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福州山仔水庫水質(zhì)自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)分析與應(yīng)用

文檔作者：林暉榕文檔來源：福州市晉安區(qū)環(huán)境監(jiān)測站		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年08月30日
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·應(yīng)用研究·
福州山仔水庫水質(zhì)自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)分析與應(yīng)用
林暉榕
(福州市晉安區(qū)環(huán)境監(jiān)測站福建福州350014)
[摘要】論文通過對福州山仔水庫自動監(jiān)測站2008年12月l 8日-2010年3月4日水質(zhì)監(jiān)鍘數(shù)據(jù)的全面調(diào)查分析，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)
提取表征水體富營養(yǎng)化狀態(tài)(TSI)的綜合參數(shù)，研究水庫富營養(yǎng)化的變化趨勢。研究得到的TSl日均值分析表明，該水庫整體處
于中營養(yǎng)狀態(tài)，局部時間處于富營養(yǎng)化狀態(tài)；月綜合評價值波動較前面核算的日均值小，從數(shù)值町以判斷該水庫處f中營養(yǎng)狀態(tài)，
接近富營養(yǎng)化狀態(tài)。構(gòu)建藻青蛋F{日值與TSIC(總)日值I．日】的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)2010年1月份到3月份的數(shù)據(jù)存在較好的對數(shù)關(guān)系。研究
通過對山仔水庫自動監(jiān)測站長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，提出了數(shù)據(jù)分析的一般流程，為監(jiān)測和評估保護山仔水庫水質(zhì)提供可靠的
技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】山仔水庫富營養(yǎng)化數(shù)據(jù)挖掘水質(zhì)
【中圖分類號】TB9 【文獻標識碼】A 【文章編號】1007-9416(2010)07-0061-03
我國水質(zhì)自動監(jiān)測站建設(shè)始于2000
年，至2010年初，環(huán)境保護部已在我國重
要河流的干支流、重要支流匯入口及河流
入?？?、重要湖庫湖體及環(huán)湖河流、國界
河流及出入境河流、重大水利工程項目等
斷面￡建設(shè)了l 00個水質(zhì)自動監(jiān)測站，監(jiān)
控包括t大水系在內(nèi)的63條河流，l 3座湖
庫的水質(zhì)狀況11I。通過實施地表水水質(zhì)的
自動監(jiān)麗，可以實現(xiàn)水質(zhì)的實時連續(xù)監(jiān)測
和遠程監(jiān)控，及時掌握上要流域重點斷面
水體的水質(zhì)狀況，預(yù)警預(yù)報重大或流域性
水質(zhì)污染事故，解決跨行政區(qū)域的水污染
事故糾紛，監(jiān)督總鼉控制制度落實情況。
我國近年來在重點流域和監(jiān)測斷面建垃的
大量自動監(jiān)溯站獲得了人量長期數(shù)據(jù)，但
是由于種種原因，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)的知識挖
掘工作并沒有展開，自動監(jiān)測站的數(shù)據(jù)分
80
60
哇O
20
0
80
70
60
50
40
30
20
lO
O
