地下水飲水安全指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)價(jià)

荊秀艷，楊紅斌，王文科，曹玉清

1. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 陜西省礦產(chǎn)資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3. 長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；4. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026

地下水飲水安全指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)價(jià)

荊秀艷1,2，楊紅斌3，王文科3，曹玉清4

1. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；2. 陜西省礦產(chǎn)資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3. 長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；4. 吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026

提高飲水質(zhì)量，保證飲水安全，已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。飲水安全評(píng)價(jià)是制定水安全保障體系和進(jìn)行水安全決策的前提和依據(jù)。目前，由于飲水安全涉及水質(zhì)、水量及飲水工程各個(gè)方面，難以通過(guò)單一指標(biāo)來(lái)反映飲水安全的程。因此如何科學(xué)選定項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法并切實(shí)指導(dǎo)工程建設(shè)實(shí)踐，已經(jīng)成為水利研究必須面對(duì)的重要課題。以銀川平原為例，通過(guò)水文地質(zhì)調(diào)查，從水源與人類(lèi)健康角度，考慮地下水質(zhì)、水量和地質(zhì)防護(hù)性，構(gòu)建了適合銀川平原特點(diǎn)的飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用層次分析、迭置指數(shù)等評(píng)價(jià)方法，開(kāi)展了地下水飲水安全評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：山前洪積傾斜平原，地下水蓋層厚度大，埋藏深，大于5 m，水質(zhì)相對(duì)較好，礦化度小0.5 g·L-1，但水量補(bǔ)給有限，開(kāi)發(fā)過(guò)程有必要控制開(kāi)采量；河湖積平原二級(jí)階地大部分地區(qū)，水位埋藏淺，小于1 m，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，水質(zhì)及地表防護(hù)性能較差，錳、硬度、可溶解性固體、硫酸鹽等指標(biāo)均已超過(guò)三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水資源可用作農(nóng)田灌溉或通過(guò)改水措施等再利用，同時(shí)應(yīng)防止三廢排入；河湖積平原二級(jí)階地北部、一級(jí)階地及黃河?xùn)|岸為地下水排泄、污水聚集或原生環(huán)境氟、硫酸根等元素高含量區(qū)域，水質(zhì)極差，在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)溝渠等排水設(shè)施的管理，控制化肥農(nóng)藥的施用量，必要時(shí)應(yīng)采取去氟去鹽等改水措施。

銀川平原；飲水安全；指標(biāo)體系

飲水安全是全球共同關(guān)注的問(wèn)題（韓冰等，2006）。我國(guó)高氟、高砷、苦咸、污染等水質(zhì)威脅著人們的身體健康，水量不足、取水不便等問(wèn)題嚴(yán)重影響群眾的正常生活，地下水作為飲水工程中的重要水源之一，如何結(jié)合有關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求對(duì)各地方地下水飲水安全進(jìn)行評(píng)價(jià)且用以指導(dǎo)安全供給已是當(dāng)務(wù)之急。

