。公园自建成以来一直开展长期有效的湿地生态监测工作，深入了解湿地生态与环境现状，准确评估湿地未来的变化趋势。该研究以海口美舍河国家湿地公园的水环境现状和水资源动态变化为研究对象，提出保护与合理利用湿地的对策与建议，为湿地管理部门提供科学的决策依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

海口美舍河国家湿地公园位于海南省海口市龙华区，地理坐标：19°56′N～20°02′N、110°17′E～110°21′E，面积468.38hm2，其中湿地面积253.37hm2，起点为玉龙泉沙坡水库，经过羊山水库、美舍河及河道沿岸部分公共绿地、凤翔公园，终点白沙一桥，由3 个类型的河流湿地、沼泽湿地和人工湿地组成。属热带海洋性季风气候，年平均气温23.8℃，最高平均气温28℃左右，最低平均气温2℃左右；年降水量1664mm，平均日降雨量在0.1mm 以上的雨日150d 以上，年平均蒸发量1834mm，平均相对湿度85%，年日照时数2250h。

1.2 水质监测

在研究区内分别选择上游、中游与下游3 个河段建立固定水监测取样点（详见表1）。数据时长为2019 年7 月至2020 年7 月（其中2020 年2 月至4月数据由于疫情原因缺失）。主要监测的水质指标包括水温、pH、盐度、化学需氧量（COD）、溶解氧量(DO)、氨氮(NH3-H)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素α9 个项目。其中，水温、pH、盐度和DO 现场测定，分别采用温度计法、玻璃电极法、盐度计法和电化学探头法；其余指标均在实验室测定：使用重铬酸钾标准法检测COD，水杨酸分光光度法测定NH3-H，碱性过硫酸钾消解紫分光光度法检测TN；钼酸铵分光光度法和单色分光光度法分别用来测定TP 和叶绿素α。

表1 上、中、下游设定监测取样点概况Tab.1 The situation of upper，middle and downstream monitoring points

1.3 水质评价方法

1.3.1 单因子指数法

单因子指数法分别将各项监测指标以《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）为评价标准划分所属类别，评价结果以最差指标所属的类别来代表整体水质类别，该方法较为简便[10]。

1.3.2 综合指数法

以《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）为评价标准，对各组中的各项监测指标单独划分所属的水质类别，表2 为各类别对应的评价分值[11]。

表2 评价取值Tab.2 The evaluation values

根据各单项监测指标的评分值计算各组的综合评价分值：

其中：F表示组内各单项监测指标评分值Fi的平均值；Fmax表示组内各单项监测指标评分值Fi中的最大值；n 为项数。

根据最终所得的F 值来评价水质等级，表3 为F 值所对应的地表水质量级别。

表3 地表水质量级别Tab.3 Surface water quality grade

1.3.3 模糊综合评价法

模糊综合评价是以模糊数学为基础，依据模糊数学中的隶属度原则对受到多因素影响的对象进行定量的综合评价。评价步骤如下[12]：

（1）根据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)确定各水质指标所属的类别。

（2）建立隶属度函数迷糊矩阵

根据各项监测指标的实测值和其所对应的j 级水质级别标准值为Cij（j=1,2，…m）计算隶属度，由n项监测因子隶属度构建成的n×m 模糊矩阵R，计算方式如下：

表4 隶属度的计算方法Tab.4 The calculate of membership grade

由此确定模糊矩阵：

（3）确定权重因子

各单项的水质指标在整体水质污染中所占的贡献率不同，其与实测数据大小及不同用途水中各指标所允许的浓度有关，因此在综合评价中需要对各水质指标进行权重计算。公式如下：

式中：Wki为权重因子；Xki为第k个水样第i个监测指标的实测浓度；Cim为评价标准中水质指标对应m级浓度的标准值，Ci为第i个水质指标各级水标准值的均值；aki为第k个水样第i个水质指标的权重值。

