贾艳乐 (白洋淀流域生态环境保障中心，河北 石家庄 050000)

0 引言

湖泊作为自然湿地的重要组成部分，具有防洪滞沥、蓄养水源、调节气候等生态价值。然而，随着经济社会的迅速发展，工农业生产过程中大量污染物的汇入以及围湖造田，水产养殖等，严重破坏了湖泊生态系统，结果导致水体富营养化、有机污染、沼泽化、湖面萎缩等环境问题。因此，分析影响湖泊污染机理和主要影响因子，对于保护湖泊水生态环境，防治水质污染具有十分重要的意义。

主成分分析法也称为主变量分析法，旨在利用降维的思想，将较多的指标转化为少数几个综合指标，即从原始变量中导出少数几个主成分，使其尽可能多地保留原始变量的信息，且彼此互不相关[1]。主成分分析可以避免评价因子选择的随意性，使评价结果更客观[2]。模糊综合评价法基于模糊数学的隶属度理论，把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决[3]。

水环境作为一类多因素控制的复杂现象。评价其质量的好与坏，需要尽量将这些控制因素综合起来考虑，得到更切实际的评价结果[4]。本文将主成分分析法与模糊数学法相结合，以白洋淀为研究对象，力求客观选取评价因子，为湖泊水环境治理提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

白洋淀，素有“华北明珠”之美誉，属海河流域大清河南支水系湖泊，由143个相互联系的大小淀泊组成，总面积366 km2，是河北省最大的湖泊。2017年国家设立雄安新区，至此，白洋淀大部分为雄安新区所辖，成为雄安新区发展的重要生态水体。

1.2 研究方法

1.2.1 样品的采集与测定

于2018年3月、4月、5月、6月下旬在白洋淀南刘庄、烧车淀、王家寨、枣林庄、圈头、采蒲台、端村、光淀张庄8个断面采集水样，监测pH值、DO、CODMn、CODcr、NH3-N、TN、TP、Chla、氟化物、石 油类、电导率、透明度共12项指标，水样的采集、保存和测定按照《水和废水监测分析方法》(第4版)进行。

1.2.2 主成分分析

采用SPSS22.0进行主成分分析，具体步骤参照文献[5-7]。

(1)主成分分析指标。本文选取pH值、DO、CODMn、CODcr、NH3-N、TN、TP、Chla、氟化物、石油类、电导率、透明度共12项指标进行主成分分析。

(2)数据的KMO(KaiSer-Meyer-Olkin)与Bartlett检验。在主成分分析之前，将监测数据进行KMO与Bartlett检验，KaiSer-Meyer-Olkin测量取样适当性为0.599＞0.500，Bartlett球形检验显著性＜0.05，数据总体呈正态分布，适合做主成分分析。

(3)提取主成分。利用SPSS22.0软件对数据进行分析，将数据导入软件，调用因子分析函数提取主成分，当各主成分特征值均大于1且累计方差占比大于85%时，可以利用提取的主成分表征所有原始变量的主要信息。

1.2.3 模糊综合评价法

模糊综合评价法具体步骤参照文献[8-10]。

(1)确定评价因子集。参与评价的m个污染因子的实测浓度组成的集合：

(2)建立评价标准集。

式中：V为各个污染因子相应的环境质量等级的集合。

(3)建立隶属函数。隶属函数R参照文献[11-12]确定。

(4)建立权重矩阵A。权重矩阵A参照文献[13]。

(5)建立模糊评价模型D。按照模糊矩阵的运算规则，将模糊矩阵R与权重矩阵A进行模糊运算，得出模糊评价函数D=A·R，得出D={D1,D2, …,Dn}，根据隶属度最大值原则，取maxD为评价因子级别。

2 结果与讨论

2.1 评价因子的确定

将8个断面的12项水质监测结果作为初选评价因子，导入SPSS22.0软件，调用因子分析函数确定主成分。提取了5个主成分特征值均大于1，累计方差占比大于85%。其中第1主成分与NH3-N、BOD5显著相关，表征水体受可生化降解耗氧污染物污染；第2主成分与CODcr、CODMn显著相关，表征水体受耗氧性物质污染；第3主成分与氟化物、电导率显著相关，表征水体盐渍化；第4主成分与TN、TP显著相关，表征水体富营养化特征；第5主成分与叶绿素显著相关，表征水体藻类特征指标。综上所述，选取NH3-N、BOD5、CODcr、TN、TP 共 5 项指标进行综合水质分析。

