甘肅省城市飲用水安全綜合評價

齊鵬 王曉嬌 徐海鵬 李培都 楊凱凱

摘要 基于污染問題頻發(fā)和人口持續(xù)增加的現(xiàn)狀，運用專家咨詢法、層次分析法和主成分分析法構(gòu)建評價指標體系，通過灰色模型和綜合評價法對2003～2013年甘肅省的城市飲用水安全進行了評價。結(jié)果表明：構(gòu)建的評價指標體系合理可行；2003～2013年綜合評價值呈波動增長趨勢，基本符合實際情況；影響城市飲用水的主要指標依次為主城區(qū)人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質(zhì)合格率和水源地水質(zhì)等級。

關(guān)鍵詞 城市飲用水；綜合評價；關(guān)聯(lián)度分析；甘肅

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-268-04

Abstract Based on the frequent pollution problems and increasing population， the evaluation index system was established by using expert consultation method， analytic hierarchy process and principal component analysis， urban drinking water security in Gansu Province from 2003 to 2013 was evaluated through gray models and comprehensive evaluation method. The results showed that the evaluation index system is reasonable and feasible. From 2003 to 2013， the comprehensive estimate shows a trend of undulatory growth， which basically accords with the actual situation. The main indexes affecting urban drinking water are population density in main urban area，popularizing rate of urban water， annual per capita disposable income of urban residents， water consumption， the qualified rate of water quality and water quality grade.

Key words Urban drinking water； Comprehensive assessment； Correlation degree analysis； Gansu

飲用水安全直接關(guān)系著城市的穩(wěn)定和發(fā)展，是國家公共衛(wèi)生體系的重要組成部分[1]。伴隨著人口的增加、社會經(jīng)濟的發(fā)展以及城市建設(shè)的加快，環(huán)境污染問題日益嚴重，致使飲用水水質(zhì)問題趨向復(fù)雜化[2-3]。目前，我國飲用水安全態(tài)勢嚴峻，全國1 073個集中式地表水水源地有25%水質(zhì)不達標[4]，一些地區(qū)存在著飲用水水質(zhì)嚴重不達標、供水保證率低、水性地方病等問題。相當一部分城市水源污染嚴重，威脅到飲水水質(zhì)[5]。

20世紀60年代開始，世界各國相繼開始了城市飲用水安全的相關(guān)研究，并提出了各類水質(zhì)綜合評價指數(shù)的數(shù)學(xué)模型[6]。余若禎等[7]提出了側(cè)重水質(zhì)評價的飲用水安全評價指標體系——生物毒性測試指標體系和微量有毒有害物質(zhì)化學(xué)指標體系，王東紅等[8]、敬燕燕等[9]建立了一種可以應(yīng)用于飲用水中有毒污染物的篩選和健康風(fēng)險評價的方法，為飲用水質(zhì)對人體的綜合效應(yīng)評價提供了行之有效的方法和依據(jù)。但是，針對西部半干旱地區(qū)飲用水安全的研究還處于初步階段[10-13]，相關(guān)工作主要是對單純的水質(zhì)、水量的基本評價，較少考慮經(jīng)濟、供水、環(huán)境影響等綜合因素。因此，筆者以甘肅省為例，從經(jīng)濟社會、供水用水和環(huán)境影響3個層面選擇指標，對甘肅省城市飲用水安全進行綜合評價，以期為甘肅省飲用水管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

甘肅省位于我國西北內(nèi)陸地區(qū)，地處黃河上游，地理位置：92°13′～108°46′ E，32°11′～42°57′N，共有4個縣級市、58個縣、7個民族自治縣、17個轄區(qū)，全省土地總面積45.40萬km2。水資源主要分屬黃河、長江、內(nèi)陸河3個流域，9個水系。全省河流年總徑流量415.80億m3，地下水304.08 m3。全省城鎮(zhèn)人口998.80萬人（2012年），人均水資源僅為全國的50%。

