耿　直，武中強(qiáng)，王小軍，閆麗娟

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河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)與分析

耿直1，武中強(qiáng)2，王小軍3，閆麗娟4

(1.水利部水資源管理中心，北京 100053；2.河北省滄州市水利科學(xué)研究所，河北 滄州 061000；3.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029；北控水務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100124)

河北省農(nóng)村地區(qū)水源安全狀況不容樂觀，存在著諸如供水量不足、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、監(jiān)測不完善以及管理不到位等問題，不僅直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且威脅著廣大農(nóng)村居民的身體健康，同時(shí)對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境也有巨大影響，因此進(jìn)行農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)是非常必要的。通過研究，建立河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)指標(biāo)體系，采用合理的評價(jià)方法對河北省農(nóng)村地區(qū)水源地進(jìn)行評價(jià)研究，可以明確水源地安全程度，了解影響水源地安全的主要影響因素和各因素所占的比重，從而有針對性的提出解決方法，可以為提高河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全水平提供技術(shù)支撐。

農(nóng)村；水源地；安全評價(jià)；分析

河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全由水質(zhì)安全、水量安全、工程安全和管理安全四方面構(gòu)成，每個(gè)方面又有諸多影響因素，各因素之間相互影響，相互作用，每個(gè)因素的變化都會導(dǎo)致整個(gè)水源地安全狀況的變化，其安全特性表現(xiàn)為區(qū)域性和動(dòng)態(tài)性等。根據(jù)河北省農(nóng)村地區(qū)水源的特點(diǎn)進(jìn)行水源地安全評價(jià)指標(biāo)體系以及評價(jià)方法的研究，對于開展河北省農(nóng)村地區(qū)飲用水源地保護(hù)，防治農(nóng)村飲用水源污染，保障農(nóng)村居民身心健康具有重要意義。

表1　華北農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)指標(biāo)體系

1　評價(jià)指標(biāo)體系的建立

農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建以水源地安全構(gòu)成及內(nèi)涵為基礎(chǔ)，同時(shí)綜合考慮水源地功能特性，經(jīng)過評價(jià)指標(biāo)的篩選最終確定水源地安全評價(jià)指標(biāo)，使構(gòu)建的指標(biāo)體系能綜合反映水源地安全狀況的各個(gè)方面。本指標(biāo)體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層構(gòu)成。目標(biāo)層即為農(nóng)村地區(qū)水源地安全狀況，目標(biāo)層下有四個(gè)準(zhǔn)則層，分別為水質(zhì)安全、水量安全、工程安全和生態(tài)環(huán)境安全。四個(gè)準(zhǔn)則層下設(shè)17個(gè)三級指標(biāo)。見表1。

2　評價(jià)方法

2.1評價(jià)方法

對河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)，經(jīng)比較分析后，采用AHP法定權(quán)的綜合指數(shù)法。分級標(biāo)準(zhǔn)和分級值如表2所示。

表2　農(nóng)村地區(qū)水源地安全狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1準(zhǔn)則層指標(biāo)數(shù)值的計(jì)算

準(zhǔn)則層指標(biāo)數(shù)值是根據(jù)其所包含的指標(biāo)層指標(biāo)數(shù)值及其相應(yīng)權(quán)重的乘積加權(quán)計(jì)算而得。準(zhǔn)則層安全度的計(jì)算采用模型為：

(1)

式中：FB為準(zhǔn)則層安全度；W(Ci)為指標(biāo)層第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；F(Ci)為指標(biāo)層第i個(gè)指標(biāo)的子安全度值；m為指標(biāo)數(shù)目。

2.1.2水源地安全度的計(jì)算

農(nóng)村水源地總體安全度的計(jì)算是采用各準(zhǔn)則層元素安全度值與相應(yīng)權(quán)重相乘后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算而得。其模型公式如下：

(2)

式中：FA為農(nóng)村水源地安全度；W(Bi)為準(zhǔn)則層第i個(gè)元素的權(quán)重；F(Bi)為準(zhǔn)則層第i個(gè)元素的安全度值；n為準(zhǔn)則層個(gè)數(shù)。