2.2 水质评价因子分析

5项评价因子中，除TN浓度最大值劣于Ⅴ类水质标准外，其余评价因子均优于Ⅴ水质标准。各断面NH3-N、TP浓度标准偏差较小，说明这两种污染物在各淀区分布比较均匀；各淀区化学需氧量和总氮浓度的标准偏差较大，说明这些污染物在各淀区分布不均匀，宜采用分时间、分区域施治的策略。有资料表明，水体TN浓度高于0.20 mg/L时，存在发生富营养化风险[14]，尤其是南刘庄断面，属于劣Ⅴ类水质，其原因是南刘庄位于府河污水入淀口，长期接纳来自保定市生活污水和工业废水，水体污染严重，水体富营养化风险较高，这与徐爽等[15]、阳小兰等[16]的研究结果相同；南刘庄氮磷比在34～45之间，当N/P＞30，TP是其富营养化的限制因子[17]，CODcr和BOD5的浓度最大值均出现在4月份的南刘庄，因此要加强入淀河流府河的治理，严密排查河流两岸污染源，降低入淀河流氮磷营养盐和耗氧性物质负荷。

2.3 水质评价因子权重计算结果

经计算，从各断面水质评价因子权重来看，总体上TN的权重最高，其次是CODcr和BOD5，NH3-N和TP权重较低，说明水体受TN和耗氧性物质的污染严重。有资料表明[18-19]，水体污染来源可分为外源汇入和内源释放，对白洋淀来说，其外源汇入主要指污染物随府河等入淀河流汇入、淀中村生活污水的排入、旅游业和餐饮业的废水及船只油类的泄漏；内源指污染物自底泥向上覆水中释放，端村、王家寨为网箱养殖区或畜禽养殖区，养殖过程中投放的饵料对水体造成严重污染，饵料沉积到底泥后成为氮磷营养盐和耗氧性物质的蓄积库，在一定条件下向上覆水释放，对水体造成二次污染；采蒲台属于开放水面，蒲草和芦苇茂盛，3、4月份，蒲草和芦苇尚未生长，往年植物根部的腐烂会导致水体中污染物浓度升高；总氮和耗氧性物质浓度最大值均出现在4月份的南刘庄，南刘庄位于府河入淀口，府河历来水体污染严重，虽然随着水体的流动稀释、降解、沉淀，污染物浓度有所降低，但是到达其他淀区时，仍然有较高的浓度。因此要加强入淀河流府河的管控，对河流两岸的污染源进行严密排查整治，同时减少生活污水入淀，农业生产中减少氮肥的使用，防止氮营养盐随地表径流进入水体。

2.4 模糊综合评价结果

南刘庄水体污染最严重，4个月均为Ⅴ类水体，枣林庄、光淀张庄处于白洋淀下游，距离河流入淀口较远，圈头为纯水区域，人为干扰较少，这3个区域水质总体处于Ⅲ和Ⅳ之间，水质较好；采蒲台断面芦苇和蒲草生长茂盛而闻名，但是3、4月属于种植期和5月份属于展叶期，自净能力有限，且往年植物根部在水中腐烂造成水体氮磷营养盐和耗氧性物质浓度升高；王家寨属于旅游区，5、6月份天气转暖，旅游业开始兴旺，游客量增加，餐饮服务业会加重水体污染。

采用同一月份不同断面隶属度的均值做水质类别评价分析，结果表明，3月和6月，白洋淀水体水质为Ⅳ类，4月和5月达到Ⅲ类水质标准。有资料表明[20]，4—6月份，“南水北调”中线工程、王快水库和西大洋水库对白洋淀开展了生态补水，这可能是4月和5月白洋淀整体水质得到改善的原因，而6月份水质为Ⅳ类，可见通过生态补水这种“输血”方式只能一时改善水质，而污染物总负荷不变，要想长远改善水质，要切断“外源”输入和进行“内源”治理，外源输入方面，加强入淀河流的治理，减少通过河流进入淀区的氮磷营养盐和耗氧性物质的总量；内源方面，通过底泥疏浚的形式减少污染物负荷，防止污染物的释放对水体的二次污染。

3 结语

(1)白洋淀 NH3-N、BOD5、CODcr、TN、TP 这 5 项监测指标中，除了TN浓度最大值劣于Ⅴ类水质标准外，其余评价因子均优于Ⅴ水质标准。各断面NH3-N、TP浓度标准偏差较小，说明这两种污染物在各淀区分布比较均匀；耗氧性物质和总氮浓度的标准偏差较大，说明这些污染物在各淀区分布不均匀，宜采用分时间、分区域施治的策略。

(2)白洋淀水体主要污染物为TN和耗氧性物质，尤其是处于府河入淀口的南刘庄水域，污染物浓度最高，府河接纳保定市生活污水和工业废水，水质较差，应降低通过府河进入淀区的污染物总量。

(3)白洋淀水质整体处于Ⅲ类和Ⅳ类，生态补水能暂时缓解污染状况，需通过切断“外源”和“内源”治理相结合的形式，削减淀区污染物负荷，达到长远改善水质的目的。