目前飲水安全評(píng)價(jià)研究主要針對(duì)環(huán)境污染物（生物、化學(xué)、物理）對(duì)水質(zhì)影響與人類(lèi)健康效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（朱延美等，2004；王碩等，2009；李曉玲等，2013；Voutchkova等，2014；Stroheker等，2014；Wang等，2014），WHO、EC、USEPA分別制定了《生活飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》《生活飲用水水質(zhì)指令》《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（曾光明和黃瑾輝，2003；張嵐等，2007；甘日華，2007；Dieter，2014）。陳敏建等（2007）、王麗萍等（2008）對(duì)具體地區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，周振民和周玉珠（2013）、劉生寶等（2010）從供水角度出發(fā)，以 2004年水利部和衛(wèi)生部制訂的《農(nóng)村飲水安全衛(wèi)生評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》為參照，考慮了水質(zhì)、水量及供水等3個(gè)方面指標(biāo)，開(kāi)展了飲水安全評(píng)價(jià)；王麗紅（2008）、師紅霞等（2014）考慮地下水脆弱性與生態(tài)環(huán)境因素進(jìn)行了水源地飲水安全評(píng)價(jià)，這些評(píng)價(jià)為對(duì)水資源的保護(hù)和管理提供了科學(xué)依據(jù)。但由于各地方地質(zhì)、氣侯、人類(lèi)活動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等存在較大差異，用固定或參照的評(píng)價(jià)方法很難突出地方特點(diǎn)，并合理全面地反映飲水安全程度，因此有必要結(jié)合區(qū)域的特點(diǎn)提出適合的評(píng)價(jià)方法。銀川平原地處干旱半干旱地帶，具有上千年灌溉歷史，水質(zhì)性缺水尤為突出，近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施飲水安全工程，解決了大部分農(nóng)村飲水安全問(wèn)題，關(guān)于飲水安全評(píng)價(jià)方面，鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本文在野外水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，參照水利部和衛(wèi)生部制訂的《農(nóng)村飲水安全衛(wèi)生評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》要求，結(jié)合銀川平原具體條件，從水質(zhì)、水量及地質(zhì)環(huán)境 3個(gè)方面建立了飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析、迭置指數(shù)等評(píng)價(jià)方法，并借助于GIS軟件平臺(tái)，開(kāi)展了銀川平原地下水飲水安全評(píng)價(jià)，對(duì)本區(qū)飲水安全工程實(shí)施中地下水源地合理規(guī)劃、防治改水具有一定的實(shí)際意義。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)銀川平原水文地質(zhì)條件與水資源開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn)，從水源與人類(lèi)健康關(guān)系出發(fā)，考慮水質(zhì)、水量、地下水防護(hù)性等重要因素，建立水質(zhì)、水量、地下水防護(hù)三位一體的飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，體現(xiàn)地下水系統(tǒng)的安全性。指標(biāo)等級(jí)嚴(yán)格按照國(guó)家公布的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括4個(gè)層次，如圖1所示。第一層為系統(tǒng)目標(biāo)層，只有1個(gè)要素-地下水系統(tǒng)安全，第二層為安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層，包括3個(gè)要素：水質(zhì)安全、水量安全和防護(hù)安全，第三、四層為屬性指標(biāo)層，包括7個(gè)要素，20個(gè)指標(biāo)，水質(zhì)安全充分體現(xiàn)一般化學(xué)指標(biāo)、毒理指標(biāo)及污染指標(biāo)對(duì)人類(lèi)健康的影響，依據(jù)銀川平原地下水水化學(xué)特征分析（荊秀艷等，2012），選取溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸根離子、錳、氟、砷、硒、碘、硝態(tài)氮、氨氮作為水質(zhì)指標(biāo)；水量安全保證充足的水量供應(yīng)，由開(kāi)采程度和資源供給能力來(lái)表現(xiàn)（任小榮，2007）；地質(zhì)防護(hù)安全采用了美國(guó)環(huán)保局（USA EPA）1985年提出DRASTIC模型中6項(xiàng)反映地下水自身屬性的因子（鐘佐燊，2005），作為地質(zhì)防護(hù)性因子，由于本區(qū)地表生態(tài)鹽漬化、湖泊濕地較為突出，因此增加了反映地表生態(tài)防護(hù)性指標(biāo)共7項(xiàng)因子，即地下水埋深、凈補(bǔ)給R、包氣帶巖性、含水介質(zhì)、含水層的厚度、地形坡度、水力傳導(dǎo)系數(shù)及鹽漬化、湖泊濕地。

圖1 銀川平原飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig. 1 Evaluation index system of dringking water safety