2.1.3評價(jià)指標(biāo)子安全度計(jì)算

由于評價(jià)指標(biāo)的性質(zhì)不同、計(jì)量單位各異，使其缺乏可比性，且當(dāng)各指標(biāo)間的水平相差很大時(shí)，如果直接用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，就會突出數(shù)值較高的指標(biāo)在綜合分析中的作用，相對削弱數(shù)值水平較低指標(biāo)的作用，所以需要對各指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化處理，即指標(biāo)安全度的計(jì)算。

選取對數(shù)函數(shù)作為指標(biāo)無量綱化的函數(shù)模型，其計(jì)算模型公式為：

y=a+blgx

(3)

式中：a和b為擬合系數(shù)。

2.2水源地安全評價(jià)指標(biāo)的子安全度計(jì)算

河北農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)體系中的指標(biāo)可大致分為定量指標(biāo)和定性指標(biāo)，這兩類指標(biāo)的子安全度計(jì)算方法有所不同。

2.2.1定量指標(biāo)子安全度計(jì)算

對于可以定量衡量，有參考標(biāo)準(zhǔn)的部分指標(biāo)，采用子安全度計(jì)算函數(shù)方法進(jìn)行計(jì)算。

水源地部分評價(jià)指標(biāo)的子安全度計(jì)算函數(shù)見表3。

表3　水源地部分評價(jià)指標(biāo)子安全度計(jì)算函數(shù)

水源地部分安全指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值見表4。

表4　水源地部分安全評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

2.2.2定性指標(biāo)子安全度計(jì)算

對于定性指標(biāo)，其安全度的計(jì)算方法有所不同。

1)水質(zhì)類別

水質(zhì)類別依據(jù)《全國城市飲用水水源地安全狀況評價(jià)技術(shù)細(xì)則》(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，2005)中的水質(zhì)評價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算。

對于一般污染物項(xiàng)目指數(shù)，首先計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)指數(shù)。對于評價(jià)項(xiàng)目i，如監(jiān)測值Ci處于評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級值Ciok和Ciok+1之間，則評價(jià)指標(biāo)指數(shù)計(jì)算公式如下：

(4)

式中：Ci為評價(jià)項(xiàng)目i的實(shí)測濃度；Ciok為評價(jià)項(xiàng)目i的k級標(biāo)準(zhǔn)濃度；Ciok+1為評價(jià)項(xiàng)目i的k+1級標(biāo)準(zhǔn)濃度；Iiok為評價(jià)項(xiàng)目i的k級標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值。

需要注意的是：(1)溶解氧與一般指標(biāo)(項(xiàng)目)不同，一般來說，溶解氧越大，水質(zhì)越好，因此溶解氧的計(jì)算公式與其他指標(biāo)的公式相反；(2)當(dāng)Ci>Cio5時(shí)，為劣V類水，其單項(xiàng)指標(biāo)指數(shù)一律計(jì)為Ii=5；(3)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)中兩級分級值或多級分級值相同時(shí)，則單項(xiàng)指標(biāo)指數(shù)按下式計(jì)算：

(5)

式中：m為相同標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)數(shù)。

當(dāng)只有一個(gè)區(qū)域時(shí)，如果該項(xiàng)目未檢測出來，則評價(jià)指數(shù)Ii=1；如果監(jiān)測值小于所給標(biāo)準(zhǔn)值，則評價(jià)指數(shù)Ii=2；如果監(jiān)測值大于所給標(biāo)準(zhǔn)值，則評價(jià)指數(shù)Ii=5。

然后計(jì)算綜合指數(shù)(WQI)，其值是各單項(xiàng)指數(shù)的算術(shù)平均值，計(jì)算公式如下：

(6)

式中：n為參與評價(jià)的指標(biāo)數(shù)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定一般污染物的水質(zhì)指數(shù)，判斷標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表5　一般污染物項(xiàng)目指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

有毒污染物的單項(xiàng)指標(biāo)指數(shù)計(jì)算與一般污染物項(xiàng)目指數(shù)計(jì)算相同，但綜合指數(shù)取其各單項(xiàng)指數(shù)最大值，即采用水質(zhì)項(xiàng)目評價(jià)最差的作為有毒污染物項(xiàng)目的評判結(jié)果(最差項(xiàng)目賦全權(quán))。

對湖庫型水源地，則需進(jìn)行富營養(yǎng)化評價(jià)，采用評分法。富營養(yǎng)化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表6。

