三水區(qū)農(nóng)村供水水質(zhì)普查及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

摘 要：為保障農(nóng)村供水水質(zhì)安全，本文對(duì)三水區(qū)直供水區(qū)域農(nóng)村管網(wǎng)的終端及水質(zhì)不利點(diǎn)進(jìn)行了水質(zhì)普查，根據(jù)不達(dá)標(biāo)管網(wǎng)點(diǎn)相關(guān)資料分析，對(duì)普遍存在渾濁度和游離氯的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問題，基于模糊綜合評(píng)價(jià)法，建立了農(nóng)村供水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，從而得到農(nóng)村供水管網(wǎng)各管道水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，全面地掌握整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。量化評(píng)價(jià)各管道水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，提出加強(qiáng)農(nóng)村水質(zhì)日常監(jiān)測，加快農(nóng)村舊供水管網(wǎng)的更新改造以及采取提高水質(zhì)穩(wěn)定性的必要措施。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村水質(zhì)普查；水質(zhì)原因分析；模糊綜合評(píng)價(jià)；水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；水質(zhì)管理

中圖分類號(hào)：X 24" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 農(nóng)村供水水質(zhì)普查概況

1.1 水質(zhì)普查區(qū)域

佛山市三水區(qū)現(xiàn)轄下有西南街道、云東海街道、白坭鎮(zhèn)、樂平鎮(zhèn)、蘆苞鎮(zhèn)、大塘鎮(zhèn)、南山鎮(zhèn)7鎮(zhèn)（街道）。共22個(gè)社區(qū)居委會(huì)，48個(gè)村委會(huì)，768條自然村。通過早期的兩次農(nóng)村改水任務(wù)，三水區(qū)自然村已實(shí)現(xiàn)27.55萬農(nóng)村人口的集中供水全覆蓋目標(biāo)。其中764條已全部接通市政供水管網(wǎng)，4條已通過加裝小型膜處理凈水設(shè)施實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量供水，納入城鄉(xiāng)供水一體化服務(wù)范圍，覆蓋比例高達(dá)99.8%。全域的11萬農(nóng)村用戶，其中9萬戶已實(shí)現(xiàn)抄表到戶，覆蓋比例為81.8%。

本次水質(zhì)普查的范圍是供水公司直供水區(qū)域，農(nóng)村管網(wǎng)的終端及水質(zhì)不利點(diǎn)，包括水質(zhì)投訴多發(fā)片區(qū)、管網(wǎng)壓力不足片區(qū)、管網(wǎng)末梢點(diǎn)等，共采集255個(gè)自然村水樣，分布在6個(gè)鎮(zhèn)、街道，其中西南街道111個(gè)、云東海街道36個(gè)、樂平鎮(zhèn)64個(gè)、白坭鎮(zhèn)25個(gè)、南山鎮(zhèn)15個(gè)、蘆苞鎮(zhèn)4個(gè)。

1.2 水質(zhì)檢測項(xiàng)目

本次水質(zhì)普查水樣檢測項(xiàng)目共29項(xiàng)，按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022）要求分類：微生物指標(biāo)4項(xiàng)（總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌、菌落總數(shù)）、毒理指標(biāo)8項(xiàng)（砷、鎘、鉻、鉛、汞、硒、氟化物、硝酸鹽）、感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)13項(xiàng)（色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見物、pH、鋁、鐵、錳、銅、鋅、氯化物、硫酸鹽、耗氧量）、消毒劑常規(guī)指標(biāo)1項(xiàng)（總氯或余氯）、非常規(guī)指標(biāo)2項(xiàng)（氨氮、三鹵甲烷）、參考指標(biāo)1項(xiàng)（亞硝酸鹽氮）。