析尚不夠深入，大量研究儀依靠離散的監(jiān)
測數(shù)據(jù)得到結(jié)果[2-4]，僅有少數(shù)模型研究涉
及連續(xù)數(shù)據(jù)分析【“，數(shù)據(jù)挖掘的能力尚不
能滿足流域環(huán)境管理的需求，因此本文試
圖從山仔水庫水質(zhì)自動監(jiān)溯站的若f午監(jiān)
測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)水庫水質(zhì)動態(tài)變化過程的規(guī)
律，為科學(xué)和合理地利用監(jiān)測數(shù)據(jù)提供一
種新途徑并積極探索自動監(jiān)測站水質(zhì)數(shù)據(jù)
在環(huán)境管理和規(guī)趔I中應(yīng)用，從而為JF展流
域環(huán)境分析與管理，水質(zhì)動態(tài)評價方法和
模型及應(yīng)用，水牛態(tài)系統(tǒng)的健康狀況評
價，流域非點源污染調(diào)查與評價等工作或
研究項目提供技術(shù)支持。
1敖江山仔水庫及水質(zhì)監(jiān)測自動
站概況
敖江是福建省第六大河流，河長l 37
TSI／Chla
km，多年平均逕流量30．4億m3，河道坡
降2．6‰，流域面積2655km2，占全省國士
面積的2．16％。山仔水庫位于放江中游連
江縣境內(nèi)西北部虎頭西坡底河谷中。地理
坐標北緯26。17’51”，東經(jīng)119。21’
35”，水面面積達6．734 km2。水庫足
敖江域梯級JF發(fā)的第三級水利水電項目，
1992年8月建設(shè)，1994年11月蓄水發(fā)電，
多年平均流量為88．7m3／s。山仔水庫是福
州市的第二水源，由于水動力學(xué)及外來污
染物累積等因素，導(dǎo)致其在部分時間出現(xiàn)
富營養(yǎng)化現(xiàn)象，對福州第二水源供水工程
形成一定的影響。為r更好的對山仔水庫
水質(zhì)進行連續(xù)監(jiān)測，福州市環(huán)境監(jiān)測站于
2005年6月開始建直了山仔水庫水質(zhì)自動
監(jiān)測站，該站建立存福州市連江縣小滄鄉(xiāng)
的鹿島山莊內(nèi)，主要由水質(zhì)自動監(jiān)測儀
圖1 TSIc(Chla)動態(tài)圖
TSI／TP
BB2 TSIc(TP)動態(tài)圖
數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用6
叮。一霹一斗馬一晶 叮蜀暖一“豈一器 叮p《N營t|晶 皤再唪碰蓉『I品
叮田：營8“ 皿m《=廿-§ 叮晶缸=廿-口品 叮竹一喝N廿曲。矗 ?！峙癬廿母gN ?！抟活皁時?？诰ФＦ访蟆?#168;強。品 叮t霹。一鴦B§ Ⅲ口唪9警￡mn町n甚是 叮=∞壤o￡ 叮-n譬m*強口品 叮=∞囂8¨ 血黯∞量口8 毗～一《P彗口晶 Ⅲ器《譬口晶 叮伊?xí)熒?啊8品 Ⅲ霜《∞騭。翕 Ⅲ∞霹n-岫0品 口≈口*譬。翕 皿∞霹．廿g品 Ⅲ61口，¨墨§
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叮：《譬囂 Ⅲ端《-囂口昂 叮。哦～特g品
叮晶旺N廿2品皿高嘆“H廿§ 叮2喂H騭窩 吐磊旺【騭H品 叮h旺“譬。^ ∞譬暖d．【廿608 皿母噼=廿88 皿2旺～H廿ao品 ?！绢?廿§ 叮霉暖o．【廿oa。
叮f吐寶蚌6D品?！尥?：甘l 叮品旺＆重 ∞=巒曲4ⅥooR 皿高旺∞廿60禽 叮=皿9廿-口量 皿霜皿∞蚌89 皿“H叼h廿8。寓 皿∞～避h蚌80建 叮m旺∞廿Ⅱ∞o品 口n～旺∞廿咎窩 ∞∞旺∞¨，o量砸礙哩～廿8品 ?！尥鷑廿咎。己 咀紂旺n廿§ ?！尥?．崢咎品 皿9旺t廿8品 皿∞啞～廿＆ 田=旺H廿魯離 缸‰噼．f斗垮禽
∞褥霞NH廿808
萬方數(shù)據(jù)
器、提水系統(tǒng)與配水系統(tǒng)和控制與傳輸3
部分設(shè)備構(gòu)成，主要的儀器有德國WTW