1.1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)分

1.1.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分

水質(zhì)安全評(píng)價(jià)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要以地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)“GB/T 14848-1993”中的類(lèi)別界線作為級(jí)別劃分的標(biāo)準(zhǔn)，共劃分為5個(gè)級(jí)別，其中將三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)水質(zhì)劃分為安全，四級(jí)、五級(jí)為不安全和極不安全，對(duì)應(yīng)的評(píng)分為1～5分，評(píng)分越高，水質(zhì)越差，不同級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣。例如，本區(qū)礦化度、硫酸鹽等一般化學(xué)物質(zhì)分布廣泛，基本劃分為4～5個(gè)級(jí)別，其級(jí)別分布及評(píng)分見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 礦化度分布及評(píng)分Fig. 2 Standard and scoring of Total soluble solids

1.1.2 水量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分

研究區(qū)為引黃灌區(qū)，地下水補(bǔ)給資源豐富，據(jù)2003年水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，銀川平原地下水可開(kāi)采資源為 16.4357×108m3·a-1，占天然補(bǔ)給資源量22.206×108m3·a-1的74.02%，開(kāi)采資源小于天然補(bǔ)給資源，開(kāi)采資源量是有保證的。為此結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，以行政區(qū)為單元，依據(jù)可開(kāi)采模數(shù)及開(kāi)采率的相對(duì)大小并參考前人等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，將可采資源模數(shù)和開(kāi)采率劃分為5個(gè)級(jí)別，同樣將三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)劃分為水量安全，四級(jí)、五級(jí)分別為水量不安全、極不安全，對(duì)應(yīng)評(píng)分為1～5分，分?jǐn)?shù)越高越不安全。開(kāi)采模數(shù)及開(kāi)采率評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如圖4、圖5。

圖4 開(kāi)采程度分布及評(píng)分Fig. 4 Standard and scoring of Exploiting Ratio

圖5 可開(kāi)采資源模數(shù)分布及評(píng)分Fig. 5 Standard and scoring of Exploitable Module

1.1.3 防護(hù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分

防護(hù)性能各指標(biāo)因子的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要以DRASTIC方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)的分值范圍是1～10，防護(hù)性能最好的評(píng)分為1，最差的評(píng)分為10。并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)測(cè)和收集資料情況進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，其中凈補(bǔ)給量用補(bǔ)給模數(shù)來(lái)表達(dá)，基本按等間距進(jìn)行分級(jí)與評(píng)分；研究區(qū)含水介質(zhì)與包氣帶巖性基本為松散巖類(lèi)，按顆粒大小、分選狀況給予定性分析及評(píng)分；除此之外研究區(qū)表層生態(tài)環(huán)境較為獨(dú)特，湖泊濕地眾多、土地鹽漬化、沙漠化分布廣泛，且與地下水關(guān)系密切，為此本次選取表層生態(tài)作為地下水防護(hù)功能指標(biāo)之一。湖泊濕地與地下水具有直接的水力聯(lián)系，受到污染直接影響地下水的水質(zhì)，評(píng)分為 10分；鹽漬化土壤中鹽份較高，受到灌溉及雨水的淋濾作用后鹽份會(huì)向下遷移進(jìn)入到含水層中，重度區(qū)評(píng)分為 10分，中度區(qū)評(píng)分為 8分，輕度區(qū)為4分，非鹽漬化區(qū)表層土壤多為粉質(zhì)、粘質(zhì)土壤，防護(hù)功能相對(duì)較好，評(píng)分為1分；沙漠地區(qū)滲透性較好，只要有污染源地下水也極易受到污染，同樣重度區(qū)評(píng)分為 10分，中度區(qū)評(píng)分為 8分，輕度區(qū)為4分。例如圖6、圖7。

2 評(píng)價(jià)方法

以飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，從系統(tǒng)評(píng)價(jià)出發(fā)，采用層次分析法對(duì)各層指標(biāo)確定權(quán)重，采用迭置指數(shù)法計(jì)算綜合指數(shù)，具體步驟如下：