1.3 水質(zhì)普查結(jié)果

本次普查村鎮(zhèn)總管不利點(diǎn)和管網(wǎng)末梢點(diǎn)共255個(gè)，檢測項(xiàng)目29個(gè)，其中有33個(gè)普查管網(wǎng)點(diǎn)，個(gè)別項(xiàng)目水質(zhì)指標(biāo)超出國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022），合格率為87.1%（計(jì)算公式：合格點(diǎn)數(shù)/取樣點(diǎn)數(shù)×100%），水質(zhì)總體檢驗(yàn)項(xiàng)目合格率為99.6%（計(jì)算公式：合格項(xiàng)數(shù)/總檢驗(yàn)項(xiàng)數(shù)×100%），其中水質(zhì)不達(dá)標(biāo)管網(wǎng)點(diǎn)的超標(biāo)項(xiàng)目主要為渾濁度、余氯、鋅和鐵。主要分布在農(nóng)村區(qū)域，尤其街道城區(qū)周邊的農(nóng)村管網(wǎng)及鎮(zhèn)周邊的農(nóng)村管網(wǎng)水質(zhì)異常點(diǎn)較多。

2 管網(wǎng)點(diǎn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)原因分析

2.1 渾濁度不達(dá)標(biāo)原因

在渾濁度不達(dá)標(biāo)管網(wǎng)點(diǎn)中，管材為鍍鋅管和鋼管占92.9%，PE管僅占7.1%，且管齡近10年及以上的占50.0%，鍍鋅管和鋼管使用時(shí)間長內(nèi)壁容易出現(xiàn)腐蝕，結(jié)垢增加，一旦水流方向改變或者流速突然改變，就會(huì)把管道內(nèi)的結(jié)垢、鐵銹沖刷出來，引起水黃、水濁，使渾濁度不達(dá)標(biāo)。水齡長（超出24h）是引起渾濁度超標(biāo)的原因之一，水在配水管及戶內(nèi)管內(nèi)停留時(shí)間長，大部分時(shí)間處于停滯狀態(tài)，因此微生物隨機(jī)碰撞后會(huì)黏附并增加，從而導(dǎo)致渾濁度超標(biāo)。

2.2 余氯不達(dá)標(biāo)原因

余氯不達(dá)標(biāo)管網(wǎng)點(diǎn)大部分位于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，管線較長，用水量少，余氯不達(dá)標(biāo)管網(wǎng)點(diǎn)水齡接近或超過24h的占78.9%。水齡長引起余氯衰減，從而導(dǎo)致余氯不達(dá)標(biāo)。不達(dá)標(biāo)的另外一個(gè)原因是鍍鋅管、鋼管使用時(shí)間長和管材質(zhì)量較差，使管道腐蝕、結(jié)垢，比較容易附著細(xì)菌膜消耗余氯，加速管內(nèi)余氯衰減[1]，導(dǎo)致村內(nèi)末端用戶水質(zhì)余氯不達(dá)標(biāo)。

2.3 鋅、鐵不達(dá)標(biāo)原因

鋅、鐵不達(dá)標(biāo)的管網(wǎng)點(diǎn)管材都為鍍鋅管，管內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕使金屬析出，導(dǎo)致管網(wǎng)水鋅、鐵不達(dá)標(biāo)。

2.4 管網(wǎng)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的影響因素

通過分析本次管網(wǎng)不利點(diǎn)水質(zhì)普查的水質(zhì)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，管網(wǎng)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)項(xiàng)目是感官性狀和一般化學(xué)指標(biāo)中的渾濁度、鐵、鋅和消毒劑常規(guī)指標(biāo)中的余氯，引起這些指標(biāo)不達(dá)標(biāo)的主要因素為鍍鋅管、鋼管使用時(shí)間較長，管內(nèi)出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢，導(dǎo)致渾濁度、鐵、鋅不達(dá)標(biāo)。管網(wǎng)水的流動(dòng)性差和水齡長會(huì)使余氯衰減，微生物隨機(jī)碰撞后發(fā)生黏附，導(dǎo)致余氯、渾濁度不達(dá)標(biāo)。

3 農(nóng)村供水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過水質(zhì)普查的分析可知，三水區(qū)農(nóng)村供水水質(zhì)受水廠出廠水質(zhì)、供水管網(wǎng)的管道材料（管材）、管道使用年齡（管齡）、管道水質(zhì)滯留時(shí)間（水齡）和管道水質(zhì)流速（流速）等影響。鑒于三水區(qū)水源是唯一地表水，出廠水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022），因此將以上影響因素簡化，不將水廠水源及出廠水質(zhì)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)?？紤]農(nóng)村建設(shè)格局的變化，會(huì)使供水管道水流流向經(jīng)常發(fā)生改變，劇烈的水力波動(dòng)會(huì)沖刷管道內(nèi)原有較穩(wěn)定的附著物，從而使管道內(nèi)的微粒隨著水流流向用戶，導(dǎo)致飲用水水質(zhì)超標(biāo)，出現(xiàn)水質(zhì)污染公共衛(wèi)生事件。因此須根據(jù)管材、管齡、水齡、流速和流向這5大因素設(shè)計(jì)農(nóng)村水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

