馮少輝,張 偉

(1.河南靈捷水利勘測設(shè)計研究有限公司,河南 南陽 473000;2.中國南水北調(diào)集團江漢水網(wǎng)建設(shè)開發(fā)有限公司,武漢 430040)

0 引 言

水資源是人類生存發(fā)展的核心資源,只有切實保障農(nóng)村飲水安全,才能在保證生命健康的同時帶動農(nóng)村地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。因此,應(yīng)高度重視農(nóng)村飲水安全問題,采取科學有效措施,提高農(nóng)村飲水質(zhì)量和農(nóng)民的生活質(zhì)量。雖然農(nóng)村已建設(shè)集中式供水工程,但規(guī)模較小,多由農(nóng)民直接管理,管理水平相對落后。為此,許多學者進行了相關(guān)研究。郭明[1]就農(nóng)村飲用水的水質(zhì)安全提出了多項措施,包括做好水資源保護工作、重視飲水安全工程建設(shè)、推進農(nóng)戶水表集中安裝等。杜崇剛等[2]以鳳翔區(qū)農(nóng)村生活飲用水為調(diào)查對象,分析現(xiàn)有的水費收繳和政策執(zhí)行情況,從政策執(zhí)行的角度研究農(nóng)村飲用水的保護。王曉飛等[3]分析了農(nóng)村飲用水的不安全因素,并在經(jīng)濟領(lǐng)域提出了優(yōu)化對策。

基于國內(nèi)對農(nóng)村飲用水安全保護措施的研究成果,本文以河南省平頂山市白龜山水庫水源地保護區(qū)為例,構(gòu)建水源地安全措施與水質(zhì)檢測評價耦合模型,以期通過模型構(gòu)建為水源地保護區(qū)建設(shè)提供科學有效的評價方法,從而指導農(nóng)村飲用水保護措施的改進。

1 農(nóng)村飲用水安全工程評價及飲用水質(zhì)量評價耦合模型

1.1 農(nóng)村飲用水安全工程保護措施分析

農(nóng)村飲用水的供水以及安全保護是我國重要的民生基礎(chǔ)工程。由于農(nóng)村飲用水關(guān)系到農(nóng)村居民的生活質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量,同時也是我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和貧困地區(qū)農(nóng)民脫貧增收的前置條件[4]。因此,我國歷來重視農(nóng)村的供水以及安全保護問題,同時也取得一定成就。截至2021年底,全國農(nóng)村自來水普及率達到84%,農(nóng)村供水保障水平顯著提升,提前達到預(yù)期目標。但相較于城市供水系統(tǒng)來說,在飲用水的安全工程保護措施上,仍然存在較多的改進空間。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,農(nóng)村生活污水、零散養(yǎng)殖污染、種植業(yè)面源污染和農(nóng)村生活垃圾等農(nóng)業(yè)農(nóng)村非點源污染來源較廣,具有時空分散性、復雜多樣性的特性,再加上處理設(shè)施不完善,成為影響農(nóng)村飲用水水質(zhì)的重要因素[5]。只有妥善解決農(nóng)村水源地安全保障問題,不斷提升農(nóng)村飲用水水質(zhì),才能持續(xù)促進農(nóng)村人居環(huán)境改善、居民生命健康及農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展。農(nóng)村飲用水水質(zhì)影響因素及保護措施見圖1。

圖1 農(nóng)村飲用水水質(zhì)影響因素及保護措施

從圖1可以看出,對于農(nóng)村飲用水的保護措施主要從水源地入手。為了更好地保護農(nóng)村飲用水水源,可采取以下措施:①根據(jù)農(nóng)村水環(huán)境保護的特性,建立完善并與之相適應(yīng)的農(nóng)村水環(huán)境管理體制和保障法規(guī)體系。②加強水源保護和水質(zhì)監(jiān)測,采取措施強化水源保護區(qū)的設(shè)定和各種水源地的保護管理,保障供水水源的水質(zhì)安全[6]。③創(chuàng)新激勵機制,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),進一步加強對農(nóng)村生活垃圾、污水、農(nóng)業(yè)廢棄物等治理和資源化利用,并充分利用現(xiàn)代媒體,加強資源化利用、節(jié)水和保護水源地安全等方面的宣傳,鼓勵公眾參與[7]。

