趙變普

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)方法

1.1 水庫概況

大伙房水庫坐落于撫順市境內(nèi)，承擔(dān)著盤錦、鞍山、遼陽、撫順、沈陽、營(yíng)口、大連7個(gè)城市和2300萬人口生活供水任務(wù)，也是全國(guó)九大重點(diǎn)城市供水水源地之一。該水庫兼具灌溉、防洪、供水、發(fā)電和養(yǎng)殖等功能，總庫容為21.87億m3，其中防洪庫容11.82億m3，汛限水位為126.40m，最高水位為138.80m，死水位為108.00m，最大水深為37.0m。庫區(qū)水面最寬處寬4km，東西長(zhǎng)35km，最大蓄水面積為114km2，樞紐總泄量為16.295m3/s，入庫河流有社河、蘇子河、渾河，屬于帶狀河谷型水庫。水庫上游為山區(qū)，占流域面積的60%，海拔為400～800m；水庫中游為丘陵地帶，地形較緩且面積較少，占全流域2%；水庫下游至沈陽附近逐漸進(jìn)入平原區(qū)，占流域面積的1/3以上，為遼寧地區(qū)重要的工業(yè)基地和產(chǎn)量基地。水電站發(fā)電量為5600kW·h，總裝機(jī)容量為3.2萬kW，庫區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模大，被譽(yù)為自然“大水缸”[1- 7]。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及污染控制工程的滯后，庫區(qū)水源地污染物含量不斷增多，水資源供給矛盾及流域水環(huán)境問題日趨突出，下游河道斷流、水華事件頻發(fā)。調(diào)查顯示，大伙房水庫污染屬于富營(yíng)養(yǎng)類型，其中流入水庫的三條河排污是造成污染主要原因，尤其是渾河工業(yè)廢水排放最為突出，歷史上7—8月曾多次發(fā)生“藻花”事件，污染因素以BOD5、懸浮物和COD為主。大伙房水庫作為城市供水水源地，其水環(huán)境安全狀況直接影響著沿河居民的身體健康和飲水安全。因此，文章以大伙房水庫飲用水水源地為例，為綜合反映庫區(qū)水環(huán)境狀況探究了多級(jí)指標(biāo)體系和水環(huán)境安全評(píng)價(jià)方法，以期為保障城市飲用水安全和水源地水環(huán)境治理提供科學(xué)指導(dǎo)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

人為性和自身性屬于水庫水環(huán)境安全的二元屬性，結(jié)合水源地安全現(xiàn)有研究成果、水庫功能和水環(huán)境安全的概念，提出的水生態(tài)、水質(zhì)和水量安全為庫區(qū)水環(huán)境安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容[8- 10]。最終，從多個(gè)方面選擇11項(xiàng)指標(biāo)，借鑒DPSIR概念模型構(gòu)建安全評(píng)價(jià)體系，如圖1所示。

圖1 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)體系

1.3 綜合評(píng)價(jià)方法

水環(huán)境安全評(píng)價(jià)涉及范圍廣、因素多，且不同因子間存在復(fù)雜的聯(lián)系，考慮單項(xiàng)指標(biāo)值無法全面反映水安全的整體狀況，所以采用加權(quán)求和法確定綜合評(píng)分值。將歸一化后的因子值fi和權(quán)值wi進(jìn)行加權(quán)求和，由此獲取水安全綜合評(píng)分P，其表達(dá)式為

(1)

1.4 水環(huán)境安全等級(jí)

目前，尚未形成普遍適用、統(tǒng)一完善的水環(huán)境安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)方法。考慮到實(shí)際需要，并借鑒水資源領(lǐng)域等級(jí)劃分原則，采用均分的方法將大伙房水庫水環(huán)境安全劃分為5個(gè)等級(jí)，從優(yōu)到劣排列：預(yù)警級(jí)別為Ⅰ級(jí)(安全)、Ⅱ級(jí)(較安全)、Ⅲ級(jí)(預(yù)警)、Ⅳ級(jí)(中警)、Ⅴ級(jí)(重警)，見表1。

表1 水源地水環(huán)境安全等級(jí)劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 水量安全評(píng)價(jià)

為反映飲用水水源地的水資源利用現(xiàn)狀評(píng)價(jià)水量安全狀況，客觀評(píng)價(jià)來水情況。枯水年大伙房水庫的最小生態(tài)需水保證率、來水保證率和工程供水能力都達(dá)到68%、95%、91%，水量安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及指數(shù)見表2。

表2 水量安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及指數(shù)值

2.2 水質(zhì)安全評(píng)價(jià)

針對(duì)水源地的水質(zhì)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)指標(biāo)和單項(xiàng)安全指數(shù)，結(jié)合地表水、地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和《城市飲用水水源地安全狀況評(píng)價(jià)技術(shù)細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱細(xì)則)綜合確定。根據(jù)全國(guó)水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則，科學(xué)評(píng)價(jià)大伙房水庫水源地富營(yíng)養(yǎng)化狀況，所涉及的評(píng)價(jià)方法參考細(xì)則推薦的公式[11- 12]。此外，還要考慮水庫水質(zhì)受新型污染物POPS有機(jī)物的不利影響，通過評(píng)價(jià)水源地水質(zhì)狀況衡量其安全程度。根據(jù)細(xì)則推薦的公式和評(píng)價(jià)體系，確定大伙房水庫水質(zhì)安全類別，見表3。