3.2 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)集

為評(píng)估農(nóng)村供水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)其存在的風(fēng)險(xiǎn)大小，將農(nóng)村水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為采用的評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)，通常分為5級(jí)（輕微風(fēng)險(xiǎn)、較小風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、重大風(fēng)險(xiǎn)）。

3.3 構(gòu)建矩陣計(jì)算權(quán)重向量

對(duì)管材、管齡、水齡、流速和流向5個(gè)因素進(jìn)行比較，bij為兩因素相比的重要性，若因素i相對(duì)因素j為絕對(duì)重要，則bij為9，以此類推，設(shè)置重要性評(píng)價(jià)尺度見表2。

通過構(gòu)建比較判斷矩陣并采用方根法計(jì)算權(quán)重向量，計(jì)算各影響因素的權(quán)重向量Wi，如公式（1）所示。權(quán)重向量矩陣如公式（2）所示。其中一條村某管道的權(quán)重向量W計(jì)算結(jié)果見表3。

（1）

式中：Wi為因素i的權(quán)重向量；bij為因素i和因素j相比的重要性。

W=[w1，w2，w3，w4，w5]" " " "（2）

式中：W為權(quán)重向量；w1為管材的權(quán)重向量；w2為管齡的權(quán)重向量；w3為流速的權(quán)重向量；w4為水齡的權(quán)重向量；w5為流向的權(quán)重向量。

權(quán)重向量W=[0.375，0.073，0.215，0.215，0.121]

3.4 隸屬度確定方法

農(nóng)村水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)含有定性和定量的指標(biāo)，需要采用不同方法確定管材、管齡、水齡、流速和流向的評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特有屬性以及農(nóng)村供水的現(xiàn)狀，選用合理的隸屬度來確定每個(gè)指標(biāo)的等級(jí)區(qū)間。

3.4.1 定性指標(biāo)

管材屬于定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，常用有金屬管和非金屬管兩大類，其中金屬管包括鋼管，銅管，鑄鐵管等。非金屬管包括塑料管，復(fù)合管，鋼筋混凝土管，石棉水泥管等。不同管材的耐壓程度，水流阻力，耐腐蝕性等都不一樣，現(xiàn)場判斷管材定性指標(biāo)的上限值和下限值分別為1和0，等級(jí)設(shè)為{（0，0.2），（0.2，0.4），（0.4，0.6），（0.6，0.8），（0.8，1.0）}。

3.4.2 定量指標(biāo)

管齡、流速、水齡和流向?yàn)槎吭u(píng)價(jià)指標(biāo)。

隨著管齡的增加，金屬管道會(huì)腐蝕，塑料管道會(huì)老化，這些都對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)造成不同程度的影響。以年為單位，等級(jí)設(shè)為{（0，5），（5，10），（10，20），（20，30），（30，50）}。

當(dāng)管徑（100～400mm）時(shí)，農(nóng)村供水管網(wǎng)平均經(jīng)濟(jì)流速v=0.6m/s～0.9m/s。增加流速會(huì)沖刷供水管道內(nèi)壁，使附著物脫落，影響管道出水水質(zhì)，流速越大越可能沖刷出雜質(zhì)微粒等污染物，等級(jí)設(shè)為{（0，0.6），（0.6，0.9），（0.9，1.2），（1.2，1.5），（1.5，1.8）}。

隨著水滯留時(shí)間的延長，管道會(huì)慢慢釋放有害物質(zhì)，受到二次污染的可能性就越大。因此，水齡等級(jí)設(shè)為{（0，6），（6，12），（12，18），（18，27），（27，36）}。