的IQ Sensor Net彳F線五參數(shù)分析儀和湖
南力合科技發(fā)展有限公司的L FTP—
DW2001總磷分析儀。五參數(shù)為水溫、電
導(dǎo)率、濁度、溶解氧、pH。監(jiān)測站后期還
增加了藻青蛋r{探頭和總氮探頭。自動監(jiān)
測站的數(shù)據(jù)摹本是以每隔兩個小時取得一
次，因此其采樣一天可以取得12組數(shù)據(jù)，
每組數(shù)據(jù)本文稱為時刻值。
2研究方法
有關(guān)湖庫營養(yǎng)化的評價，多從水質(zhì)、
水生生物以及底質(zhì)三個方面來進行，蔡慶
華等學(xué)者將國內(nèi)外所采用的評價方法歸納
為如I-"6種類型：(1)特征法；(2)參數(shù)
法；(3)生物指標訐價法，(4)磷收支模
型法；(5)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；(6)數(shù)學(xué)分析
法[61。湖庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價中采用的營
養(yǎng)狀態(tài)指教法(TSI法)將湖泊營養(yǎng)狀態(tài)
的貧營養(yǎng)至富營養(yǎng)連續(xù)劃分為0一100的連
續(xù)數(shù)值，操作簡單，可比性強。本文考慮
到自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)的類硝，認為采用營養(yǎng)
狀態(tài)指數(shù)叮以把長期監(jiān)鍘數(shù)據(jù)利用起來。
達到綜合評估的目的。目前常用的TSI有
蘭種指數(shù)，(1)Carlson指數(shù)(美國)l(2)
Aizaki指數(shù)(日本)，(3)李祚泳指數(shù)(中
國)；三種營養(yǎng)指數(shù)評價方法是基本原理
一致，如果要與國際上的湖泊相比較，采
用卡爾森的TSI指數(shù)或相崎守弘修正的
TSIm指數(shù)較為合適；與國內(nèi)其他湖泊水
庫比較，更實際地評價國內(nèi)的營養(yǎng)狀態(tài)，
用李祚泳修JE的TSIc指數(shù)更為合適。本文
采用李柞泳修正的TSic指教應(yīng)用r山仔水
庫臼動監(jiān)測站的資料，對山仔水庫的營養(yǎng)
狀況進行評價。論文中用到的自動監(jiān)測站
數(shù)據(jù)主要包括水體中葉綠素a(Chla)、總
80
60
40
20
0
60
40
20
0
磷(TP)、總氟(TN)，其TSlc計算公式如
下17I
TSI，(Chla)=10x(2．46+1．09xln(Chla))
TSIc(沖)=10x(9．40+1．62x ln(TP))
TSI，，(TN)=10×(5．24+1．86×ln(TN))
由于是綜合評價，必須進行定權(quán)，本
文采用層次分析法進行定權(quán){6】，建立了葉
綠素a(Chla)、總磷(TP)，總氮(TN)相
應(yīng)判斷矩陣為：
l
0．3333
0．1429 三冠
相應(yīng)權(quán)向量為W=(0．6817，0．2l 58，
0．1025)，其中k=3．0026，CI=0．0013，
彤=0．58，CR=0．0025，具有滿意的一致
性。
在早期建設(shè)過程中，該監(jiān)測站點沒有
設(shè)置葉綠素和總氮監(jiān)測指標，因此在2008
年12月1 8日一2009年1月10日儀用總磷
指標進行富營養(yǎng)化評價，2009年1月10日
一2009年10月l 3日儀用葉綠素和總磷進
行評價，2009年10月l 3日一2010年3月4
日開始用葉綠素a、總磷、總氮進行評價。
葉綠素和總磷的判斷矩陣為：
∽e
相應(yīng)權(quán)向量為W=(0．6753，0．3247)
而初期由j：只有總磷數(shù)據(jù)因此沒有必
要進行判斷矩陣構(gòu)建，儀考慮總磷指標作
為最后的綜合指標。