甘肅省城鎮(zhèn)集中式飲用水水源地共119個，其中地下水型79個，河流型30個和湖庫型10個。現(xiàn)用水源地113個，備用水源地6個，總服務(wù)人口646.51萬人。全省水源地設(shè)計年取水總量1 384.49萬m3，實際取水總量1 108.52萬m3，地下水型、河流型和湖庫型三類水源地的取水量分別占實際取水總量的85.85%，9.59%和4.56%。全省飲用水水源地有取水口/供水井656個[14]。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

農(nóng)田有效灌溉面積、農(nóng)田實灌面積、林牧漁用水面積等用水狀況數(shù)據(jù)來源于2003～2013年《甘肅省水資源公報》，GDP、城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入、恩格爾系數(shù)等經(jīng)濟狀況數(shù)據(jù)和二氧化硫排放強度、COD排放強度、PM10等環(huán)境狀況數(shù)據(jù)來源于2003～2013年《甘肅省統(tǒng)計年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 飲用水現(xiàn)狀評價方法。

評價指標的篩選用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA），各指標權(quán)重的確定用層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）[15-16]，數(shù)據(jù)標準化和綜合得分計算公式如下：

3 結(jié)果與分析

飲用水的安全是各個方面因素綜合的結(jié)果表現(xiàn)，并不是單一方面的影響。根據(jù)甘肅省實際情況，從用水狀況、經(jīng)濟狀況、環(huán)境狀況3個方面分析影響因素（表1）。

3.1 缺失數(shù)據(jù)處理方法

運用灰色模型對缺失數(shù)據(jù)通過Matlab軟件擬合，得到擬合方程（表2），水源地水質(zhì)等級和水源地管理體制等定性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為定量分值。

3.2 評價指標體系構(gòu)建

利用Matlab軟件對表1涉及的因素進行主成分分析，計算相關(guān)系數(shù)矩陣的前幾個特征根及其貢獻率；通過問卷調(diào)查和咨詢專家的方法，運用AHP法確定權(quán)重及關(guān)聯(lián)度（表3）。

由表3可知，城市飲用水的影響指標依次是供水用水指標、環(huán)境影響指標和經(jīng)濟社會指標。經(jīng)濟社會指標包括4個指標，其中城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入和城市用水普及率對城市飲用水的影響相對大于主城區(qū)人口密度和恩格爾系數(shù)；供水用水指標包括5個指標，其中居民生活用水量、地下水源供水量、地表水源供水量對城市飲用水的影響相對大于地下水開采凈消耗量和枯水期來水量保證率；環(huán)境影響指標包括7個指標，對城市飲用水的影響結(jié)果基本一致。關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果表明影響城市飲用水的主要指標依次為主城區(qū)人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質(zhì)合格率和水源地水質(zhì)等級。

3.3 綜合評價結(jié)果

對初始數(shù)據(jù)用公式（1）進行去量綱后，利用公式（2）計算綜合得分，得到各個年份的綜合得分（圖1）。

從圖1可知，研究時段內(nèi)經(jīng)濟社會指標、環(huán)境影響指標、總體評價結(jié)果均呈上升趨勢，供水用水指標呈下降趨勢。經(jīng)濟社會指標從2003年的-0.09上升至2013年的1.03，變化趨勢顯著，主要是由于城市居民年人均可支配收入和城市用水普及率分別從2003年的6 878.32元、84.7%提高到2013年的18 964.78元、95.0%，主城區(qū)人口密度也下降了37.5%；環(huán)境影響指標從2003年的-0.061上升到2013年的0.660，變化趨勢明顯，主要是由于隨著國家對環(huán)境的重視，環(huán)境影響評價指標均有不同程度的提高，2008年最低是由于該年度工業(yè)用水排放達標率有所下降；供水用水指標從2003年的0.24下降到2013年的-0.15，下降幅度明顯，主要是由于居民生活用水量、地表水源供水量大幅度增加，枯水期來水量保證率變化?。豢傮w評價結(jié)果從2003年的-0.21上升至2013年的0.47，上升幅度顯著，經(jīng)調(diào)查與實際情況吻合，說明城市飲用水發(fā)展勢態(tài)較好。