農(nóng)村供水格局改變會(huì)導(dǎo)致供水流向發(fā)生變化，長期相對(duì)穩(wěn)定的水力條件下形成的管道內(nèi)壁附著物的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生破壞、脫落，并隨著水流析出，產(chǎn)生水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。供水流向改變的發(fā)生是非常短暫的，可以通過改變程度來表示，即選取一個(gè)流速數(shù)值統(tǒng)計(jì)樣本，該樣本中流向改變的次數(shù)占樣本總數(shù)的百分比[1]。流向等級(jí)設(shè)為{0，0，（0%，10%），（10%，20%），（20%，30%）}。

3.5 隸屬度計(jì)算過程

3.5.1 模糊統(tǒng)計(jì)法

可用模糊統(tǒng)計(jì)法計(jì)算農(nóng)村管網(wǎng)的流速和水齡2個(gè)因素。

評(píng)價(jià)指標(biāo)相當(dāng)于模糊集，各評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)mi，樣本總數(shù)對(duì)應(yīng)n次模糊統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，則模糊集合如下。

其中一條村某管道的流速和水齡隸屬度計(jì)算結(jié)果，見表4。

3.5.2 模糊分布法

管材、管齡、流向沒有可統(tǒng)計(jì)的樣本數(shù)據(jù)，因此不能采用模糊統(tǒng)計(jì)法計(jì)算這3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度，根據(jù)相關(guān)研究，可以采用模糊分布法來計(jì)算。根據(jù)管材、管齡、流向的實(shí)際值對(duì)應(yīng)的等級(jí)區(qū)間來推算，數(shù)值在中間的級(jí)別，規(guī)定落在區(qū)間中點(diǎn)的隸屬度為1.0，而落在區(qū)間兩側(cè)邊緣點(diǎn)的隸屬度為0.5，中間點(diǎn)向兩側(cè)按線形規(guī)律遞減。數(shù)值在最左和最右的兩側(cè)區(qū)間，規(guī)定距離臨界值越遠(yuǎn)，屬于兩側(cè)等級(jí)的隸屬度越大，在臨界值上屬于兩側(cè)等級(jí)的隸屬度均為0.5[1]。按上述設(shè)定，本次普查其中一條村的各評(píng)價(jià)等級(jí)相對(duì)隸屬函數(shù)計(jì)算，某管道量化值、管齡量化值和流向量化值分別為0.7、10和0。評(píng)價(jià)等級(jí)計(jì)算結(jié)果見表5。

3.6 模糊綜合評(píng)價(jià)

采用模糊合成算子的加權(quán)平均型，通過指標(biāo)層權(quán)重向量W1、W2、W3、W4、W5分別對(duì)其進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，結(jié)果如下。

[1，0，0，0，0]

[0.167，0.333，0.333，0.167，0]

[0.375，0.073，0.215，0.215，0.121]" "[0，0，0，1，0]

[0，0.5，0.5，0，0]

[0.5，0.5，0，0，0]

得出以下模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果集。

[0.311，0.169，0.108，0.411，0]

采用加權(quán)集對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)集進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出某管道水質(zhì)的總體評(píng)價(jià)結(jié)果。

1×0.311+2×0.169+3×0.108+4×0.411+5×0=2.62

4 農(nóng)村水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管理策略

供水企業(yè)通過三水區(qū)農(nóng)村管網(wǎng)水質(zhì)普查，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，管網(wǎng)維護(hù)及水質(zhì)監(jiān)測人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)每條村的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，積極主動(dòng)去監(jiān)控管網(wǎng)維護(hù)和水質(zhì)。若評(píng)價(jià)其中一條村某管道水質(zhì)的總體評(píng)價(jià)結(jié)果為2.62，則該村水質(zhì)可判斷為一般，應(yīng)加強(qiáng)水質(zhì)管理措施，避免被動(dòng)滯后，防止發(fā)生農(nóng)村水質(zhì)事件，保障居民飲水安全?；诒敬嗡|(zhì)普查風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，可制定水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)管理措施，見表6。

