金 麗，鄭 強(qiáng)，薛 雁，畢華軍

(山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250013)

良好的飲用水水源水質(zhì)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲水安全的重要基礎(chǔ)[1]。國(guó)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(jì)相互作用和水源地保護(hù)[2－3]。國(guó)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(duì)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(duì)薄弱，以至于農(nóng)村飲水條件較差，水污染嚴(yán)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(píng)價(jià)方法，并在具有代表性的膠東半島青島市、煙臺(tái)市、威海市對(duì)農(nóng)村飲水水源水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以檢驗(yàn)所提水質(zhì)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法

為了解水源地的污染情況，進(jìn)行合理的水質(zhì)評(píng)價(jià)是非常有必要的。這有利于水源地的保護(hù)工作，對(duì)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(píng)價(jià)的方法，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法很難反映出農(nóng)村的真實(shí)情況，這對(duì)農(nóng)村水源水質(zhì)的保護(hù)來說是非常不利的。為此，本文對(duì)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，用到的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行比較，找出各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用的范圍，然后，充分考慮農(nóng)村水源地實(shí)際情況，提出適合于山東省農(nóng)村飲水水源的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。

1.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

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(píng)價(jià)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002)。地下水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848－93)為依據(jù)。地表水水源水質(zhì)評(píng)價(jià)不考慮N、P以及大腸桿菌。兩種水源水質(zhì)的評(píng)價(jià)都以III類標(biāo)準(zhǔn)值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在枯水期和豐水期都對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.2.1 農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)依據(jù)準(zhǔn)則

1)不同的污染因子對(duì)水質(zhì)污染的影響程度不同，即評(píng)價(jià)應(yīng)突出飲水安全這一要求，能判斷出水體是否能達(dá)到飲水水源這一要求，對(duì)于不同因子應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

2)從評(píng)價(jià)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(hù)水源地。

3)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的選取應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。由于農(nóng)村地區(qū)技術(shù)落后，水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)水平差，進(jìn)而影響資料的連續(xù)性。在選擇評(píng)價(jià)方法的時(shí)候應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)。

4)評(píng)價(jià)方法應(yīng)該便于使用操作。

1.2.2 常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法比較分析

比較常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子法和綜合評(píng)價(jià)法之分。單因子法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀的展示出主要的污染物。缺點(diǎn)是用污染最為嚴(yán)重的污染物所屬級(jí)別來描述水體的污染情況以及所屬的級(jí)別。它沒有考慮到其它的污染物對(duì)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(píng)價(jià)方法對(duì)水體進(jìn)行評(píng)價(jià)得到的結(jié)果太片面。綜合評(píng)價(jià)法常見的如綜合污染指數(shù)法、AHP法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等[5－7]，下面主要對(duì)綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行對(duì)比分析。

1)綜合污染指數(shù)法。使用綜合污染指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠明確的展示出水體整體的污染情況，進(jìn)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?yàn)?，?quán)重的選取直接影響到結(jié)果的準(zhǔn)確與否。

2)模糊數(shù)學(xué)法、AHP法。這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)在于評(píng)價(jià)過程中考慮到了因素的不確定性。這就使評(píng)價(jià)的結(jié)果能夠更好的貼近實(shí)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(jì)算都非常的繁瑣;還有就是評(píng)價(jià)過程中，對(duì)于權(quán)重的選擇帶有很大的人為的因素，這可能影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)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(diǎn)，所以使用ANN法進(jìn)行評(píng)價(jià)所得的結(jié)果更加客觀和準(zhǔn)確。由于評(píng)價(jià)過程中，權(quán)重的選擇是基于網(wǎng)絡(luò)對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，因此ANN法需要大量的水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料。由于農(nóng)村地區(qū)，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)水平較差，資料的連續(xù)性較差，進(jìn)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(hù)的實(shí)際狀況，單獨(dú)采用一種評(píng)價(jià)方法很難達(dá)到預(yù)期的評(píng)價(jià)效果。鑒于以上分析，本文采用單指標(biāo)和綜合指標(biāo)相結(jié)合的方法來對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣既可以通過單因子法直觀地判斷主要污染物，同時(shí)還能能夠明確的展示出水體整體的污染情況，進(jìn)而可以清楚的判斷出水體能否飲用。這樣可以彌補(bǔ)這兩種方法單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)。

1.2.3 地表水飲用水源水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用單項(xiàng)指標(biāo)與綜合指標(biāo)相結(jié)合的水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)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(biāo)程度。單因子評(píng)價(jià)以地表水III類水為評(píng)價(jià)的基準(zhǔn);綜合評(píng)價(jià)參照表1，以表1為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)到的各種污染物的濃度，按以下公式計(jì)算取各項(xiàng)目的水質(zhì)評(píng)分值:

