大伙房水庫水質(zhì)及水源地安全評價研究

劉 放

（遼寧省撫順縣水務局，遼寧 撫順 113006）

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，帶來了大量的生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)污染源，對水環(huán)境和水源地造成潛在污染威脅[1，2]。因此，做好水源地安全評價工作對水污染治理具有重要意義。國內(nèi)水源地評價工作側重點在于對水環(huán)境質(zhì)量的評價，郭亮等[3]基于灰色理論研究了黑龍江水質(zhì)污染狀況，表明該模型只能在短期預測水質(zhì)，無法實現(xiàn)水質(zhì)的長期監(jiān)控；魏智寬等[4]利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡法研究了松花江的水安全預警，該預測模型具有一定的預測效果，但是存在一定的偏差。本文基于模糊綜合評價法，對大伙房水庫水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算，得到監(jiān)測面的水質(zhì)級別及水庫的安全等級，該研究為水源地采取相應的保護對策與水庫安全建設提供理論依據(jù)。

1 工程概況及評價方法

1.1 工程概況

大伙房水庫是我國第一座自行設計、施工的大型水利工程，也是建國后第二座以防洪、農(nóng)業(yè)灌溉與城市供水為主，旅游、發(fā)電為輔的大型水利樞紐工程。大伙房水庫是國內(nèi)九大水源地之一，提供遼寧省南部與中部的營口、鞍山、沈陽、遼陽、撫順、盤錦、大連7座城市將近3000萬人水源供給。水庫流域控制面積5437km2，流域主要分布在撫順、清原與新賓三個縣城之中，接納來自杜河、蘇子河與渾河的地表水。水庫流域大陸氣候明顯，春夏兩季多西南風，年平均氣溫在4～6℃之間；年平均徑流深305mm，年平均降雨量798mm；平均含沙量0.538kg/m3；土質(zhì)為混合石灰?guī)r和花崗巖，水土流失較嚴重。

1.2 評價方法

采用模糊綜合評價法對水體質(zhì)量現(xiàn)狀進行綜合評價。

1.2.1 確定各項指標對水質(zhì)級別的隸屬函數(shù)

各個指標隸屬于某種評價級別的概率稱作隸屬度。將水質(zhì)分為Ⅰ-Ⅴ5種級別，并建立水質(zhì)評價因子對應的級別隸屬函數(shù)[5]：

Ⅰ級水隸屬函數(shù)：

Ⅱ-Ⅳ級水隸屬函數(shù)：

Ⅴ級水隸屬函數(shù)：

式中Ci為第i項評價因子濃度實測值；Sj+1，Sj，Sj-1為該評價因子第j+1類、第j類和第j-1類水質(zhì)的標準值。

1.2.2 指標權重的確定

指標權重表示指標在評價系統(tǒng)中的重要程度。不同水質(zhì)指標在水污染中的作用程度不僅與水中各指標的允許濃度標準有關，而且與實際數(shù)據(jù)大小相關，計算公式如下：

式中Si為監(jiān)測指標的平均值；Ci為第i項指標的實測濃度。

1.2.3 模糊矩陣復合運算

根據(jù)判斷矩陣與指標權重，計算得到各指標的隸屬，計算公式如下：

當最大隸屬度原則不合適時，通過級別特征值判定水質(zhì)級別。

2 大伙房水庫水質(zhì)評價

為了全面綜合地分析水源地安全狀況，選用數(shù)據(jù)資料收集全面的2016年數(shù)據(jù)對水質(zhì)類別及富營養(yǎng)化類別等指標進行評價。

2.1 監(jiān)測斷面布設

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測的相關規(guī)范要求，大伙房水庫共設立7個斷面，包括出庫口1個斷面、庫區(qū)3個斷面和入庫口3個斷面，分別對每個月的樣本進行采集，采樣斷面布設如表1。

表1 采樣斷面布設

2.2 水質(zhì)監(jiān)測指標

大伙房水庫水質(zhì)主要監(jiān)測指標分別為總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量和溶解氧，各項指標分析標準如表2。

表2 主要監(jiān)測指標及分析標準

2.3 水質(zhì)評價

大伙房水庫2016年各斷面水質(zhì)監(jiān)測年平均值，如表3。

表3 水庫斷面主要評價指標監(jiān)測值

將表3中的監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入相應的隸屬函數(shù)公式進行計算，按照模糊綜合評價法步驟進行計算，水質(zhì)評價結果如表4?？梢园l(fā)現(xiàn)，7個斷面中撫順取水口 （出庫）、渾37（庫中）與渾7（庫前）的水質(zhì)級別為Ⅱ級，渾73（庫尾）與臺溝（杜河）的水質(zhì)級別為Ⅲ級，水質(zhì)級別較好，需要保護和治理水源地以達到飲水安全要求；古樓（蘇子河）與北雜木（渾河）的水質(zhì)級別為Ⅳ級，水質(zhì)級別較差，這可能是由于生活污水、生產(chǎn)、農(nóng)藥、化肥等造成的非點源污染影響了水庫水質(zhì)，需要一定的治理措施來改善水質(zhì)，使其達到飲水安全的要求。

