金 麗，鄭 強，薛 雁，畢華軍

(山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南250013)

良好的飲用水水源水質(zhì)是實現(xiàn)農(nóng)村飲水安全的重要基礎(chǔ)[1]。國外，在水源水質(zhì)方面的研究較多，研究的工作一般是城市水資源與城鎮(zhèn)經(jīng)濟相互作用和水源地保護[2－3]。國內(nèi)在水源方面的研究主要是在城市地區(qū)[4]。但是，在農(nóng)村飲用水方面的研究相對較少，沒有形成一套完整的理論體系。而農(nóng)村地區(qū)供水往往在資金、科研以及人才方面的投入相對薄弱，以至于農(nóng)村飲水條件較差，水污染嚴重，并不斷惡化，水質(zhì)得不到保證。本文在充分研究各種水質(zhì)分析方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合山東省農(nóng)村飲水水源的特征，提出適合農(nóng)村飲水水源的水質(zhì)評價方法，并在具有代表性的膠東半島青島市、煙臺市、威海市對農(nóng)村飲水水源水質(zhì)進行評價，以檢驗所提水質(zhì)評價方法的科學(xué)性，研究山東省農(nóng)村安全飲水水源的水質(zhì)狀況，為水資源規(guī)劃和改善農(nóng)村飲水安全提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 農(nóng)村水源地水質(zhì)評價標準及方法

為了解水源地的污染情況，進行合理的水質(zhì)評價是非常有必要的。這有利于水源地的保護工作，對農(nóng)村飲水安全的提高也是有利的。到目前為止，還沒有一種適合農(nóng)村飲用水水質(zhì)評價的方法，傳統(tǒng)的評價方法很難反映出農(nóng)村的真實情況，這對農(nóng)村水源水質(zhì)的保護來說是非常不利的。為此，本文對進行水質(zhì)評價時，用到的評價方法進行比較，找出各自的優(yōu)點、缺點及適用的范圍，然后，充分考慮農(nóng)村水源地實際情況，提出適合于山東省農(nóng)村飲水水源的水質(zhì)評價方法。

1.1 評價標準

研究區(qū)內(nèi)有地下水和地表水兩種水源。具體做法如下:

地表水水源地水質(zhì)評價參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838－2002)。地下水水源地水質(zhì)評價以《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848－93)為依據(jù)。地表水水源水質(zhì)評價不考慮N、P以及大腸桿菌。兩種水源水質(zhì)的評價都以III類標準值為評價標準。在枯水期和豐水期都對水質(zhì)進行評價。

1.2 農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評價方法

1.2.1 農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評價依據(jù)準則

1)不同的污染因子對水質(zhì)污染的影響程度不同，即評價應(yīng)突出飲水安全這一要求，能判斷出水體是否能達到飲水水源這一要求，對于不同因子應(yīng)區(qū)別對待。

2)從評價結(jié)果能夠看出水體的污染情況和造成水體污染的主要污染物，這樣有利于提出合理的措施來保護水源地。

3)水質(zhì)評價方法的選取應(yīng)該考慮到當?shù)氐膶嶋H情況。由于農(nóng)村地區(qū)技術(shù)落后，水質(zhì)檢測技術(shù)水平差，進而影響資料的連續(xù)性。在選擇評價方法的時候應(yīng)該考慮到這一點。

4)評價方法應(yīng)該便于使用操作。

1.2.2 常用的水質(zhì)評價方法比較分析

比較常用的水質(zhì)評價方法有單因子法和綜合評價法之分。單因子法的優(yōu)點是能夠直觀的展示出主要的污染物。缺點是用污染最為嚴重的污染物所屬級別來描述水體的污染情況以及所屬的級別。它沒有考慮到其它的污染物對水質(zhì)好壞的影響，而且也沒有考慮到不同污染物的權(quán)重問題。因而用此評價方法對水體進行評價得到的結(jié)果太片面。綜合評價法常見的如綜合污染指數(shù)法、AHP法、模糊數(shù)學(xué)評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法等[5－7]，下面主要對綜合評價法進行對比分析。

1)綜合污染指數(shù)法。使用綜合污染指數(shù)法對水質(zhì)進行評價，能夠明確的展示出水體整體的污染情況，進而可以清楚的判斷出水體能否飲用。但是使用該種方法不能讓人清楚的了解到水中的主要污染物。此外，不同污染物權(quán)重的選取也是非常重要的。因為，權(quán)重的選取直接影響到結(jié)果的準確與否。