由此构成评价因子权重矩阵：

（4）综合评价原则

综合评价结果为模糊矩阵与的复合运算，采用取大取小型综合评价计算法。即：

结果按照最大隶属度原则确定，即隶属度最大值所对应的等级，则为监测点的水质分类等级。

2 结果分析

2.1 水质单因子动态变化分析

美舍河水质数据分布情况如图1。（数据来源于2019 年海口市林业局）

其中：水温变化与气温变化同步，各河段没有显著差异。河段pH 范围在7.12～8.83 之间，从时间序列来看，2019 年10 月～2020 年1 月pH 在各个河段显著高于其他月份。盐度在空间上具有显著差异，下游海甸溪入口处和平桥的盐度最高，平均值为3.05‰、国兴桥为1.73‰、沙坡水库为0.13‰，由于美舍河下游有海水倒灌的情况，所以下游的盐度显著大于上游。COD 变化幅度较大，范围在12mg/L～56mg/L 之间，从时间序列来看，最大值出现在2020 年1 月，其次为2019 年9 月；从空间分布来看，河流中段的国兴桥COD 平均值为32mg/L；其次为下游段的和平桥，平均值为24mg/L；上游沙坡水库COD 平均值最低，为17mg/L。DO 范围在3.54mg/L～7.36mg/L 之间，2019 年11 月～2020年1 月沙坡水库的DO 值显著高于其他河段和时间段。TP 范围在0.07mg/L～0.19mg/L 之间，最大值出现在2019 年12 月至2020 年1 月之间。NH3-H 范围在0.16mg/L～1.96mg/L 之间，从空间分布来看，中游的国兴桥和下游的和平桥的数值显著高于上游的沙坡水库，但沙坡水库的NH3-H 在2019 年8 月～11月期间出现不正常的高峰，这应该与暂时性的污水排放有关。TN 范围在1.06mg/L～6.29mg/L 之间，上游沙坡水库在2019 年9 月～12 月出现异常高峰值，因此TN 明显高于中游的国兴桥和下游的和平桥。叶绿素α 范围变化较大，在0.7ug/L ～27.07ug/L 之间，河流中下游的叶绿素α 值比较低，平均值分别为4.14ug/L 和5.78ug/L，而沙坡水库叶绿素α 较大，平均值为18.5ug/L。

根据监测的水质数据分析，美舍河河段的pH、盐度、COD 和NH3-H 的数值均表现为中、下游高于上游，但在2019 年8 月～11 月期间位于上游监测点的沙坡水库NH3-H 出现不正常的高峰，分析认为与污水排放有关，因此沙坡水库的TN 值在2019 年9 月～12 月显著高于中游和下游的国兴桥、和平桥监测点。

2.2 水质单因子指数分析法

采用单因子评价法，依照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的地表水水质标准，对各监测取样点的氨氮、化学需氧量、溶解氧、总氮以及总磷含量与地表水水质标准进行对比，得到所属的水质类别，最差的指标所属的水质类别，便是最终监测取样点水质所属类别，单因子评价结果见表5。

图1 2019 年～2020 年度美舍河水质数据及分布情况Fig.1 Water quality data and distribution of Meishe River in 2019～2020

沙坡水库上游河段2019 年～2020 年度全年综合水质介于Ⅱ类～Ⅴ类之间，在2019 年7 月～2020年6 月期间，TN 超标达到Ⅴ类水质，超标倍数最高达6.29。美舍河中游河段2019 年～2020 年度全年水质介于Ⅲ类～Ⅴ类水质之间，以Ⅴ类水质为主，NH3-H、TN 和COD 超过Ⅳ类水标准，达到Ⅴ类，其中TN 的超标倍数最大，为3.41 倍，美舍河下游河段2019 年～2020 年度全年水质为Ⅳ～Ⅴ类，污染物以有机污染物和总氮为主，其中以总氮的超标倍数最大，为3.05。

