基于GIS与多准则决策分析的沿海浅水湖泊水质监测优化研究

针对沿海浅水湖泊水质下降问题，研究人员采用地理信息系统(GIS)结合模糊层次分析法(F-AHP)的多准则决策分析(GIS-MCDA)，对克罗地亚Vrana湖进行水质空间评估。通过整合电导率(EC)、浊度、溶解氧(DO)等10项指标，结合蒙特卡洛敏感性分析，优化了7个监测站点布局，揭示了西北和南部区域受人为活动与海水入侵影响显著。该研究为全球同类湖泊提供了可扩展的水质管理决策框架。

　　

在全球水资源危机背景下，沿海浅水湖泊因其独特的生态脆弱性面临双重威胁：一方面，季节性水位波动和海水入侵导致盐碱化；另一方面，农业径流、工业污染等人类活动加速富营养化进程。克罗地亚的Vrana湖作为该国最大天然湖泊，正是这种环境压力的典型代表——其水深不足5米，却承载着亚得里亚海海水倒灌、周边农田氮负荷输入等多重挑战。传统监测方法难以捕捉这种复杂系统的空间异质性，而卫星遥感又受限于云层覆盖和数据时效性。如何建立高效、精准的水质评估体系，成为保护这类生态敏感区的关键科学问题。

为此，Anja Batina和Ante ?iljeg团队创新性地将地理信息系统(GIS)与模糊层次分析法(F-AHP)相结合，开发了一套空间多准则决策分析框架。研究历时12个月(2023年7月至2024年6月)，整合了20个原位监测站点的水质参数、LiDAR地形数据、土地利用信息和ERA5气象数据集。通过Python 3.8进行1000次蒙特卡洛模拟验证模型鲁棒性，并采用Jenks自然断裂法优化监测网络布局。

研究结果

水质参数空间分异

电导率(EC)图谱显示南部Prosika运河区域受海水入侵影响显著，盐度高达4.80 dS/m，而北部淡水支流区仅为3.84 dS/m。浊度在西北部Kotarka河道附近达到峰值(15.93 FNU)，与土壤侵蚀和风力扰动密切相关。溶解氧(DO)虽整体达标(>6 mg/L)，但南部深层水域因盐度抑制光合作用出现季节性缺氧。

人为与自然驱动因子

氮负荷模型揭示西部农业区贡献51.63 t/km²/yr的氮输入，是东部森林区的115倍。距离分析表明，北部垃圾填埋场和加油站3公里范围内的水域污染风险提升47%。风玫瑰图显示冬季bura风(N-NE向)导致湖心区悬浮物再悬浮加剧。

优化监测网络

将原有20个站点精简为7个代表性站点，覆盖全部7个水质等级。保留原有3个基准站(点位A/D/G)，新增点位C/F填补监测空白。空间布局确保相邻站点间距2.2-2.8公里，兼顾效率与代表性。敏感性分析证实DO权重占36.3%居首，而降水(2.5%)和风速(2.5%)影响最小。

结论与展望

该研究首次在沿海浅水湖建立GIS-MCDA-FAHP耦合模型，其创新点在于：1) 引入模糊数学处理水质参数边界不确定性；2) 通过蒙特卡洛模拟量化专家判断的敏感性；3) 实现监测网络"热点区域重点监控+全域覆盖"的平衡。尽管受限于1年观测周期，但提出的框架已成功识别出西北部农业径流和南部海水入侵两大优先治理区。未来可通过RTK无人机采样和Sentinel-2/Landsat 8-9影像融合，构建天地一体化智能监测系统。这项发表于《Environmental and Sustainability Indicators》的成果，为全球气候变化背景下海岸带湖泊的适应性管理提供了范式转移的技术路径。