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

水質(zhì)綜合評(píng)分值計(jì)算如下式:

SWGI=MAX(SWGI(i))

或采用加權(quán)平均公式計(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值:

SWGI=AVERAGE(Wi×SWGI(i))

其中Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

表1 水質(zhì)類別與評(píng)分值對(duì)應(yīng)表

主要污染物的確定原則:對(duì)于評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，水源水質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)或者是良好等級(jí)的不進(jìn)行主要污染物的選擇;而在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，水源水質(zhì)的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示出水質(zhì)已超過所規(guī)定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，則根據(jù)污染物的超標(biāo)倍數(shù)的大小，選取三項(xiàng)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(píng)價(jià)

采用單項(xiàng)指標(biāo)與綜合指標(biāo)相結(jié)合的水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。參照地表水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)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(biāo)程度。

2 典型區(qū)農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)

本研究選定了膠東半島青島市、煙臺(tái)市、威海市三個(gè)市為典型區(qū)，并對(duì)其主要水源地水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 調(diào)查對(duì)象、項(xiàng)目及時(shí)間

對(duì)膠東地區(qū)的地下水和地表水兩種類型的水源地進(jìn)行調(diào)查。共調(diào)研農(nóng)村水源地水質(zhì)測(cè)點(diǎn)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(kù)，數(shù)量分別為6處、1處和36處。煙臺(tái)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(kù)，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(kù)，其數(shù)量分貝為1處和7處。煙臺(tái)、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(cè)條件有限，本研究依據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況并對(duì)照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取以下飲用水源地的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目:總大腸菌群(MPN/100mL或 CFU/100mL)、細(xì)菌總數(shù)、氟化物(mg/L)、硝酸鹽(以N計(jì)，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(jì)，mg/L)、耗氧量(COD Mn法，以 O2計(jì)，mg/L)及氨氮(mg/L)共14項(xiàng)。水源地調(diào)查與監(jiān)測(cè)時(shí)間為2013年豐枯兩個(gè)時(shí)段。

2.2 青島、煙臺(tái)及威海農(nóng)村飲水水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)上節(jié)提出的單項(xiàng)指標(biāo)與綜合指標(biāo)相結(jié)合的水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，依據(jù)檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)枯水期及豐水期水源地水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明249個(gè)水源地測(cè)點(diǎn)的水樣中，能夠滿足要求的共有121個(gè)，所占到的比例為48%;不能滿足要求的共有128個(gè)，所占到的比例為52%。超標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)項(xiàng)目主要為硝酸鹽、大腸肝菌、總硬度、氨氮等超標(biāo)。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(biāo)超標(biāo)情況(枯水期)

依據(jù)綜合評(píng)價(jià)，抽樣調(diào)查的地下水水樣中能夠滿足Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)的水樣3個(gè)，所占的比例為1%;能夠滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的水樣118個(gè)，所占比例為47%;屬于Ⅳ類水類別的水樣79個(gè)，所占的比例是32%;屬于Ⅴ類及以下標(biāo)準(zhǔn)的水樣占49個(gè)，所占的比例是20%。水質(zhì)情況如圖5所示。從評(píng)價(jià)結(jié)果上看，青島、煙臺(tái)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(píng)價(jià)方法計(jì)算，可以得到結(jié)果都為Ⅲ類及以上?？梢娫摲椒ㄔu(píng)價(jià)結(jié)果反映的是一個(gè)綜合平衡后的結(jié)果，過濾掉了某些單項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)的影響，因此評(píng)價(jià)結(jié)果偏于安全，評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為上文方法的參考。

同樣，依據(jù)相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)典型區(qū)水源地豐水期水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如圖6所示。滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的水樣占124個(gè)，所占的比例是50%;屬于Ⅳ類水類別的水樣是80個(gè)，所占的比例是32%;Ⅴ類及以下水源45個(gè)，所占到的比例是18%。從上面可以看出，在豐水期的時(shí)候，水源水質(zhì)得到一點(diǎn)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(jì)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(jì)圖(豐水期)

3 結(jié)語(yǔ)

綜合分析了各種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，并結(jié)合農(nóng)村飲水水源特征，提出了綜合運(yùn)用單分子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，并運(yùn)用該方法對(duì)青島、煙臺(tái)及威海三市的農(nóng)村飲水水源水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明該方法應(yīng)用于農(nóng)村飲水水源水質(zhì)評(píng)價(jià)切實(shí)可行;從評(píng)價(jià)結(jié)果上看，青島、煙臺(tái)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(dá)標(biāo)在50%以下。超標(biāo)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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