在計(jì)算得到一般污染物指數(shù)、有毒污染物指數(shù)和富營養(yǎng)化指數(shù)后，計(jì)算水源地的水質(zhì)狀況綜合指數(shù)。

河流型和地下水水源地水質(zhì)狀況指數(shù)=0.3×一般污染物指數(shù)+0.7×有毒污染物指數(shù)；

湖庫型水源地水質(zhì)狀況指數(shù)=0.2×一般污染物指數(shù)+0.5×有毒污染物指數(shù)+0.3×富營養(yǎng)化指數(shù)。

將得到的結(jié)果四舍五入，對照表7，可得水質(zhì)類別的安全度。

表6　富營養(yǎng)化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表7　水源地水質(zhì)狀況指數(shù)與安全度

2)水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)

污染物對飲用水源的風(fēng)險(xiǎn)隨著污染物進(jìn)入水體的頻率以及持續(xù)時(shí)間的增加而增大，根據(jù)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)污染物從污染源向水源地遷移的百分比確定相應(yīng)等級。具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及安全度見表8。

表8　污染物進(jìn)入水體頻率分級及安全度

3)供水保證率

供水保證率的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及安全度見表9。

表9　供水保證率的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及安全度

4)應(yīng)急能力

應(yīng)急能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及安全度見表10。

5)法規(guī)和制度建設(shè)完善程度

法規(guī)和制度建設(shè)完善程度評判標(biāo)準(zhǔn)及安全度見表11。

6)水源保護(hù)區(qū)輻射地帶污水排放管道化程度

該指標(biāo)評價(jià)水源保護(hù)區(qū)輻射地帶是否建有排污管道系統(tǒng)，有，安全度為1，否則為0。

表10　應(yīng)急能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及安全度

表11　法規(guī)和制度建設(shè)完善程度評判標(biāo)準(zhǔn)及安全度

7)防洪安全

參照趙彥偉和楊志峰(2005)對城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的研究成果，將防洪安全的標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級，并分別對應(yīng)5個(gè)安全度值。防洪標(biāo)準(zhǔn)及其安全度如表12所示。

表12　防洪標(biāo)準(zhǔn)及其安全度

8)管理及組織機(jī)構(gòu)完善程度

該項(xiàng)指標(biāo)安全度的計(jì)算采用疊加法，即每項(xiàng)制度建設(shè)為0.2，有兩項(xiàng)安全度即為0.4。每項(xiàng)制度所對應(yīng)安全度如表13所示。

表13　管理及組織機(jī)構(gòu)完善程度安全度標(biāo)準(zhǔn)

9)水源區(qū)保護(hù)規(guī)劃完善程度

該指標(biāo)為定性指標(biāo)，安全度的計(jì)算依然采用疊加法。評判標(biāo)準(zhǔn)與安全度對應(yīng)值如表14所示。

表14　水源區(qū)保護(hù)規(guī)劃完善程度安全度標(biāo)準(zhǔn)

3　實(shí)例分析

選取河北省典型農(nóng)村地區(qū)的水源地進(jìn)行評價(jià)研究，某縣供水水源地為地下水，對其進(jìn)行評價(jià)。水源地安全評價(jià)準(zhǔn)則層，水質(zhì)安全、水量安全、工程安全和生態(tài)環(huán)境安全的判斷矩陣及權(quán)重如表15所示。

表15　河北農(nóng)村地區(qū)水源地安全判斷矩陣及權(quán)重

判斷矩陣一致性比例CR=0.0549<0.1，滿足一致性檢驗(yàn)，權(quán)重可用。

3.1評價(jià)指標(biāo)子安全度計(jì)算

各評價(jià)指標(biāo)的子安全度值和權(quán)重見表16。

表16　河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)指標(biāo)子安全度值

注：本表數(shù)據(jù)主要來源于《河北省農(nóng)村地區(qū)水資源保護(hù)調(diào)研資料匯編》(2011)《河北省水資源公報(bào)》(2010)等等。