4 結(jié)語

對城市飲用水安全狀況進行全面合理評價，是制定城市飲用水安全保障對策措施的依據(jù)，也是相關(guān)規(guī)劃措施布局的重要基礎(chǔ)。運用專家咨詢法、層次分析法和主成分分析法構(gòu)建的甘肅省城市飲用水評價指標體系，涉及經(jīng)濟社會、供水用水和環(huán)境影響3個方面，共計16個指標。測算結(jié)果表明：

甘肅省城市飲用水安全狀況總體呈良性發(fā)展，基本符合實際情況；影響城市飲用水的主要指標依次為主城區(qū)人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質(zhì)合格率和水源地水質(zhì)等級，在進行城市飲用水安全保障工作時應(yīng)加強該方面的分析，以期為城市飲用水安全工作建立良好基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]龐子淵.我國城市飲用水安全保障法律制度研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014：1-2.

[2]ZHANG X，CHEN C，LIN P，et al.Emergency drinking water treatment during source water pollution accidents in China：Origin analysis，framework and technologies[J].Environmental science & technology，2010，45（1）：161-167.

[3]譚靜.可持續(xù)的人口集聚[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2012.

[4]孫宏亮，李璐，張濤，等.我國飲用水安全保障現(xiàn)狀與對策分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015（5）：23-25.

[5]劉博.城鎮(zhèn)地下水水源地安全評價方法及應(yīng)用[D].長春：吉林大學(xué)，2015：1-2.

[6]袁永強，付佳，程全國.基于組合權(quán)重的模糊數(shù)學(xué)法對水質(zhì)的評價[J].數(shù)學(xué)的實踐與認識，2015（16）：107-113.

[7]余若禎，穆玉峰，王海燕，等.排水綜合評價中的生物毒性測試技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)研究，2014（4）：390-397.

[8]王東紅，原盛廣，馬梅，等.飲用水中有毒污染物的篩查和健康風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007（12）：1937-1943.

[9]敬燕燕，秦娟，李潔，等.豐臺區(qū)農(nóng)村飲水安全工程水質(zhì)化學(xué)污染健康風(fēng)險評估[J].環(huán)境衛(wèi)生學(xué)雜志，2015（2）：111-115.

[10]俄有浩，嚴平，李文贊，等.中國內(nèi)陸干旱、半干旱區(qū)苦咸水分布特征[J].中國沙漠，2014（2）：565-573.

[11]伏苓.干旱半干旱地區(qū)農(nóng)村飲用水安全保障體系與工程措施研究[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[12]喬長錄.半干旱地區(qū)大型灌區(qū)水文生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與綜合評價研究[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[13]高存榮，劉文波，馮翠娥，等.干旱、半干旱地區(qū)高砷地下水形成機理研究：以中國內(nèi)蒙古河套平原為例[J].地學(xué)前緣，2014（4）：13-29.

[14]王社寧.甘肅省飲用水源污染現(xiàn)狀調(diào)查及防治對策[J].甘肅科技，2009，25（20）：42-44.

[15]伊元榮，海米提·依米提，王濤，等.主成分分析法在城市河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].干旱區(qū)研究，2008（4）：497-501.

[16]傅湘，紀昌明.區(qū)域水資源承載能力綜合評價：主成分分析法的應(yīng)用[J].長江流域資源與環(huán)境，1999（2）：168-173.

[17]翟軍，盛建明，馮英浚.MGM（1，n）灰色模型及應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，1997（5）：110-114.

[18]劉麗娜.灰色GM（1，1）模型的優(yōu)化及其應(yīng)用[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2014.

[19]張松濱.基于灰色關(guān)聯(lián)分析法的沿海港口與腹地相關(guān)性研究：以福建港口為例[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報（人文科學(xué)版），2014，31（5）：1-6.

[20]宋久鵬，董大偉，高國安.基于層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度的方案決策模型研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2002（4）：463-466.