红石峡水库水质污染评价

高春艳

(佳县水资源服务中心，陕西 佳县 719000)

榆林常年干旱，降水少蒸发强，地表径流匮乏，时空分布不均匀，生态脆弱，市区城镇需水量大，而各类用水工程能够提供的水量不能满足需要，而自然水资源根本无法满足需要。市区工农业用水的水源地上游分布着能源化工基地，工业污染较大且影响范围广，污染物严重威胁当地的水质安全。榆林市内水库、154处沟渠，榆林市北郊的红石峡水库每日供水3.6万 m3，占日总供水4.8万 m3的3/4，供水占比极高[1]。

榆林市对于日常用水的水质也提出了很高的要求。经过采取水库流域地下水7个样点以及地表水14个样点，采用层次法分析以及模糊综合评价法，分析了榆林红石峡上中下游水质的目前现状，对水健康现状及分析存在其危害风险性。

1 红石峡水库概况

红石峡水库是榆林修建最早的水库之一，承担着全市区近七成的供水量，建成以来为地方的经济发展和人民的健康生活提供了有力的供水保障。该水库修建于1958年，位于榆林城北4.5 km，地处榆阳区桥头村，榆溪河中游。自从红石峡水库建成以来，农业上多增加了灌溉面积达到6 000亩以上，每年能够为市区提供200万 t水，每年能够产生120万 kw的电力，这些从某种程度上极大地推动了榆林地区区域经济发展。随着人们生活质量的上升，对生活、工农业用水的水质提出了更高的要求，因此鉴于红石峡水库的重要性，对水库水质采用科学的方法进行评价，以保证进用水的安全性和质量有着非常重要的社会意义。因此对于榆溪河流域地下水和地表径流水作取样分析，并对其水质污染状况及其健康风险进行评价是实在必行。

2 水质与健康风险评价方法

2.1 程序

(1)将各特性差别评价指标归类为不同群组，有特定联系的分为一个群组，从不同角度分析得其结果[2]；

(2)比较构造各群组指标判断矩阵，进行群指标单排序及总排序[3，4]；

(3)矩阵计算特征向量及最大特征值，表征评价指标实测定值间的重要性；

(4)对评价指标权重进行排序，根据权重结果进行一致性的检验。

2.2 数据处理流程

(1)统一量纲：各指标含义不同，单位量纲也不同，需要统一其单位量纲，然后进行数学统计和分析，常用的量纲统一方法主要有线性及非线性2种。线性归一化用“极值化”、均值化、“中心化”等法进行无量纲化[5]。极值法归一化过程如下：

(1)

式中：xij为指标i的实测值；xb为法规调理标准值。

非线性归一化，依据不同范围测量值设定其范围，时期具有新的意义的归一化处理方法，经常用分段函数来表示。

(2)确定权重：单位统一量纲后的指标，在评价中起到的作用即贡献不同，因此要确定其权重系数，主要有超标法、专家打分法、标度法、首尾比率法、聚类权重法等常用的水质权重系数确定法。超标法计算权重如下：

Qi=xi/Ji

(2)

Ji=(ci1+ci2+…+ciA)/A

(3)

(4)

式中：Qi为指标i中实测值权重；A为指标i在标准中被分成的类别数；CiA为该类别下浓度参考值；Qi为归一化处理后指标i的权重。

(3)判断矩阵的求解和检验

根据指标权重构造满足b>0、b1n×bn1=1、bnn=1的判断矩阵：

对向量矩阵最大特征值βmax进行一致性检验，假设结果A>B，B>C，A

(5)

式中：βmax为最大特征值；n为 检验数目；n-1为自由度

2.3 模糊评价法

完成一致性检验获得各评价指标的权重集A，A与实测值隶属函数集B经模糊计算求取最大隶属度，隶属值越大越吻合，可得综合评价结果。隶属函数常用的分布形式有6种，即矩形、半梯形、抛物线、正态性、哥西和岭形分布[7]。