3.2準(zhǔn)則層安全度的計(jì)算

計(jì)算各準(zhǔn)則層的安全度，見表17。

表17　河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價(jià)體系各準(zhǔn)則層安全度

3.3河北省農(nóng)村典型地區(qū)水源地總體安全度與分析

計(jì)算河北省農(nóng)村地區(qū)水源地總體安全度，見表18。

表18　河北省農(nóng)村典型地區(qū)水源地總體安全度

該水源地安全度的計(jì)算結(jié)果為0.7745，屬于安全等級里的較安全。

從水質(zhì)安全來看，當(dāng)?shù)氐墓┧礊榈叵滤?，未受到污染，故水質(zhì)很好。從水量安全來看，人均水資源量的缺乏反映出當(dāng)?shù)厮Y源總量缺乏，對水源地安全影響較大。從工程安全來看，對于水源地的保護(hù)和管理比較到位。從生態(tài)環(huán)境安全來看，水源地的生態(tài)衛(wèi)生環(huán)境保護(hù)較好。

4　結(jié)語

根據(jù)區(qū)域水資源條件和特點(diǎn)，建立一套完善的水源地評價(jià)指標(biāo)體系是保障水源地安全的必要技術(shù)措施，同時(shí)，采用層次分析的方法對指標(biāo)體系的各層級指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和安全度計(jì)算，可以全面、準(zhǔn)確的反映某一地區(qū)水源地安全狀況，指出影響農(nóng)村水源地安全的主要因素，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村水源地存在的主要問題。通過實(shí)例，驗(yàn)證了指標(biāo)體系的合理性和評價(jià)方法的準(zhǔn)確性，可以做為水源地保護(hù)的必要技術(shù)措施進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，切實(shí)為解決農(nóng)村水源地的保護(hù)問題提供技術(shù)支撐。建議如下：

(1)在評價(jià)深層水源地時(shí)，要注意深層地下水的污染問題，殘存于土壤及地下淺水中的化肥、農(nóng)藥是深層地下水的潛在污染源之一，受污染的淺層地下水有通過越流補(bǔ)給進(jìn)入深層地下水的可能，因此應(yīng)加強(qiáng)對當(dāng)?shù)孛嬖次廴镜闹卫砗涂刂疲?/p>

(2)河北省的水源地以深層地下水源為主，當(dāng)?shù)夭焕臍庀筇攸c(diǎn)和水文條件決定了水資源的先天性不足，而水資源不合理分配造成水資源后天性緊缺，致使當(dāng)?shù)亟┠瓿傻叵滤?，造成地下水水位下降和地下淺層漏斗的形成，應(yīng)積極需要采取開源節(jié)流的措施，遏制深層地下水超采。

(3)需要加強(qiáng)水源地應(yīng)急能力建設(shè)，當(dāng)水源地發(fā)生突發(fā)性事件時(shí)，可以及時(shí)進(jìn)行水源切換，避免水源地水污染事件的發(fā)生。

(4)做好水源地的生態(tài)環(huán)境保護(hù)及水源地的水源涵養(yǎng)工作，劃定水源地保護(hù)區(qū)，并采取措施加強(qiáng)水源保護(hù)區(qū)周邊地區(qū)的環(huán)境監(jiān)察工作。

[1]繆永東.水質(zhì)衛(wèi)生指數(shù)綜合評價(jià)方法在農(nóng)村改水中的應(yīng)用研究.中國初級衛(wèi)生保健.2006,(11)：15-17.

[2]王方園，張樹云，洪華嫦，等.鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中式飲用水水源地水質(zhì)監(jiān)測與評價(jià).供水技術(shù).2011，(6)：1-5.

[3]曾暢云，李寶貴，傅華.水環(huán)境安全及其指標(biāo)體系研究—以北京市為例.南水北調(diào)與水利科技.2004，(4)：31-35.

[4]孫興旺，馬友華，王貴苓，石潤圭，等.中國重點(diǎn)流域農(nóng)村生活污水處理現(xiàn)狀及其技術(shù)研究.中國農(nóng)學(xué)通報(bào).2010，(18)：384-388.

[5]趙彥偉，楊志峰，城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)初探.水科學(xué)進(jìn)展.2005，(3)：349-355.

[6]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.全國城市飲用水水源地安全狀況評價(jià)技術(shù)細(xì)則.北京水利水電規(guī)劃總院.2005.

2016-05-30

耿直(1983-)，男，安徽阜陽人，工程師，主要從事水資源管理、節(jié)約與保護(hù)工作。

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1004-1184(2016)05-0097-05