王姍姍，董圓媛，尤佳藝，高逸飛，崔嘉宇，梁 悅

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇南京 210019；2.江蘇省太湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心站，江蘇南京 210019；3.江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司，江蘇南京 210036)

水源地環(huán)境質(zhì)量與人體健康息息相關(guān)，保障水源地水質(zhì)是水環(huán)境管理中的核心工作。我國(guó)對(duì)水源地保護(hù)日益重視，水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水污染防治工作也不斷加強(qiáng)，并取得了一定成效。然而，水源地水質(zhì)狀況仍然不容樂(lè)觀，問(wèn)題突出，如：水庫(kù)型水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較低，甚至成為威脅我國(guó)飲用水安全的首要問(wèn)題[1]；部分地區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化情況普遍，對(duì)飲用水安全造成影響[2]；銻、鐵、錳等重金屬或石油類特征因子超標(biāo)[3-4]等。分析江蘇省水源地歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：一方面，江蘇省水源地水質(zhì)頻繁波動(dòng)，根據(jù)江蘇省環(huán)境狀況公報(bào)，“十三五”期間(2016年—2020年)，江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地達(dá)標(biāo)率分別為88.7%、96.2%、90.6%、83.6%和92.2%，其中，2018年和2019年水源地達(dá)標(biāo)率連續(xù)兩年下滑；另一方面，水源地水質(zhì)超標(biāo)指標(biāo)多樣，常規(guī)項(xiàng)目和特征項(xiàng)目超標(biāo)的問(wèn)題兼有，部分應(yīng)急備用水源地水質(zhì)甚至持續(xù)超標(biāo)。

水源地管理相關(guān)制度和政策的制定均以目標(biāo)為導(dǎo)向，而水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)是管理部門有的放矢、精準(zhǔn)施策的基礎(chǔ)。本文研究分析了國(guó)內(nèi)外水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，結(jié)合城市水質(zhì)指數(shù)(city water quality index，CWQI)[5]方法的優(yōu)點(diǎn)及其已應(yīng)用于地表水環(huán)境質(zhì)量城市排名的實(shí)際情況，將該方法應(yīng)用于江蘇省縣級(jí)及以上城市飲用水水源地評(píng)價(jià)中，根據(jù)水源地CWQI對(duì)各市縣(區(qū))進(jìn)行排名，從時(shí)間和空間角度分別反映江蘇省水源地水質(zhì)變化趨勢(shì)和特征，以期為管理部門加強(qiáng)水源地精細(xì)化管控、提高水源地信息公開力度提供思路和支撐。

1 水源地評(píng)價(jià)方法概況

1.1 國(guó)內(nèi)

我國(guó)水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，水質(zhì)評(píng)價(jià)根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[6]和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)[7]的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)限值判斷達(dá)標(biāo)與否[8]。

單因子評(píng)價(jià)法的實(shí)質(zhì)是一票否決原則，用最差的單項(xiàng)指標(biāo)水質(zhì)代表整體水質(zhì)，結(jié)論簡(jiǎn)潔單一，較為片面。例如，某水源地只因pH超標(biāo)便被判定為劣Ⅴ類水質(zhì)，但能通過(guò)自來(lái)水廠常規(guī)處理工藝即能達(dá)到出廠水標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 國(guó)外

相關(guān)國(guó)際組織和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家往往是根據(jù)水源地的生物、化學(xué)等綜合指標(biāo)的情況和對(duì)人體健康影響程度進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，例如：世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)布的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》中規(guī)定飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)先性確定[9]；美國(guó)環(huán)保署(EPA)結(jié)合水體功能評(píng)價(jià)水源地水質(zhì)[10]；歐盟委員會(huì)(EC)制定的《飲用水水質(zhì)指令》，以飲用水達(dá)到飲用程度的處理措施和取水的適宜度為評(píng)價(jià)依據(jù)[11-12]；加拿大環(huán)境部長(zhǎng)理事會(huì)(CCME)使用加拿大水質(zhì)指數(shù)法(CCME WQI)對(duì)水源地水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[13]，該方法也被聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(UNEP)用于不同國(guó)家飲用水水質(zhì)的評(píng)價(jià)[14]；新西蘭環(huán)境部(MENZ)根據(jù)飲用水標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)的最大可接受值和指導(dǎo)值評(píng)價(jià)水體水質(zhì)[15-16]。

