山东农村饮用水水源地水质调查与评价

金 丽，郑 强，薛 雁，毕华军

(山东省水利科学研究院，山东 济南250013)

良好的饮用水水源水质是实现农村饮水安全的重要基础[1]。国外，在水源水质方面的研究较多，研究的工作一般是城市水资源与城镇经济相互作用和水源地保护[2－3]。国内在水源方面的研究主要是在城市地区[4]。但是，在农村饮用水方面的研究相对较少，没有形成一套完整的理论体系。而农村地区供水往往在资金、科研以及人才方面的投入相对薄弱，以至于农村饮水条件较差，水污染严重，并不断恶化，水质得不到保证。本文在充分研究各种水质分析方法的基础上，结合山东省农村饮水水源的特征，提出适合农村饮水水源的水质评价方法，并在具有代表性的胶东半岛青岛市、烟台市、威海市对农村饮水水源水质进行评价，以检验所提水质评价方法的科学性，研究山东省农村安全饮水水源的水质状况，为水资源规划和改善农村饮水安全提供科学依据和技术支撑。

1 农村水源地水质评价标准及方法

为了解水源地的污染情况，进行合理的水质评价是非常有必要的。这有利于水源地的保护工作，对农村饮水安全的提高也是有利的。到目前为止，还没有一种适合农村饮用水水质评价的方法，传统的评价方法很难反映出农村的真实情况，这对农村水源水质的保护来说是非常不利的。为此，本文对进行水质评价时，用到的评价方法进行比较，找出各自的优点、缺点及适用的范围，然后，充分考虑农村水源地实际情况，提出适合于山东省农村饮水水源的水质评价方法。

1.1 评价标准

研究区内有地下水和地表水两种水源。具体做法如下:

地表水水源地水质评价参照《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)。地下水水源地水质评价以《地下水质量标准》(GB/T14848－93)为依据。地表水水源水质评价不考虑N、P以及大肠杆菌。两种水源水质的评价都以III类标准值为评价标准。在枯水期和丰水期都对水质进行评价。

1.2 农村饮水水源地水质评价方法

1.2.1 农村饮水水源地水质评价依据准则

1)不同的污染因子对水质污染的影响程度不同，即评价应突出饮水安全这一要求，能判断出水体是否能达到饮水水源这一要求，对于不同因子应区别对待。

2)从评价结果能够看出水体的污染情况和造成水体污染的主要污染物，这样有利于提出合理的措施来保护水源地。

3)水质评价方法的选取应该考虑到当地的实际情况。由于农村地区技术落后，水质检测技术水平差，进而影响资料的连续性。在选择评价方法的时候应该考虑到这一点。

4)评价方法应该便于使用操作。

1.2.2 常用的水质评价方法比较分析

比较常用的水质评价方法有单因子法和综合评价法之分。单因子法的优点是能够直观的展示出主要的污染物。缺点是用污染最为严重的污染物所属级别来描述水体的污染情况以及所属的级别。它没有考虑到其它的污染物对水质好坏的影响，而且也没有考虑到不同污染物的权重问题。因而用此评价方法对水体进行评价得到的结果太片面。综合评价法常见的如综合污染指数法、AHP法、模糊数学评价法、人工神经网络评价法等[5－7]，下面主要对综合评价法进行对比分析。

1)综合污染指数法。使用综合污染指数法对水质进行评价，能够明确的展示出水体整体的污染情况，进而可以清楚的判断出水体能否饮用。但是使用该种方法不能让人清楚的了解到水中的主要污染物。此外，不同污染物权重的选取也是非常重要的。因为，权重的选取直接影响到结果的准确与否。

2)模糊数学法、AHP法。这两种方法的优点在于评价过程中考虑到了因素的不确定性。这就使评价的结果能够更好的贴近实际情况，结果更为合理。但是，这两种方法也存在着不好的地方，比方说两种方法的计算都非常的繁琐;还有就是评价过程中，对于权重的选择带有很大的人为的因素，这可能影响评价结果的准确性。

3)人工神经网络法(ANN)。由于该种方法克服了模糊数学法和AHP法选取的权重带有很大人为因素的缺点，所以使用ANN法进行评价所得的结果更加客观和准确。由于评价过程中，权重的选择是基于网络对水质标准的学习，因此ANN法需要大量的水质监测资料。由于农村地区，在水质监测方面的资金、人才和技术的投入较少，因此，农村的水质监测水平较差，资料的连续性较差，进而导致ANN法难以在农村地区得到应用。

总之，根据农村供水及水源地保护的实际状况，单独采用一种评价方法很难达到预期的评价效果。鉴于以上分析，本文采用单指标和综合指标相结合的方法来对水质进行评价。这样既可以通过单因子法直观地判断主要污染物，同时还能能够明确的展示出水体整体的污染情况，进而可以清楚的判断出水体能否饮用。这样可以弥补这两种方法单独使用时的缺点。

1.2.3 地表水饮用水源水质评价

采用单项指标与综合指标相结合的水源地水质评价方法。评价的结果应能展示出水体的污染情况及能否满足要求、主要的污染物以及污染物的超标程度。单因子评价以地表水III类水为评价的基准;综合评价参照表1，以表1为评价的标准。根据监测到的各种污染物的浓度，按以下公式计算取各项目的水质评分值:

式中:SC(i)为第i个污染物的浓度;SC(i)1ow为第i个污染物所属类别相应区间的最小值;SC(i)hig为第i个污染物所属类别相应区间的最大值;SWGI(i)low为第i个污染物所属类别相应区间最小值所对的评分值;SWGI(i)hig为第i个污染物所属类别相应区间最大值所对的评分值;SWGI(i)为第i个污染物所属类别所对的评分值。