表3 大伙房水庫水質(zhì)安全類別

2.3 水庫富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

大伙房水庫2009—2018年的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，利用湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和渾河流域水資源公報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，中—富營(yíng)養(yǎng)型為大伙房水庫水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)情況，TP、TN為主要富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)[13]。根據(jù)2009—2018年污染因子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，水庫水質(zhì)為中度營(yíng)養(yǎng)的僅有2018年，其他年份均為中—富營(yíng)養(yǎng)程度，如圖2所示，水體腥臭及入庫河流工業(yè)廢水排污問題突出。

圖2 2009—2018年大伙房水庫營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

2.4 基于DPSIR框架的綜合評(píng)價(jià)

2.4.1評(píng)價(jià)樣本矩陣

以大伙房水庫2018年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，綜合評(píng)價(jià)水源地水環(huán)境狀況，采用相近年份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或相關(guān)資料確定無法獲取及沒有監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)[14]。

相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)來源及其計(jì)算方法如下：采用大伙房雨量站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取水庫月降水量數(shù)據(jù)；考慮到入庫河流攜帶的點(diǎn)源污染占大伙房水庫總污染量的78.5%～89.2%，所以按照河道入庫量確定大伙房水庫污染物入庫量，依據(jù)渾河水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及入庫河流流量確定月入庫污染負(fù)荷；大伙房水庫有出口、入口和庫中心水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的月平均數(shù)據(jù)構(gòu)造樣本矩陣；以TN與TP濃度比作為氮磷比數(shù)據(jù)；2018年大伙房水庫月尺度水質(zhì)類別按照地表水水質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)確定，將其與Ⅲ類目標(biāo)水質(zhì)相比得到達(dá)標(biāo)率。通過整理與分析各指標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)造以月份為序列的樣本矩陣，數(shù)據(jù)獲取方法及初始值見表4。

表4 水環(huán)境安全樣本矩陣

2.4.2指標(biāo)值及其歸一化

結(jié)合大伙房水庫2009—2018年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，TP、TN、CODMn入庫量的上、下限值利用關(guān)系式來確定；然后依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ類和Ⅴ類水的TP、TN、CODMn濃度設(shè)定相應(yīng)的上、下限值，從而確定歸一化的各指標(biāo)限值，采用極差標(biāo)準(zhǔn)法構(gòu)造歸一化標(biāo)準(zhǔn)矩陣，見表5。

2.4.3水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)體系中各層次指標(biāo)權(quán)重利用熵權(quán)法求解(表6)，然后采用加權(quán)求和法確定2018年大伙房水庫水環(huán)境安全綜合指數(shù)，按照等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定水安全狀況(表5)。

表5 歸一化標(biāo)準(zhǔn)矩陣

表6 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

從表5可知，大伙房水庫飲用水水源地水環(huán)境狀況良好，達(dá)到Ⅱ類較安全等級(jí)的有4、5、6、9月，可見此時(shí)段水庫水環(huán)境對(duì)居民飲水安全和身體健康影響較低，水生態(tài)功能尚好且水環(huán)境破壞程度較低；然而7、8月時(shí)段，由于入庫河流排污，特別是渾河工業(yè)廢水的排放致使總磷、總氮濃度明顯超標(biāo)，充足的營(yíng)養(yǎng)鹽為藻類的生長(zhǎng)提供了適宜的條件，該時(shí)期水環(huán)境達(dá)到Ⅲ類預(yù)警水平，表明水源地水質(zhì)惡化、水系統(tǒng)受到破壞，對(duì)沿河居民飲水安全與身體健康產(chǎn)生不利影響。冬季，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低且污染物入庫量較小，藻類的生長(zhǎng)緩慢，所以冬季的水體良好，水環(huán)境達(dá)到安全水平。

3 結(jié)論

(1)通過診斷識(shí)別渾河流域存在的水環(huán)境問題，統(tǒng)計(jì)分析上游大伙房水庫的富營(yíng)養(yǎng)化特征及水質(zhì)現(xiàn)狀，從人為、自然的角度揭示了導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)的原因，水庫水環(huán)境安全主要與污染負(fù)荷高、人為干擾等因素相關(guān)，氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽為主要污染物，農(nóng)藥化肥的過度施用為主要污染源。

(2)大伙房水庫飲用水水源地達(dá)到Ⅱ類較安全等級(jí)的有4、5、6、9月，綜合指數(shù)為0.31～0.38；7、8月時(shí)段，由于入庫河流排污，特別是渾河工業(yè)廢水的排放致使總磷、總氮濃度明顯超標(biāo)，該時(shí)期水環(huán)境達(dá)到Ⅲ類預(yù)警水平，綜合指數(shù)為0.46，表明水源地水質(zhì)惡化、水系統(tǒng)受到破壞，對(duì)沿河居民飲水安全與身體健康產(chǎn)生不利影響。