2 評(píng)價(jià)方法

對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法(表1)，水質(zhì)指數(shù)法適用范圍廣、評(píng)價(jià)結(jié)果全面，在區(qū)域或流域水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)中已有成熟應(yīng)用：范燦鵬等[17]采用綜合污染指數(shù)法分析了珠海市金灣區(qū)水源地2016年—2020年的水質(zhì)變化特征；費(fèi)娟等[18]運(yùn)用內(nèi)梅羅法、最差因子判別法、加權(quán)平均法計(jì)算水質(zhì)綜合指數(shù)，發(fā)現(xiàn)江蘇省城市生活飲用水枯水期綜合指數(shù)優(yōu)于豐水期；袁麗艷等[19]采用單因子評(píng)價(jià)和CCME WQI對(duì)比、結(jié)合的方式，對(duì)酒泉市“千噸萬(wàn)人”飲用水水源地進(jìn)行分析，結(jié)果表明CCME WQI綜合評(píng)價(jià)效果更客觀。

表1 國(guó)內(nèi)外水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法Tab.1 Drinking Water Sources Quality Assessment Methods at Home and Abroad

目前，CWQI法已廣泛應(yīng)用于全國(guó)及各省地表水環(huán)境質(zhì)量排名工作，具有評(píng)價(jià)指標(biāo)全面且能夠反映時(shí)空變化特征等優(yōu)點(diǎn)。為了綜合考慮水源地各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)水體水質(zhì)的影響，本文采用CWQI法對(duì)“十三五”期間(2016年—2020年)江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)江蘇省縣級(jí)及以上集中式飲用水水源地例行監(jiān)測(cè)方案，監(jiān)測(cè)指標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)包含基本項(xiàng)目、補(bǔ)充項(xiàng)目和特定項(xiàng)目共計(jì)53項(xiàng)，即《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)等20項(xiàng)基本項(xiàng)目指標(biāo)(除水溫、化學(xué)需氧量、糞大腸菌群和總氮外),硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵、錳5項(xiàng)補(bǔ)充項(xiàng)目指標(biāo)，以及三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯等28項(xiàng)特定項(xiàng)目指標(biāo)。

2.2 評(píng)價(jià)對(duì)象

選取江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地作為評(píng)價(jià)對(duì)象，縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地一直以來(lái)都是環(huán)保部門例行監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，監(jiān)測(cè)斷面(點(diǎn)位)相對(duì)固定。由于江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水以地表型水源為主，本文僅針對(duì)江蘇省地表水型水源地進(jìn)行研究分析。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于江蘇省生態(tài)環(huán)境廳及江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心公布的全省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)每月進(jìn)行信息公開，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有權(quán)威性、連續(xù)性和可靠性。

2.4 計(jì)算方法

第一步：用平均值法分別計(jì)算出排名區(qū)縣水源地的各單項(xiàng)指標(biāo)濃度均值，低于檢出限的項(xiàng)目，統(tǒng)一按1/2檢出限值參加各單項(xiàng)指標(biāo)濃度的算術(shù)平均值計(jì)算。

第二步：常規(guī)項(xiàng)目指標(biāo)依據(jù)各單項(xiàng)指標(biāo)的濃度值除以該指標(biāo)對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)，補(bǔ)充項(xiàng)目和特定項(xiàng)目指標(biāo)依據(jù)各單項(xiàng)指標(biāo)的濃度值除以該指標(biāo)對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的標(biāo)準(zhǔn)限值，計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)。單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)計(jì)算如式(1)。

(1)

其中：C(i)——第i個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)值；

Cs(i)——第i個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)限值；

CWQI(i)——第i個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)。

第三步：根據(jù)各單項(xiàng)指標(biāo)的CWQI值采用加和值法分別綜合出區(qū)縣河流型和湖庫(kù)型水源地的CWQI值，計(jì)算如式(2)。

(2)

其中： CWQI河流或湖庫(kù)——河流型或湖庫(kù)型水源地的水質(zhì)指數(shù)；

n——指標(biāo)個(gè)數(shù)。

第四步：用河流型和湖庫(kù)型水源地?cái)?shù)量的加權(quán)均值計(jì)算出排名區(qū)縣水源地的CWQI值，計(jì)算如式(3)。

(3)

其中： CWQI區(qū)縣——排名區(qū)縣的水質(zhì)指數(shù)；

CWQI河流——排名區(qū)縣河流型水源地的水質(zhì)指數(shù)；

CWQI湖庫(kù)——排名區(qū)縣湖庫(kù)型水源地的水質(zhì)指數(shù)；

M——排名區(qū)縣的河流型水源地個(gè)數(shù)；

N——排名區(qū)縣的湖庫(kù)型水源地個(gè)數(shù)。

第五步：以CWQI結(jié)果為依據(jù)，以市縣(區(qū))為單位，按水質(zhì)指數(shù)從小到大的順序?qū)K省各區(qū)縣水源地水質(zhì)指數(shù)進(jìn)行排名。