本次研究以白龜山水庫集中式飲用水水源地保護專項為例進行分析。該地區(qū)季節(jié)性缺水現(xiàn)象突出,水量、水質(zhì)無保障。在以白龜山水庫為中心建設(shè)了供水系統(tǒng)之后,當?shù)剞r(nóng)村飲用水情況得到極大改善。供水工程不僅提高了農(nóng)村集中供水率,同時也推動了農(nóng)村供水城市化、城鄉(xiāng)供水一體化發(fā)展。農(nóng)村飲用水水源地主要分為河流型、湖泊型、水庫型以及地下水型[8-9]。因此,本次研究將構(gòu)建水庫型水源地的綜合評價,對水質(zhì)評價模型進行耦合分析[10],目的在于驗證當前水庫水源地的保護狀況以及水質(zhì)保護措施的合理性。

1.2 水源地評價及水體飲用水質(zhì)量評價耦合模型的構(gòu)建

水庫型水源地的安全工程具有穩(wěn)定、封閉的特點。因此,對于水庫水源地的評價不能僅從內(nèi)部指標觀察,外部指標如管理政策、工程實施等方面因素,同樣對水庫型水源地的安全質(zhì)量具有重要影響。以水質(zhì)優(yōu)良的白龜山水庫為中心,建設(shè)了當?shù)氐墓┧到y(tǒng)。在白龜山水庫水源保護中,采取了包括保護區(qū)規(guī)劃、排污口和違章建筑的拆除或關(guān)閉、農(nóng)業(yè)面源污染及生活污水治理等措施。在水庫水質(zhì)評價中,本次研究以當前保護措施為基礎(chǔ),采用常規(guī)檢測的多項指標進行分析。兩者的評價模型見表1。

表1 水庫水源地的安全保護措施評價及水質(zhì)評價模型

從表1可以看出,在水庫型農(nóng)村飲用水水源地的安全保護措施評價中,采用安全區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境指標和安全工程管理措施兩個指標進行分析。其中,生態(tài)環(huán)境指標包含水源地植被覆蓋率、水源地水生狀態(tài)以及生態(tài)管理政策3個二級指標。在安全工程管理措施評價指標中,包含監(jiān)控措施、巡查措施以及應(yīng)急措施3個二級指標。在水源地的水質(zhì)評價系統(tǒng)中,水質(zhì)和水資源利用開發(fā)作為兩個一級指標進行衡量。水質(zhì)評價包含常規(guī)水質(zhì)檢測、水體渾濁度、水源地面源污染情況以及水質(zhì)相關(guān)政策4個指標;水資源利用開發(fā)包含人均水資源、廢水處理資金投入占比和水環(huán)境資源開發(fā)投資占比3個二級指標。

在模型中,綜合評價值采用熵值法進行計算,公式如下:

(1)

式中:n為指標i的樣本數(shù)量;wi為指標i的權(quán)重;pij為指標i下第j個樣本在指標中的占比。

通過計算耦合度,量化分析兩個系統(tǒng)之間的相互影響作用。耦合度計算公式如下:

(2)

式中:CD為水源地安全工程管理評價模型和水源地水質(zhì)環(huán)境評價模型的耦合度;eem、ewq分別為安全工程管理評價評價值與水源地水質(zhì)環(huán)境綜合評價值。

兩個模型的耦合協(xié)調(diào)度和綜合發(fā)展評價值的計算公式如下:

(3)

式中:coop為兩個評價模型之間的耦合協(xié)調(diào)度;dev為兩個系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合評價值。

2 水源地安全工程與水質(zhì)評價耦合模型的應(yīng)用分析

將構(gòu)建的水源地安全工程與水質(zhì)評價耦合模型應(yīng)用于河南省平頂山市白龜山水庫的安全工程措施和水質(zhì)健康風險分析中,本次研究數(shù)據(jù)來源于河南省水利廳。將本次研究構(gòu)建的耦合模型和采用資料調(diào)查得出的主觀評價得分進行對比,具體結(jié)果見圖2。

圖2 耦合評價模型和資料主觀評價的誤差分析

本次研究在白龜山水庫中隨機地點選取30份水體信息樣本數(shù)據(jù)進行分析,比較模型評價得出的水體常規(guī)檢測評價和濁度評價。本次研究中,對于水體的常規(guī)檢測包含《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中的10項指標,分別為色度、肉眼可見物、臭和味、pH、電導率、銅、鉛、鋅、鎘、鐵。因此,在總體評價得分中,采用10分作為評價尺度。從圖2(a)可以看出,研究構(gòu)建的模型預(yù)測偏差值在[-2,1]之間。30份水體樣本中,偏差絕對值最大結(jié)果為1.6,偏差絕對值最小結(jié)果為0.1。從圖2(b)可以看出,耦合模型對水體濁度的評價偏差值在[-1.6,0.7]區(qū)間內(nèi),平均絕對偏差值為0.044。