圖6 埋深分布及評(píng)分Fig. 6 Standard and scoring of Groundwater Depth

圖7 鹽漬化程度分布及評(píng)分Fig. 7 Standard and scoring of Sanitized Soil

2.1 層次分析法

利用層次分析法計(jì)算權(quán)重。首先依據(jù)層次結(jié)構(gòu)，應(yīng)用薩蒂教授的表度法，對(duì)不同指標(biāo)的比較結(jié)果給以數(shù)量表度，建立評(píng)價(jià)體系的各個(gè)層次的兩兩比較判斷矩陣，共建立4個(gè)判斷距陣，并按環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)軟件輸入要求形成判斷矩陣文件，然后根據(jù)方根法計(jì)算權(quán)重，例如目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層B的判斷距陣及權(quán)重如表1、表2、表3、表4和表5所示。

表1 飲水安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)Table 1 Hierarchy of Dringking Water Safety Evaluation

表2 A判斷矩陣Table 2 Comparison matrixes evaluating(A)

表3 B1判斷矩陣Table 3 Comparison matrixes evaluating(B1)

表4 B2判斷矩陣Table 4 Comparison matrixes evaluating(B2)

表5 B3判斷矩陣Table 5 Comparison matrixes evaluating(B3)

2.2 迭置指數(shù)法

利用迭置指數(shù)法計(jì)算綜合指數(shù)。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在MAPGIS中采用Kring插值法分別獲得各指標(biāo)等值線圖，并形成相應(yīng)的MAPGIS面屬性文件20個(gè)，并根據(jù)上述評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分，對(duì)面屬性文件由好到差進(jìn)行賦值，利用項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)計(jì)算各指標(biāo)評(píng)分值與層次分析法確定的權(quán)重的乘積迭加得出的綜合指數(shù)值，并利用系統(tǒng)的制圖、空間分析、圖像分析、屬性庫(kù)管理等功能，完成水質(zhì)、水量、地質(zhì)防護(hù)功能及其總的飲水安全評(píng)價(jià)和區(qū)劃。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

飲水安全綜合評(píng)價(jià)是水質(zhì)安全、水量安全、地質(zhì)防護(hù)安全的綜合反映，共劃分為3個(gè)區(qū)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖8。

圖8 銀川平原地下水飲水安全區(qū)劃Fig. 8 Zoning of dringking Safety in YinChuan plain

（1）Ⅰ區(qū)為地下水深埋區(qū)，主要分布在山前洪積斜平原，蓋層厚度大，埋深大于10 m，人類(lèi)活動(dòng)少，地質(zhì)防護(hù)性能高，礦化度低，小于0.5 g·L-1，未出現(xiàn)與地下水有關(guān)的人類(lèi)健康關(guān)系問(wèn)題，水質(zhì)安全，不足之處在于地下水以降雨補(bǔ)給為主，徑流坡度大，水源為過(guò)路水，可開(kāi)采資源量相對(duì)較小，水量安全程度差，總體來(lái)說(shuō)飲水安全性相對(duì)較好。

（2）Ⅱ區(qū)分布于平原內(nèi)大部分地區(qū)，飲水安全性能差。在平原北部，為鹽漬化、湖泊濕地集中分布區(qū)域，表層生態(tài)防護(hù)性差，污染物質(zhì)易于進(jìn)入地下水，再加上水位埋藏淺，小于1 m，蒸發(fā)濃縮作用強(qiáng)烈，錳、硬度、可溶解性固體、硫酸鹽等指標(biāo)均已超過(guò)三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)安全性較差。