2)模糊數(shù)學(xué)法、AHP法。這兩種方法的優(yōu)點在于評價過程中考慮到了因素的不確定性。這就使評價的結(jié)果能夠更好的貼近實際情況，結(jié)果更為合理。但是，這兩種方法也存在著不好的地方，比方說兩種方法的計算都非常的繁瑣;還有就是評價過程中，對于權(quán)重的選擇帶有很大的人為的因素，這可能影響評價結(jié)果的準確性。

3)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)。由于該種方法克服了模糊數(shù)學(xué)法和AHP法選取的權(quán)重帶有很大人為因素的缺點，所以使用ANN法進行評價所得的結(jié)果更加客觀和準確。由于評價過程中，權(quán)重的選擇是基于網(wǎng)絡(luò)對水質(zhì)標準的學(xué)習(xí)，因此ANN法需要大量的水質(zhì)監(jiān)測資料。由于農(nóng)村地區(qū)，在水質(zhì)監(jiān)測方面的資金、人才和技術(shù)的投入較少，因此，農(nóng)村的水質(zhì)監(jiān)測水平較差，資料的連續(xù)性較差，進而導(dǎo)致ANN法難以在農(nóng)村地區(qū)得到應(yīng)用。

總之，根據(jù)農(nóng)村供水及水源地保護的實際狀況，單獨采用一種評價方法很難達到預(yù)期的評價效果。鑒于以上分析，本文采用單指標和綜合指標相結(jié)合的方法來對水質(zhì)進行評價。這樣既可以通過單因子法直觀地判斷主要污染物，同時還能能夠明確的展示出水體整體的污染情況，進而可以清楚的判斷出水體能否飲用。這樣可以彌補這兩種方法單獨使用時的缺點。

1.2.3 地表水飲用水源水質(zhì)評價

采用單項指標與綜合指標相結(jié)合的水源地水質(zhì)評價方法。評價的結(jié)果應(yīng)能展示出水體的污染情況及能否滿足要求、主要的污染物以及污染物的超標程度。單因子評價以地表水III類水為評價的基準;綜合評價參照表1，以表1為評價的標準。根據(jù)監(jiān)測到的各種污染物的濃度，按以下公式計算取各項目的水質(zhì)評分值:

式中:SC(i)為第i個污染物的濃度;SC(i)1ow為第i個污染物所屬類別相應(yīng)區(qū)間的最小值;SC(i)hig為第i個污染物所屬類別相應(yīng)區(qū)間的最大值;SWGI(i)low為第i個污染物所屬類別相應(yīng)區(qū)間最小值所對的評分值;SWGI(i)hig為第i個污染物所屬類別相應(yīng)區(qū)間最大值所對的評分值;SWGI(i)為第i個污染物所屬類別所對的評分值。

水質(zhì)綜合評分值計算如下式:

SWGI=MAX(SWGI(i))

或采用加權(quán)平均公式計算綜合評價分值:

SWGI=AVERAGE(Wi×SWGI(i))

其中Wi為第i個指標的權(quán)重。

表1 水質(zhì)類別與評分值對應(yīng)表

主要污染物的確定原則:對于評價時段內(nèi)，水源水質(zhì)的評價結(jié)果為優(yōu)或者是良好等級的不進行主要污染物的選擇;而在評價時段內(nèi)，水源水質(zhì)的評價結(jié)果顯示出水質(zhì)已超過所規(guī)定的評價標準，則根據(jù)污染物的超標倍數(shù)的大小，選取三項最大的作為主要的污染物。

1.2.4 地下飲用水水源地水質(zhì)評價

采用單項指標與綜合指標相結(jié)合的水源地水質(zhì)評價方法。參照地表水水源地水質(zhì)評價方法進行評價。評價的結(jié)果也應(yīng)該包括水體的污染情況及能否滿足要求、主要的污染物以及污染物的超標程度。

2 典型區(qū)農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評價

本研究選定了膠東半島青島市、煙臺市、威海市三個市為典型區(qū)，并對其主要水源地水質(zhì)狀況進行評價分析。

2.1 調(diào)查對象、項目及時間

對膠東地區(qū)的地下水和地表水兩種類型的水源地進行調(diào)查。共調(diào)研農(nóng)村水源地水質(zhì)測點249處。青島農(nóng)村地區(qū)調(diào)查水源地124處，其中有81處地下水的，類型有深井、淺井和泉水，數(shù)量分別為55口、25口和1處;有43處地表水的，類型有河流、坑塘和水庫，數(shù)量分別為6處、1處和36處。煙臺農(nóng)村地區(qū)調(diào)查水源地總共103處，其中有95處地下水的，包括60口深井、35口淺井;地表水的8處，類型有河流和水庫，數(shù)量分別為2處和6處。威海農(nóng)村地區(qū)調(diào)查水源地22處，其中地下水的14處，類型有深井、淺井和泉水，數(shù)量分別為11口、3口和1處;地表水的8處，類型包括坑塘和水庫，其數(shù)量分貝為1處和7處。煙臺、威海和青島各區(qū)的樣本組成、水源類型及樣本組成如圖1～3所示。