3 評(píng)價(jià)及排名

3.1 總體情況

根據(jù)2.4小節(jié)的計(jì)算方法對(duì)江蘇省各區(qū)縣水源地水質(zhì)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，CWQI越低，水源地水質(zhì)越好。統(tǒng)計(jì)2016年—2020年江蘇省各市縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)指數(shù)，如圖1所示。2016年—2020年，江蘇省水源地水質(zhì)指數(shù)在4.678 1～9.324 4，其中，蘇州、常州、鎮(zhèn)江和泰州4市5年水質(zhì)指數(shù)波動(dòng)范圍較小，南通、徐州、鹽城和宿遷4市5年水質(zhì)指數(shù)波動(dòng)范圍較大。南京市5年水質(zhì)指數(shù)在4.678 1～5.130 2，均處于最低水平且波動(dòng)不大；徐州、鹽城和宿遷3市5年平均水質(zhì)指數(shù)分別為8.085 3、7.847 4和8.138 1，長(zhǎng)期在高位波動(dòng)?？傮w來(lái)看，全省水源地水質(zhì)指數(shù)呈現(xiàn)蘇南、蘇中地區(qū)較低而蘇北地區(qū)較高的特點(diǎn)，即蘇南、蘇中地區(qū)水源地水質(zhì)整體好于蘇北地區(qū)；此外，水源地水質(zhì)指數(shù)波動(dòng)范圍也呈現(xiàn)蘇南、蘇中地區(qū)小于蘇北地區(qū)的特征。

圖1 2016年—2020年江蘇省各市飲用水水源地水質(zhì)指數(shù)變化Fig.1 Changes of CQWI Values of Drinking Water Sources in Each City in Jiangsu Province during 2016 to 2020

3.2 時(shí)間變化趨勢(shì)

2016年—2020年江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)指數(shù)年度變化如圖2所示。2016年—2020年，江蘇省各區(qū)縣水源地水質(zhì)指數(shù)平均值分別為7.243 1、6.987 9、6.958 4、6.280 4和6.481 1，整體呈波浪型變化趨勢(shì)，前4年均呈現(xiàn)連續(xù)下降的趨勢(shì)，2020年稍有回升，“十三五”末期(2020年)水質(zhì)指數(shù)較初期(2016年)降低了10.5%，表明江蘇省水污染防治工作取得了初步成效。值得關(guān)注的是，2016年—2020年，超出全省各區(qū)縣水源地水質(zhì)指數(shù)均值的區(qū)縣個(gè)數(shù)分別為25、24、25、29、30個(gè)，前3年處于穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，2019年和2020年有明顯上升的趨勢(shì)，水污染防治成果有待進(jìn)一步鞏固和穩(wěn)定。

圖2 2016年—2020年江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)指數(shù)變化Fig.2 Changes of CQWI Values of Drinking Water Source of Cities in Jiangsu Province during 2016 to 2020

3.3 空間分布特征

2016年—2020年江蘇省各市縣(區(qū))水源地CWQI排名結(jié)果如圖3所示。排序在前10名的市縣(區(qū))均位于蘇南或者蘇中地區(qū)，排序在后10名的市縣(區(qū))在蘇北、蘇中和蘇南地區(qū)均有分布。前10名市縣(區(qū))中，南京市所占比例連續(xù)5年均為最高，為30%～40%；揚(yáng)州市2016年—2019年所占比例次之，分別為20%、10%、20%和20%；“十三五”期間，蘇州市前10名區(qū)縣增加數(shù)量最多，2020年前10名區(qū)縣蘇州市占3個(gè)(常熟市、張家港市和太倉(cāng)市)，較2016年增加了2個(gè)；鎮(zhèn)江市和泰州市2016年—2018年前10名區(qū)縣占比為10%～20%，但2019年—2020年均無(wú)前10名市縣(區(qū))；常州市2016年—2020年連續(xù)5年保持前10名市縣(區(qū))占比10%，均為溧陽(yáng)市；南通市2017年、2019年、2020年前10名市縣(區(qū))占比分別為10%、20%和10%，波動(dòng)較為頻繁；無(wú)錫市2020年前10名區(qū)縣破0(江陰市)。后10名市縣(區(qū))中，鹽城市5年占比分別為40%、50%、30%、0和40%，呈現(xiàn)較大波動(dòng)趨勢(shì)；宿遷市5年占比分別為10%、10%、20%、20%和20%，泗陽(yáng)縣和泗洪縣近3年時(shí)間均處于后10名水平；徐州市5年占比分別為10%、10%、20%、30%和10%，水質(zhì)指數(shù)整體呈先升后降的趨勢(shì)；南通市5年占比分別為20%、20%、20%、20%和0，2016年—2019年4年中穩(wěn)定占據(jù)2席，至2020年已退出后10名的行列，其中，海安縣2016年—2018年連年位列最末，2019年位列倒數(shù)第8位，至2020年已脫離后10名的范圍。