表5 单因子指数法评价结果Tab.5 The result of single factor index method evaluation

3 个监测点主要的水质污染指标均为TN，上游河段周边分布以农田、村庄为主，据此分析污染源主要来源于农业的非点源污染；中游河段Ⅴ类水质的原因为上游携带的铵态氮分解，增加有机氮的含量，好氧微生物分解消耗氧气，使得COD 数值增加，同时中游段生活污水进入河道中，增加了NH3-H 和COD值。

2.3 综合指数分析法

表6 综合指数法评价结果Tab.6 The result of composite index method evaluation

综合指数分析法结果见表6，沙坡水库、国兴桥、和平桥3 个监测点的水质评价结果均为Ⅴ类水质等级。

2.4 模糊综合分析法

表7 为模糊综合分析法中权重因子的计算结果。在沙坡水库监测点，5 项水质指标对水质污染的权重从大到小依次为：TN＞NH3-H＞COD=DO＞TP；国兴桥监测点权重由高到低依次为：TN＞COD＞NH3-H＞TP=DO；和平桥监测点权重由大到小次为：TN＞NH3-H＞COD＞TP＞DO。所有监测点中TN 的权重因子是最大的，说明TN 对水质污染的贡献率最高。

表7 各项水质指标的权重Tab.7 The weight of each water quality indicator

根据模糊综合法的最大隶属度原则，隶属度最大值所对应的等级，即为监测点的水质分类等级，由表8 知，沙坡水库和国兴桥监测点的水质评价均为Ⅴ类水，和平桥监测点为Ⅳ类水。

表8 模糊综合法评价结果Tab.8 The results of fuzzy comprehensive method evaluation

3 结论和讨论

3.1 结论

（1）美舍河中、下游的pH、盐度、COD 和NH3-H 的数值高于上游，2019 年8 月～11 月期间位于上游监测点的沙坡水库NH3-H 值出现异常的高峰，分析认为与污水排放有关，因此沙坡水库的TN 值在2019年9 月～12 月显著高于中游和下游的国兴桥、和平桥监测点。

（2）单因子指数法和综合指数法分析显示是3个监测点均为Ⅴ类水质，根据单因子指数法，3 个监测点其主要污染指标为TN。

（3）模糊综合法分析表明所有监测点中TN 的权重因子是最大的，沙坡水库和国兴桥监测点的水质评价均为Ⅴ类水，和平桥监测点为Ⅳ类水。

3.2 讨论

运用单因子指数法、综合指数法和模糊综合法3 种评价法对美舍河国家湿地公园监测的水质数据进行评价分析，3 种方法的评价结果见表9。

表9 3 种方法评价法对比Tab.9 The compare of three assess methods

3 种方法对3 个监测点的评价结果基本一致，所有监测点处于Ⅴ类水质标准，模糊综合法评价和平桥监测点为Ⅳ类水，模糊综合法结合了综合指数法对各水质指标的统计，同时还对不同指标对水质影响的权重进行了归一化的分析，较前2 种分析方法能够从整体的角度对水质做出评价。

2019 年9 月～2019 年12 月期间，沙坡水库的总氮和氨氮含量出现异常，说明在这期间有污染源排放。从具体数据分析，总氮的超标明显高于氨氮，因此污染源主要为农业非点源污染，农业化肥（硝态氮肥）在未完成反硝化作用或未被植物吸收前，会增加水体中总氮的含量，往往一次降水冲刷带入的硝态氮肥会在水体中存留很长时间，直到转化为有机氮被植物吸收。2019 年8 月～2020 年5 月，美舍河中游主要超标的污染物指标为COD、氨氮和总氮，其主要来源为生活污水，以及上游携带的硝态氮逐渐分解为的有机态氮。此外，处于河流中段的国兴桥水质劣于下游的和平桥，说明中游河段存在明显的生活污水排放问题。而下游由于海水交换量大，导致污染物被海水冲淡，因此各项水质指标优于中游河段，同时也说明红树林种植以及周边排污口的治理，取得了明显的效果。