表4 水質(zhì)評價結果

3 大伙房水庫水源地安全評價

3.1 指標體系結構

根據(jù)指標體系構建的科學性、層次性與整體性原則，結合大伙房水庫的實際情況，將指標體系分為目標層、準則層和指標層3個層次，具體分類如圖1。

圖1 大伙房水庫安全評價指標體系框架

3.2 評價指標權重及隸屬度的確定

評價指標權重通過AHP法進行確定。首先根據(jù)評價指標體系建立判斷矩陣，然后計算得到判斷矩陣的最大特征值，并且進行矩陣的一致性檢驗，最后進行各項指標的權重計算。計算結果如表5。

表5 大伙房水庫安全評價體系各指標權重值

工程安全中取水設施運行情況與防洪安全的級別都為Ⅰ級，根據(jù)相關專家意見隸屬度為（1，0，0，0，0）；生態(tài)安全的隸屬度由實際水土治理情況與水主流失治理率安全標準等級對照來確定；根據(jù)實際情況與相關資料，通過與2011年水量對比得到水量安全隸屬度；水質(zhì)安全隸屬度分別通過水質(zhì)等級隸屬度、水質(zhì)富營養(yǎng)化程度隸屬度與水源地供水水質(zhì)保護與綜合治理狀況3個方面并通過專家審核來確定；管理體系達標建設根據(jù)水源地資金管理、水源地保護技術管理、水源地保護組織管理與水源地保護相關法律法規(guī)4個方面進行隸屬度的確定；安全監(jiān)控體系達標建設通過應急監(jiān)測能力、水源地信息管理、水源地監(jiān)測機制、水源地監(jiān)測設施、水源地監(jiān)控機制與水源地監(jiān)控設施6個方面進行隸屬度確定。根據(jù)得到的評價指標的隸屬度，進行模糊綜合評價計算得出各準則層隸屬度，結果如表6。

表6 準則層隸屬度匯總

3.3 評價結果與分析

根據(jù)各準則層的隸屬度行模糊綜合評價計算，得到大伙房水庫總體安全隸屬度及安全等級，分別如表7，表8。

表7 安全等級隸屬度

表8 各準則層及總體的安全等級

可知，安全監(jiān)控系統(tǒng)與生態(tài)安全處于“低”水平；安全管理與水量安全處于“中”水平；水質(zhì)安全處于“高”水平；工程安全處于“極高”水平；總體等級處于“中”水平與前兩者有直接關系。由此表明，長期的采礦、采砂與水土資源的不合理利用導致水源地流域的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，影響了大伙房水庫水源地的整體安全。安全監(jiān)控體系等級較低，究其原因：監(jiān)控體制不健全，不能實現(xiàn)全天實時實地自動監(jiān)控；監(jiān)控設備及監(jiān)測設施落后，無法做到對取水口與水質(zhì)進行高頻率、高效率的監(jiān)測。

因此，綜合評價大伙房水源地安全等級屬于中等級別，應該采取種植樹木、保持叢林進行生態(tài)養(yǎng)護，健全水質(zhì)監(jiān)測體制，安裝先進的監(jiān)測儀器與監(jiān)控設備，加強監(jiān)測能力建設等措施來改善改善伙房水庫水源地的安全現(xiàn)狀。

4 結語

通過布設7個監(jiān)測斷面對大伙房水庫水源地2016年總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量和溶解氧等指標進行監(jiān)控，并根據(jù)安全評價指標體系框架對大伙房水庫水源地進行安全評價，得出以下結論：

（1）撫順取水口、渾37與渾7的水質(zhì)級別為Ⅱ級，渾73與臺溝的水質(zhì)級別為Ⅲ級，水質(zhì)級別較好，古樓（蘇子河）與北雜木（渾河）的水質(zhì)級別為Ⅳ級，水質(zhì)級別較差，需采取治理措施來改善水質(zhì)，使其達到飲水安全的要求。

（2）安全監(jiān)控系統(tǒng)與生態(tài)安全處于“低”水平，安全管理與水量安全處于“中”水平，由此表明，長期的采礦、采砂與水土資源的不合理利用導致水源流域的生態(tài)環(huán)境遭到破壞，影響了大伙房水庫水源地的整體安全。

（3）安全管理與水量安全處于“中”水平，安全監(jiān)控體系等級低，原因包括兩方面，其中一方面監(jiān)控體制不健全，不能實現(xiàn)全天實時實地自動監(jiān)控；另一方面由于監(jiān)控設備落后，監(jiān)測設施不先進，無法做到對取水口與水質(zhì)進行高頻率、高效率的監(jiān)測。

[1]侯新，王凱.重慶市城市飲用水水源地管理措施探討[J].水利建設與管理，2011，31（11）：66-69.

[2]戴凌全，李華，陳小燕.水庫水溫結構及其對庫區(qū)水質(zhì)影響研究[J].紅水河，2010，29（5）：30-35.

[3]郭亮，王鵬，趙英.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的松花江四方臺水質(zhì)預測[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，41（6）：62-66.

[4]魏智寬，蔣世云，李少旦.灰色理論在龍江突發(fā)鎘污染水質(zhì)預測中的應用 [J]. 水資源與水工程學報，2013，24（3）：135-137，141.

[5]李大海，徐振宇.桃林口水庫水質(zhì)變化趨勢分析[J].水科學與工程技術，2014（4）：79-81.