通過常規(guī)檢測評價和水體渾濁度評價后,證明了該耦合模型具備評價的有效性。因此,將耦合模型應(yīng)用在二級指標水源地面源污染情況中。本次研究選擇白龜山水庫1995-2020年的水體污染情況進行評價,見圖3。

圖3 白龜山水庫水質(zhì)污染情況分析

從圖3可以看出,在世紀初時,當?shù)氐乃w質(zhì)量受到污染情況的評價逐年增加,而在2010年之后開始得到緩解。在3種污染源的評價中可以看出,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導致的污染評價值最高,其次為生活廢水排放導致的水體污染。

本次研究通過熵權(quán)法,計算得出全部指標在1995-2020年間的評價值情況,見表2。從表2可以看出,水庫水源地安全保護措施評價中的生態(tài)環(huán)境評價(O)和安全工程管理措施評價(E)全部呈現(xiàn)上升趨勢。評價值上升最快的指標為水庫安全監(jiān)控措施(E1),從1995年的0.100 5上升至2020年的0.481 0。其中,水源地植被覆蓋率(O1)和水源地水生狀態(tài)(O2)在2000-2010年經(jīng)歷了先降后升的趨勢,表明在在水庫保護區(qū)建立之后水生環(huán)境生態(tài)開始好轉(zhuǎn)。在水源地水質(zhì)評價指標中,除了水源地面源污染情況(Q3)指標的評價值明確下降以外,其他評價值均為上升趨勢。

表2 耦合模型全部二級指標的評價值分析

從表3可以看出,從2005-2021年的趨勢來看,水庫水源地的安全保護措施評價穩(wěn)步上升,水源地水質(zhì)評價指標則呈現(xiàn)迂回式上升。水庫水源地的安全保護措施評價從2005年的0.354 1增加至2021年的0.755 5;而水源地水質(zhì)綜合評價從2005年的0.445 9上升,至2021年回到0.541 1。

表3 白龜山水庫2005-2021年水源地安全工程與水質(zhì)評價耦合協(xié)調(diào)度分析

根據(jù)兩個評價模型的綜合發(fā)展評價值,結(jié)合耦合計算模型,可以得出耦合度和協(xié)調(diào)度。2005-2009年,兩個模型的耦合度均低于0.5,而在2011年之后逐漸上升至0.6～0.8。結(jié)合白龜山水庫2005-2021年的水源地安全工程與水質(zhì)評價耦合協(xié)調(diào)度進行評價分析:當協(xié)調(diào)度小于0.5時,表明兩個系統(tǒng)發(fā)展失調(diào);協(xié)調(diào)度為0.5～0.7時,表明水源地安全工程與水質(zhì)評價初步協(xié)調(diào);協(xié)調(diào)度為0.7～0.9時,表明水源地安全工程與水質(zhì)評價協(xié)調(diào)狀態(tài)良好;協(xié)調(diào)度大于0.9時,表明兩個系統(tǒng)發(fā)展完全協(xié)調(diào)。從2005-2021年的整體歷時性比較可以看出,2005-2009年,白龜山水庫水源地安全工程與水質(zhì)評價處于失調(diào)狀態(tài);2010-2013年,處于初步協(xié)調(diào)狀態(tài);2013-2021年,處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài)。

3 結(jié) 論

本次研究通過水源地安全保護措施與水質(zhì)評價耦合模型對河南省白龜山水庫進行了探索分析。在評價偏差分析中,耦合模型對于水體濁度的平均絕對偏差值為0.044,而常規(guī)檢測偏差絕對值最大結(jié)果為1.6,偏差絕對值最小結(jié)果為0.1。同時,從2005-2021年的整體歷時性比較可以看出,2005 -2009年白龜山水庫水源地安全工程與水質(zhì)評價處于失調(diào)狀態(tài);2010-2013年處于初步協(xié)調(diào)狀態(tài);2013-2021年處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài)。結(jié)果表明,本次研究構(gòu)建的水庫安全區(qū)保護措施評價與水質(zhì)評價耦合模型在水庫水源地評價分析中具備有效的應(yīng)用價值。