圖3 2016年—2020年江蘇省縣級(jí)及以上城市集中式飲用水水源地水質(zhì)指數(shù)區(qū)縣排名Fig.3 CQWI Values Ranking of Drinking Water Source of Cities in Jiangsu Province during 2016 to 2020

3.4 主要污染指標(biāo)

2016年—2020年江蘇省水源地主要污染指標(biāo)水質(zhì)指數(shù)年度變化情況如圖4所示。2016年—2020年，總磷水質(zhì)指數(shù)為0.575 2～0.659 5，總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)；溶解氧水質(zhì)指數(shù)為0.591 2～0.650 3，呈先降后升趨勢(shì)；高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)指數(shù)為0.572 4～0.612 5，呈連續(xù)波動(dòng)狀態(tài)。從各單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)來(lái)看，總磷對(duì)江蘇省水源地水質(zhì)指數(shù)的貢獻(xiàn)最大，其次分別為溶解氧和高錳酸鹽指數(shù)，總體與江蘇省地表水水質(zhì)首要污染指標(biāo)為總磷的特點(diǎn)具有一致性。

圖4 總磷、溶解氧和高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)指數(shù)2016年—2020年變化Fig.4 Changes of CWQI Values of Total Phosphorus, Dissolved Oxygen and Potassium Permanganate during 2016 to 2020

4 結(jié)論與探討

4.1 結(jié)論

CWQI法對(duì)水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)具有較好的應(yīng)用效果，可以基于不同時(shí)間尺度或空間范圍進(jìn)行縱向或橫向的比較分析。

(1)江蘇省水源地水質(zhì)指數(shù)總體上呈現(xiàn)中南部地區(qū)較低、北部地區(qū)較高的特點(diǎn)，且中南部地區(qū)波動(dòng)范圍較北部地區(qū)小。

(2)從水質(zhì)指數(shù)時(shí)間變化趨勢(shì)來(lái)看，江蘇省水源地水質(zhì)指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，但2020年略有回升，超過(guò)全省平均水質(zhì)指數(shù)的區(qū)縣近兩年有上升趨勢(shì)。

(3)從排名結(jié)果的空間分布特征來(lái)看，排名靠前的水源地主要分布在中南部地區(qū)，排名居后的水源地?zé)o明顯區(qū)域性差異，在江蘇北部、中部和南部均有分布。

(4)從江蘇省水源地主要污染指標(biāo)水質(zhì)指數(shù)來(lái)看，對(duì)水源地水質(zhì)指數(shù)影響最大的指標(biāo)分別為總磷、溶解氧和高錳酸鹽指數(shù)。

4.2 探討

由于CWQI可基于時(shí)間和空間反映水源地水質(zhì)變化情況，且指標(biāo)覆蓋廣泛，較單因子評(píng)價(jià)法的“一票否決”更加全面客觀，具有較大的應(yīng)用空間，具體如下。

(1)參考CWQI的計(jì)算思路可評(píng)估飲用水處理措施的有效性。如計(jì)算水廠處理前后某項(xiàng)或某幾項(xiàng)特征污染物指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)變化，ΔCWQI為負(fù)值說(shuō)明該水廠工藝對(duì)于該項(xiàng)或該幾項(xiàng)特征污染物的去除有效；如為正值，表明該水廠工藝對(duì)于該項(xiàng)或該幾項(xiàng)特征污染物的去除缺乏針對(duì)性，需進(jìn)一步優(yōu)化。

(2)應(yīng)用于飲用水風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的預(yù)警預(yù)報(bào)。以水源地不同時(shí)間序列的CWQI為預(yù)警線參考值，可以月為單位進(jìn)行日常監(jiān)控管理，或以年為單位進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。