4.1 加強(qiáng)農(nóng)村水質(zhì)的日常管理

三水區(qū)供水管網(wǎng)長，較為分散，存有較多難以形成循環(huán)的管網(wǎng)末梢。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大于2的管道且不能通過管網(wǎng)改造改善水質(zhì)的不利點(diǎn)管網(wǎng)，建立完善的管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)管機(jī)制，制定年度末梢消防栓水的定期排放和不利點(diǎn)管網(wǎng)的定期排水等措施，周期性沖洗管道，提高管網(wǎng)水質(zhì)。

4.2 加快舊供水管網(wǎng)的更新改造

農(nóng)村村內(nèi)管道鋪設(shè)時(shí)間長，安裝標(biāo)準(zhǔn)不同，管網(wǎng)維護(hù)不完善，在村內(nèi)舊供水管網(wǎng)改造方面，三水區(qū)將躉售供水自然村管網(wǎng)優(yōu)化工程納入民生十件實(shí)事中，在村民自愿的前提下，對(duì)躉售供水的自然村的管網(wǎng)進(jìn)行改造，納入市政供水管理，由供水企業(yè)抄表到戶及對(duì)村內(nèi)管網(wǎng)管理維護(hù)。以進(jìn)一步改善農(nóng)村生活飲用水條件、提高供水質(zhì)量。

4.3 提高出廠水水質(zhì)的穩(wěn)定性

穩(wěn)定的出廠水水質(zhì)是村內(nèi)管網(wǎng)水質(zhì)的重要保障，通過降低出廠水渾濁度和出廠水的有機(jī)物含量，保持足夠的出廠水余氯，提高出廠水的生物穩(wěn)定性。截?cái)辔⑸锏哪芰縼碓?，提高出廠水的水質(zhì)及其化學(xué)和生物穩(wěn)定性，以改善管網(wǎng)水質(zhì)。

4.4 建立管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)

農(nóng)村給水管網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜、龐大且存在不同程度的老化，僅靠目前人工巡檢的方式，難以實(shí)時(shí)、全面地掌握整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的水質(zhì)變化，須根據(jù)三水區(qū)的農(nóng)村供水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)了解管網(wǎng)水質(zhì)狀況，預(yù)測水質(zhì)變化趨勢(shì)，因此供水公司建立供水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。

5 結(jié)論

通過完成三水區(qū)直供水區(qū)域農(nóng)村管網(wǎng)的水質(zhì)普查工作，基本掌握了管網(wǎng)點(diǎn)的水質(zhì)狀況，分析了管網(wǎng)點(diǎn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的原因，全面評(píng)估了已有的供水管網(wǎng)水質(zhì)，為供水管網(wǎng)的政策制定和技改等提供了依據(jù)。

結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，建立了農(nóng)村水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)體系，量化農(nóng)村水質(zhì)存在的風(fēng)險(xiǎn)狀況，優(yōu)化日常農(nóng)村管網(wǎng)取樣點(diǎn)，便于供水行業(yè)水質(zhì)維護(hù)人員進(jìn)行管網(wǎng)維護(hù)和水質(zhì)監(jiān)控，避免農(nóng)村水質(zhì)事件的發(fā)生。

運(yùn)用農(nóng)村水質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)體系，全面地掌握整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，提出加強(qiáng)農(nóng)村水質(zhì)日常監(jiān)測，加快農(nóng)村舊供水管網(wǎng)的更新改造以及提高水質(zhì)穩(wěn)定性的必要措施，積極推進(jìn)農(nóng)村供水設(shè)施建設(shè)，將躉售供水村內(nèi)管網(wǎng)全部納入市政供水管理，實(shí)現(xiàn)供水公司抄表到戶。以供水企業(yè)為依托，推進(jìn)城鄉(xiāng)供水統(tǒng)一運(yùn)維管理體系，提高運(yùn)行管理和技術(shù)服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)全區(qū)農(nóng)村供水與城鎮(zhèn)供水統(tǒng)一管理，進(jìn)一步改善農(nóng)村生活飲用水條件、提高供水質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]譚浩強(qiáng).城市供水管網(wǎng)鐵釋放特性及其風(fēng)險(xiǎn)管理[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

通信作者：何成（1985-）男，海南文昌人，化學(xué)工程師。主要研究方向?yàn)閮羲に嚭退|(zhì)檢測理論與技術(shù)。

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