（3）Ⅲ區(qū)域主要分布在銀北平原平羅以北、黃河兩岸及平原周邊，飲水極不安全。Ⅲ1區(qū)為污染集中區(qū)域，分布于銀北地區(qū)黃河西岸一帶，突出特點(diǎn)為水量、地質(zhì)防護(hù)性相對(duì)較好，但水質(zhì)極差，除氟、砷元素在三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)外，硬度、可溶解性固體等多項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)；Ⅲ2區(qū)為污水溝的集中排泄區(qū)，分布于銀川平原平羅以北，土地鹽漬化嚴(yán)重，除砷氟各種元素外，水質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)；Ⅲ3區(qū)為平原周邊地區(qū)，分布于青銅峽以南、黃河?xùn)|岸及苦水河流域一帶，水量、地質(zhì)防護(hù)功能相對(duì)較好，由于地層本身巖性影響，水中氟元素相對(duì)較高，出現(xiàn)與氟有關(guān)的地方性疾病，除此之外，礦化度、可溶解性固體、氯化物、硫化物等含量相對(duì)較高，陶樂(lè)、臨河堡等局部地區(qū)出現(xiàn)氮污染，水質(zhì)極不安全。

4 結(jié)論

結(jié)合銀川平原地域特點(diǎn)，構(gòu)建了地下水飲水安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)淺層水進(jìn)行了飲水安全評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與研究區(qū)水文地質(zhì)條件相符。

（1）飲水安全區(qū)一級(jí)區(qū)地下水埋藏深，水質(zhì)相對(duì)較好，但水量補(bǔ)給有限，開(kāi)發(fā)過(guò)程有必要控制開(kāi)采量。

（2）飲水安全區(qū)二級(jí)區(qū)水位埋藏淺，蒸發(fā)、混合作用強(qiáng)烈，且湖泊濕地眾多，鹽漬化普遍，水質(zhì)及地表防護(hù)性能較差，水資源可用作農(nóng)田灌溉或通過(guò)改水措施等再利用，同時(shí)應(yīng)防止生活污水、工業(yè)污水和固體廢棄物排入。

（3）飲水安全三級(jí)區(qū)為地下水排泄、污水聚集或原生環(huán)境氟、硫酸根等元素高含量區(qū)域，水質(zhì)極差，在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)溝渠等排水設(shè)施的管理，控制化肥農(nóng)藥的施用量，必要時(shí)應(yīng)采取去氟去鹽等改水措施。

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Index System Methods and Safety Evaluation on Groundwater for Drinking

JING Xiuyan1,2, YANG Hongbin3, WANG Wenke3, CAO Yuqing4
1. College of Geology and Environmental Engineering, Xi′an University of Science and Technology, Xi′an 710054, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Exploration And Comprehensive Utilization of Mineral resources, Xi’an 710054, China; 3. College of Environmental Sciences and Engineering; Changan University, Xi’an 710054, China; 4. College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130026, China

Due to exposed to serious pollution and influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. Through investigation and analysis, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health, studying quality and quantity of groundwater, as well as geological protective performance; safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods with the help of GIS software platform. The results of safety evaluation show that Groundwater of Region I is deep and has good quality condition, but water replenishment is limited, so exploitation quantity should be controlled; water level of Region II is shallow, with violent evaporation and a great number of lakes and wetlands. Salinization here is common and water quality and surface protective performance is poor. The water resource in this region can be used for agricultural irrigation or recycling after being improved. In the meantime, discharging of domestic sewage, industrial waste water and solid wasDue to exposing to severe pollution and the influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. With the consideration of groundwater quality, quantity and geological protective performance, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health through investigation and analysis. Moreover, safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods under the GIS software platform.

Yinchuan Plain; drinking water safety; index system evaluation

X824

A

1674-5906（2015）01-0090-06

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.014

荊秀艷，楊紅斌，王文科，曹玉清. 地下水飲水安全指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(1): 90-95.

JING Xiuyan, YANG Hongbin, WANG Wenke, CAO Yuqing. Index System Methods and Safety Evaluation on Groundwater for Drinking [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 90-95.

陜西省自然科學(xué)基金（2013JQ5004）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41472220）；陜西省礦產(chǎn)資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金（2014HB009）

荊秀艷（1973年生），女，講師，博士，主要從事水文地質(zhì)、水質(zhì)安全等方面的研究。E-mail：973972685@qq.com

2013-11-22