用TSIc的公式計算得到各單項指標每
個時刻評價值，按照權(quán)重進行綜合得到每
個時刻水庫的TSI綜合評價值，日總評價
值通過時刻TSI綜合評價值累積后取平均
值得到，月綜合評價值通過日綜合評價值
值累積后取平均值得到。綜合值按以下標
TSI／TN
·應(yīng)用研究·
準對湖泊水體的營養(yǎng)狀態(tài)作評價：<30貧
營養(yǎng)；30—50中營養(yǎng)，50—70富營養(yǎng)I>
70超富營養(yǎng)。
3研究結(jié)果
3．1富營養(yǎng)化指標的日變化
根據(jù)水體富營養(yǎng)化TSI，計算方法，計
算得到總磷(mg／L)、總氮(mg／L)、葉綠素
(ug／1)的三個單指標TSI，日值以及總評估
(綜合評估)的TSIC值。
3．1．1 TSI，(Chla)日變化
如圖l所示。
從數(shù)據(jù)序列來看TSI，(Chla)平均值為
46．6256，最大值68．7595，最小值l 9．
3683，標準差為6．2475，變異系數(shù)1 3．399。
大部分時間其值圍繞平均值波動，無較大
起伏，從平均數(shù)值來看，該水庫處于中營
養(yǎng)狀態(tài)，局部時間屬于富營養(yǎng)化狀態(tài)。
3．1．2 TSI，(TP)日變化
如圖2所示。
從數(shù)據(jù)序列來看TSI，(TP)平均值為
36．5547，最大值68．7l％，最小值4．5523，
標準差為9．1032，變異系數(shù)24．9029。大
部分時間兌波動較TSI，(Chla)大，其值
圍繞平均值波動，起伏較大，從平均數(shù)值
來看，該水庫處于中營養(yǎng)狀態(tài)，局部時間
屬于富營養(yǎng)化狀態(tài)。這也說明該值受到內(nèi)
外磷源的綜合影響，且易發(fā)生變動。
3．1．3 TSI，(TN)日變化
如圖3所示。
從數(shù)據(jù)序列來看TSI，(TN)平均值為
44．3616，最大值55．5319，最小值0．5449，
標準差為7．2666，變異系數(shù)16．3805。大部
分時間其波動較TSI，(Chla)大，但較TSI，
(TP)小，其值圍繞平均值波動，起伏相對
較小，從平均數(shù)值來看，該水庫處于中營
養(yǎng)狀態(tài)，局部時間屬于富營養(yǎng)化狀態(tài)。
圖3 TSIc(TN)動態(tài)圖
TSI(總)
62 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用
圖4 TSI。(總)動態(tài)圖
皿rN呱罾o“ 叮n陬竹址亭0若N 叮o_噯N廿口_口R 叮上I哦N廿口一oN
叮竹呶“弘芋oIo牲
叮n_噯-廿oI口“ 皿8吣_特0l舄 皿矗lr_棗0_宅 皿。雹一卟毽10“
叮寶哦“d#∞口品 ?！诌舞坟ァ辭品 瞳霉tfNH特oo￡
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?！癏四h杏6§ 叮冠旺h廿。量 ?！尥挢?品 叮∞“旺∞查6琵 皿∞旺m廿600z 叮=旺∞查6蠡 皿再旺∞峙羹 叮=四∞芻6琵 ?！置蟆迚?是 叮n旺∞廿善叮D．【皿_廿8品?？谕ン欢！玁呶N廿∞g～ 叮∞旺n廿600z ?！癗旺n婷u口囂 ?！尥叶?旺_【查6蛋 ?！轓旺H查6§ 叮器旺2廿8品
萬方數(shù)據(jù)
·應(yīng)用研究·
3．1．4 TSI，(總)日變化
如罔4所示。
從數(shù)據(jù)序列來看TSI，(總)平均值為
43．3894，最大值61．3984，最小值】8．0464，
標準差為5．5001，變異系數(shù)12．6762。其波
動較前二三者均小，其值圍繞平均值波動，起
伏最小，從平均數(shù)值來看，該水庫處于中
營養(yǎng)狀態(tài)，局部時間屬于富營養(yǎng)化狀態(tài)。
由于這個指標足綜合性指標，因此，整體
上來看，其較前3個指標穩(wěn)定，對富營養(yǎng)
化的綜合表現(xiàn)能力更好。
