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        河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價與分析

        2016-10-21 08:56:40武中強(qiáng)王小軍閆麗娟
        地下水 2016年5期
        關(guān)鍵詞:水源地河北省污染物

        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實驗室,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)水源地安全評價指標(biāo)體系,采用合理的評價方法對河北省農(nóng)村地區(qū)水源地進(jìn)行評價研究,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;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,每個因素的變化都會導(dǎo)致整個水源地安全狀況的變化,其安全特性表現(xiàn)為區(qū)域性和動態(tài)性等。根據(jù)河北省農(nóng)村地區(qū)水源的特點進(jìn)行水源地安全評價指標(biāo)體系以及評價方法的研究,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)水源地安全評價指標(biāo)體系

        1 評價指標(biāo)體系的建立

        農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建以水源地安全構(gòu)成及內(nèi)涵為基礎(chǔ),同時綜合考慮水源地功能特性,經(jīng)過評價指標(biāo)的篩選最終確定水源地安全評價指標(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。四個準(zhǔn)則層下設(shè)17個三級指標(biāo)。見表1。

        2 評價方法

        2.1評價方法

        對河北省農(nóng)村地區(qū)水源地安全評價,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)計算而得。準(zhǔn)則層安全度的計算采用模型為:

        (1)

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

        2.1.2水源地安全度的計算

        農(nóng)村水源地總體安全度的計算是采用各準(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個元素的權(quán)重;F(Bi)為準(zhǔn)則層第i個元素的安全度值;n為準(zhǔn)則層個數(shù)。

        2.1.3評價指標(biāo)子安全度計算

        由于評價指標(biāo)的性質(zhì)不同、計量單位各異,使其缺乏可比性,且當(dāng)各指標(biāo)間的水平相差很大時,如果直接用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算,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水源地安全評價指標(biāo)的子安全度計算

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

        2.2.1定量指標(biāo)子安全度計算

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

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

        表3 水源地部分評價指標(biāo)子安全度計算函數(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指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

        2.2.2定性指標(biāo)子安全度計算

        對于定性指標(biāo),其安全度的計算方法有所不同。

        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技術(shù)細(xì)則》(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院,2005)中的水質(zhì)評價方法進(jìn)行計算。

        對于一般污染物項目指數(shù),首先計算單項指標(biāo)指數(shù)。對于評價項目i,如監(jiān)測值Ci處于評價標(biāo)準(zhǔn)分級值Ciok和Ciok+1之間,則評價指標(biāo)指數(shù)計算公式如下:

        (4)

        式中:Ci為評價項目i的實測濃度;Ciok為評價項目i的k級標(biāo)準(zhǔn)濃度;Ciok+1為評價項目i的k+1級標(biāo)準(zhǔn)濃度;Iiok為評價項目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)(項目)不同,一般來說,溶解氧越大,水質(zhì)越好,因此溶解氧的計算公式與其他指標(biāo)的公式相反;(2)當(dāng)Ci>Cio5時,為劣V類水,其單項指標(biāo)指數(shù)一律計為Ii=5;(3)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)中兩級分級值或多級分級值相同時,則單項指標(biāo)指數(shù)按下式計算:

        (5)

        式中:m為相同標(biāo)準(zhǔn)的個數(shù)。

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

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

        (6)

        式中:n為參與評價的指標(biāo)數(shù)。

        根據(jù)計算結(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 一般污染物項目指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)

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

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

        在計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

        污染物對飲用水源的風(fēng)險隨著污染物進(jìn)入水體的頻率以及持續(xù)時間的增加而增大,根據(jù)一個時間段內(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

        供水保證率的評價標(biāo)準(zhǔn)及安全度見表9。

        表9 供水保證率的評價標(biāo)準(zhǔn)及安全度

        4)應(yīng)急能力

        應(yīng)急能力評價標(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)健康評價的研究成果,將防洪安全的標(biāo)準(zhǔn)分為5個等級,并分別對應(yīng)5個安全度值。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

        該項指標(biāo)安全度的計算采用疊加法,即每項制度建設(shè)為0.2,有兩項安全度即為0.4。每項制度所對應(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)行評價研究,某縣供水水源地為地下水,對其進(jìn)行評價。水源地安全評價準(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,權(quán)重可用。

        3.1評價指標(biāo)子安全度計算

        各評價指標(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》(2010)等等。

        3.2準(zhǔn)則層安全度的計算

        計算各準(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,建立一套完善的水源地評價指標(biāo)體系是保障水源地安全的必要技術(shù)措施,同時,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)重計算和安全度計算,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。通過實例,驗證了指標(biāo)體系的合理性和評價方法的準(zhǔn)確性,可以做為水源地保護(hù)的必要技術(shù)措施進(jìn)行實際應(yīng)用,切實為解決農(nóng)村水源地的保護(hù)問題提供技術(shù)支撐。建議如下:

        (1)在評價深層水源地時,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,可以及時進(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.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.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)計總院.全國城市飲用水水源地安全狀況評價技術(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。

        TV213.4

        A

        1004-1184(2016)05-0097-05

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