水质综合评分值计算如下式:

SWGI=MAX(SWGI(i))

或采用加权平均公式计算综合评价分值:

SWGI=AVERAGE(Wi×SWGI(i))

其中Wi为第i个指标的权重。

表1 水质类别与评分值对应表

主要污染物的确定原则:对于评价时段内，水源水质的评价结果为优或者是良好等级的不进行主要污染物的选择;而在评价时段内，水源水质的评价结果显示出水质已超过所规定的评价标准，则根据污染物的超标倍数的大小，选取三项最大的作为主要的污染物。

1.2.4 地下饮用水水源地水质评价

采用单项指标与综合指标相结合的水源地水质评价方法。参照地表水水源地水质评价方法进行评价。评价的结果也应该包括水体的污染情况及能否满足要求、主要的污染物以及污染物的超标程度。

2 典型区农村饮水水源地水质评价

本研究选定了胶东半岛青岛市、烟台市、威海市三个市为典型区，并对其主要水源地水质状况进行评价分析。

2.1 调查对象、项目及时间

对胶东地区的地下水和地表水两种类型的水源地进行调查。共调研农村水源地水质测点249处。青岛农村地区调查水源地124处，其中有81处地下水的，类型有深井、浅井和泉水，数量分别为55口、25口和1处;有43处地表水的，类型有河流、坑塘和水库，数量分别为6处、1处和36处。烟台农村地区调查水源地总共103处，其中有95处地下水的，包括60口深井、35口浅井;地表水的8处，类型有河流和水库，数量分别为2处和6处。威海农村地区调查水源地22处，其中地下水的14处，类型有深井、浅井和泉水，数量分别为11口、3口和1处;地表水的8处，类型包括坑塘和水库，其数量分贝为1处和7处。烟台、威海和青岛各区的样本组成、水源类型及样本组成如图1～3所示。

图1 抽样胶东地区农村集中式水源地分布

目前农村地区水源检测条件有限，本研究依据区域实际情况并对照评价标准选取以下饮用水源地的监测项目:总大肠菌群(MPN/100mL或 CFU/100mL)、细菌总数、氟化物(mg/L)、硝酸盐(以N计，mg/L)、色度(铂钴色度单位)、浑浊度(NTU － 散射浊度单位)、pH、铁(mg/L)、锰(mg/L)、氯化物(mg/L)、硫酸盐(mg/L)、溶解性总固体(mg/L)、总硬度(以 CaCO3计，mg/L)、耗氧量(COD Mn法，以 O2计，mg/L)及氨氮(mg/L)共14项。水源地调查与监测时间为2013年丰枯两个时段。

2.2 青岛、烟台及威海农村饮水水源地水质评价

根据上节提出的单项指标与综合指标相结合的水源地水质评价方法，依据检测水质数据对枯水期及丰水期水源地水质状况进行评价，评价结果表明249个水源地测点的水样中，能够满足要求的共有121个，所占到的比例为48%;不能满足要求的共有128个，所占到的比例为52%。超标水质指标项目主要为硝酸盐、大肠肝菌、总硬度、氨氮等超标。如图4所示。

图2 抽样胶东地区水源地类型状况

图3 胶东地区地下水水质状况调查抽样样本组成状况

图4 抽样胶东地区地下饮用水水源地水质指标超标情况(枯水期)

依据综合评价，抽样调查的地下水水样中能够满足Ⅱ类水标准的水样3个，所占的比例为1%;能够满足Ⅲ类水标准的水样118个，所占比例为47%;属于Ⅳ类水类别的水样79个，所占的比例是32%;属于Ⅴ类及以下标准的水样占49个，所占的比例是20%。水质情况如图5所示。从评价结果上看，青岛、烟台及威海三市的农村饮水水源地水质状况不容乐观。根据污染物的类型可初步判断出造成水源污染的主要原因是农业面源污染、生活污水排放及背景值的影响。

如果采用算数平均的评价方法计算，可以得到结果都为Ⅲ类及以上。可见该方法评价结果反映的是一个综合平衡后的结果，过滤掉了某些单项指标超标的影响，因此评价结果偏于安全，评价结果可以作为上文方法的参考。

同样，依据相关检测数据对典型区水源地丰水期水质进行评价，结果如图6所示。满足Ⅲ类水标准的水样占124个，所占的比例是50%;属于Ⅳ类水类别的水样是80个，所占的比例是32%;Ⅴ类及以下水源45个，所占到的比例是18%。从上面可以看出，在丰水期的时候，水源水质得到一点提升，但是和枯水期相比，相差不大。

图5 胶东地区农村饮水水源水质分类情况统计图(枯水期)

图6 胶东地区农村饮水水源水质分类情况统计图(丰水期)

3 结语

综合分析了各种水质评价方法的优缺点及适用范围，并结合农村饮水水源特征，提出了综合运用单分子评价法和综合污染指数法的水质评价方法，并运用该方法对青岛、烟台及威海三市的农村饮水水源水质进行了评价，评价结果表明该方法应用于农村饮水水源水质评价切实可行;从评价结果上看，青岛、烟台及威海三市的农村饮水水源地水质状况不容乐观，水质达标在50%以下。超标的主要污染物有硝酸盐、大肠肝菌、总硬度、氨氮等。根据污染物的类型可初步判断出造成水源污染的主要原因是农业面源污染、生活污水排放及背景值的影响。

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