3．2富營養(yǎng)化總(綜合)指標的月變化
如圖5所示。
從數(shù)據(jù)序列來看TSI，(總)平均值為
43．3894，最大值48．8630，最小值36．0952，
標準差為3．4617，變異系數(shù)7．9782。其波
動較前面核算的日均值小，其值圍繞平均
60．0000
50．0000
40．0000
30．0000
20．0000
10．0000
0．0000
值波動，起伏小，從平均數(shù)值來看，該水
庫處j：中營養(yǎng)狀態(tài)，接近富營養(yǎng)化狀態(tài)。
3．3藻青蛋白富營養(yǎng)化單項指標的探研
葉綠素a是凜類乍物鬟的綜合指標，而
藻藍素(也稱藻青蚩白)是藍藻所特有的一
種色素，其特征性的光譜吸收峰和熒光發(fā)
射峰叮以被用來作為對藍藻進行檢測的指
標【】。藻藍素往620rim附近存在一個明顯
的吸收峰。因此本研究i式圖用藻青蛋rt單
項指標術(shù)擬合出富營養(yǎng)化狀態(tài)，表征水體
藍藻數(shù)量?？紤]到藻青蛋白其值日變化不
大，故將其每日各時刻平均值作為日值，
并構(gòu)建其與TSI，(總)日值間的關(guān)系。通
過不斷嘗試，發(fā)現(xiàn)在整個數(shù)據(jù)2009年1月
至2叭0年3月期問兩者之間不存在明顯的
線性關(guān)系，利用2010年1月份到3月份的
數(shù)據(jù)可以得到存在相對較好的對數(shù)關(guān)系，
TSI(總)
1tt5 TSI。(總)月動態(tài)圖
圖6 2010年1月一3月藻青蛋白與TsI。(總)關(guān)系圖
1tt7 2009年1月一2010年3,El藻青蛋白與FSIc(總)關(guān)系圖
如圖6，7所示：
4結(jié)論與建議
從研究結(jié)果來看，通過自動監(jiān)測站獲
得的數(shù)據(jù)經(jīng)綜合后呵以詳盡的表征水庫水
質(zhì)任短時間尺度下的變化過程，有助于掌
握水體富營養(yǎng)化的發(fā)牛和發(fā)展過程，并為
·防治提供依據(jù)。通過對H綜合數(shù)據(jù)分析表
明，該水庫處于中營養(yǎng)狀態(tài)，局部時間屬
于富營養(yǎng)化狀態(tài)。月綜合評價值通過口綜
合評價值值累積后取平均值得到，其波動
較前面核算的H均值小，其值圍繞平均值
波動，起伏小，從平均數(shù)值來看，該水庫
處f中營養(yǎng)狀態(tài)，接近富營養(yǎng)化狀態(tài)。構(gòu)
建藻青蛋白H值與TSI，(總)日值間的關(guān)
系，發(fā)現(xiàn)任整個數(shù)據(jù)2009年1月罕2010年
3月期間兩者之間不存在明顯的線性關(guān)系，
利用2010年1月份到3月份的數(shù)據(jù)町以得
到存在相對較好的對數(shù)關(guān)系。
通過數(shù)據(jù)分析來看，近年來水庫富營
養(yǎng)化狀況沒有得到明顯改善，從飲用水源
保護的角度考慮，可在現(xiàn)有山仔水庫fj動
監(jiān)測站的基礎(chǔ)￡進一步增加自動監(jiān)謝站點
和小型氣象蚺，應(yīng)籌措資金枉其下游塘坂
水庫(福州市二水源取水口)建立一個新
的自動監(jiān)測站與氣象站，實現(xiàn)兩站聯(lián)動，
同時輔助人I：觀察和監(jiān)測，做好局部氣象
資料的收集和分析J：作進一步探討局地小
氣候與藻類水華發(fā)牛機制之間的莢系1 8-9]。
在此基礎(chǔ)卜逐步建最山仔水庫針對藍藻水
花的應(yīng)急反應(yīng)體系，做好水源地富營養(yǎng)化
防治和預(yù)警工作，保障給水安全。
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數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用63
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