模糊计算方式多种，如F1模型(取大取小模型)，F2模型(相加取小模型)，F3模型(相乘取大模型)以及F4模型(相乘相加模型)[8]。

通常四种模型结果相差不大，但尽量取较大结果，如果：F1=F2=F3=0≠F4=0.24，此种情况应该主要遵循相乘相加模型F4。

3 红石峡水库水质污染评价

为保证采集的样品具有代表性，采样点均匀分布，在上游的支流入口、供水设备站，中、下游的支流入口选取水质取样点21个(14个地面水和7个地下水)。H1-H14为地面水，J1-J7为地下水。

地面水H1-H14、地下水J1-J7取样，对9类指标：砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr+6)、铅(Pb)、挥发酚、氨氮、氟化物、氰化物等进行判断分析。

3.1 地面水污染评价

根据地表水权重系数表1，将平均权重对应的按照大小结果进行排序：DO(含氧量)→氟化物→氨氮→铬→铅→氰化物→挥发酚→砷→镉→汞，分析可知：红石峡段地面水的主要成分是DO、其次氟化物和氨氮，但重金属、氰化物和酚类权污染甚微。DO值是衡量水质污染重要指标，含量越高有机物污染较小，富营养化程度越低，但其余污染指标的浓度高低与污染程度呈正比。

表1 地面水权重系数

3.2 地下水污染评价

根据表2，将各个评价指标权重系数平均值排序，镉(Cd)→挥发酚→汞(Hg)→铅(Pb)→铬(Cr6+)→氟化物→氨氮→氰化物→砷(As)，由此可知：红石峡地下水中对水质影响的主要污染物为镉(Cd)、挥发酚和汞(Hg)，说明其受到重金属和酚类毒物的污染较其他指标要大。

表2 地下水权重

4 结语

榆林市水资源短缺且分布不均，生态环境脆弱，供水量严重不足。全市3/4水量来自红石峡水库。通过红石峡水库选取的7个地下水和14个地面水样点，利用层次分析结合模糊综合评价法分析了研究区水质现状。上游工厂众多，水质较差；中游污染源较少，水质良好，下游以村庄城区面源污染严重。经过计算分析，得出下面几点结论：

(1)污染水库地下水主要污染成分为汞、挥发酚和镉；污染地面水主要成分是水中氧气的溶解量(DO)，次为氟化物及氨氮，而重金属离子影响甚微。综合评价地下水水质Ⅰ～Ⅱ级间，这说明地下水质比较好，地面水水质多为Ⅱ至Ⅲ级，由于上游受化工厂和下游受市区排污影响，局部水质级别降至Ⅳ至Ⅴ级。

(2)经分析发现红石峡库区各污染物对人类健康的风险率由大到小以此为：砷→镉→铬→氟化物→铅→汞→氨氮→氰化物→挥发酚。容易导致人类健康风险的致癌物质主要为地面地下水中的砷、铬元素，分析发现库区水质对影响着人体健康。根据榆林市政供水资料，供水水质中致癌物铬的风险率较高，高于库区天然水体铬含量值，这说明致癌物质铬离子来自于化工厂和市区生活及工业废水的排放，且自世纪之交的2000年以来未有改进；非致癌物质汞从09-12年下降迅速，但近年又有上升趋势，表明由于随着用水需求的增加在输水过程中增加了铬和汞的污染，但是其它污染物对于致癌的风险却比较小。

(3)以库区为中心的水域划分为上游-中游-下游，其水质相应具有相对差-良好-较差规律。其原因为上游煤矿化工企业分布较多，工业废水、废气及废渣未完全处理达标就排放进入水体自然循环有关；水域中游为库区，污染源少，加上为保证水质进行隔离拦挡及净化设施的设立；下游接受城区村镇排污，造成水质严重污染，影响下游居民的生产生活水质。

现代化进程，人类聚居和工农业发展都是临近水源，而排污造成水质污染又影响限制着发展进程，凡事有利必有弊有弊，如何化解这种矛盾，通过加强流域水质管理和污水处理达标后排放，以保证正常的水质要求，减少水质对人体健康的危害势在必行。