圖1 抽樣膠東地區(qū)農(nóng)村集中式水源地分布

目前農(nóng)村地區(qū)水源檢測條件有限，本研究依據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況并對照評價標準選取以下飲用水源地的監(jiān)測項目:總大腸菌群(MPN/100mL或 CFU/100mL)、細菌總數(shù)、氟化物(mg/L)、硝酸鹽(以N計，mg/L)、色度(鉑鈷色度單位)、渾濁度(NTU － 散射濁度單位)、pH、鐵(mg/L)、錳(mg/L)、氯化物(mg/L)、硫酸鹽(mg/L)、溶解性總固體(mg/L)、總硬度(以 CaCO3計，mg/L)、耗氧量(COD Mn法，以 O2計，mg/L)及氨氮(mg/L)共14項。水源地調(diào)查與監(jiān)測時間為2013年豐枯兩個時段。

2.2 青島、煙臺及威海農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評價

根據(jù)上節(jié)提出的單項指標與綜合指標相結(jié)合的水源地水質(zhì)評價方法，依據(jù)檢測水質(zhì)數(shù)據(jù)對枯水期及豐水期水源地水質(zhì)狀況進行評價，評價結(jié)果表明249個水源地測點的水樣中，能夠滿足要求的共有121個，所占到的比例為48%;不能滿足要求的共有128個，所占到的比例為52%。超標水質(zhì)指標項目主要為硝酸鹽、大腸肝菌、總硬度、氨氮等超標。如圖4所示。

圖2 抽樣膠東地區(qū)水源地類型狀況

圖3 膠東地區(qū)地下水水質(zhì)狀況調(diào)查抽樣樣本組成狀況

圖4 抽樣膠東地區(qū)地下飲用水水源地水質(zhì)指標超標情況(枯水期)

依據(jù)綜合評價，抽樣調(diào)查的地下水水樣中能夠滿足Ⅱ類水標準的水樣3個，所占的比例為1%;能夠滿足Ⅲ類水標準的水樣118個，所占比例為47%;屬于Ⅳ類水類別的水樣79個，所占的比例是32%;屬于Ⅴ類及以下標準的水樣占49個，所占的比例是20%。水質(zhì)情況如圖5所示。從評價結(jié)果上看，青島、煙臺及威海三市的農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)狀況不容樂觀。根據(jù)污染物的類型可初步判斷出造成水源污染的主要原因是農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水排放及背景值的影響。

如果采用算數(shù)平均的評價方法計算，可以得到結(jié)果都為Ⅲ類及以上。可見該方法評價結(jié)果反映的是一個綜合平衡后的結(jié)果，過濾掉了某些單項指標超標的影響，因此評價結(jié)果偏于安全，評價結(jié)果可以作為上文方法的參考。

同樣，依據(jù)相關(guān)檢測數(shù)據(jù)對典型區(qū)水源地豐水期水質(zhì)進行評價，結(jié)果如圖6所示。滿足Ⅲ類水標準的水樣占124個，所占的比例是50%;屬于Ⅳ類水類別的水樣是80個，所占的比例是32%;Ⅴ類及以下水源45個，所占到的比例是18%。從上面可以看出，在豐水期的時候，水源水質(zhì)得到一點提升，但是和枯水期相比，相差不大。

圖5 膠東地區(qū)農(nóng)村飲水水源水質(zhì)分類情況統(tǒng)計圖(枯水期)

圖6 膠東地區(qū)農(nóng)村飲水水源水質(zhì)分類情況統(tǒng)計圖(豐水期)

3 結(jié)語

綜合分析了各種水質(zhì)評價方法的優(yōu)缺點及適用范圍，并結(jié)合農(nóng)村飲水水源特征，提出了綜合運用單分子評價法和綜合污染指數(shù)法的水質(zhì)評價方法，并運用該方法對青島、煙臺及威海三市的農(nóng)村飲水水源水質(zhì)進行了評價，評價結(jié)果表明該方法應(yīng)用于農(nóng)村飲水水源水質(zhì)評價切實可行;從評價結(jié)果上看，青島、煙臺及威海三市的農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)狀況不容樂觀，水質(zhì)達標在50%以下。超標的主要污染物有硝酸鹽、大腸肝菌、總硬度、氨氮等。根據(jù)污染物的類型可初步判斷出造成水源污染的主要原因是農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水排放及背景值的影響。

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