村镇饮用水水源地安全评价指标体系研究.docx

村镇饮用水水源地安全评价指标体系研究珮，谢崇宝，张国华，刘增进王（华北水利水电大学，郑州 ；中国灌溉排水发展中心，北京 ）摘 要：目前有关村镇饮用水水源地 安 全 评 价 指 标 体 系 的 研 究 较 少，在 分 析 村 镇 饮 用 水 源 地 安 全 评 价 需 求 的 基 础上，首先 阐述了指标体系的 个构建原则，提出指标的选取过程分为筛选和优化两个阶段，并介绍了 种优化方法；然后 以村镇饮用水水源地安全内 涵为基础，构建由目标层、准则层、指标层这 个层次 组成的通用的指标体系框架；最后通过 研究窖池水、河流水、湖库水、地下 水这 类水源地的特征及相应的水质共性指标，并在此基础上根据各 行业的污染特征 提出了个性指标，构建了较为完善的村镇饮用水源地安全评价指标体系，使得村镇饮用水源地安全评价过程和结果更系 统更科学。关键词：指标体系；村镇饮用水水源地；水源地类型；饮水安全评价中图分类号：文献标识码： ， ， ， ，（，；，） ： ， ， ， ， ：；性和区别，在构建通用指标体系的基础上针对不同水源类型提出针对性特征指标，形成综合的指标体系。 这为科学系统的评 价水源地安全提供了理论基础，为今后村镇饮用水水源地安全 评价研究开辟了新途径。引言目前关于村镇饮用水水源地安全评价以水质评价为主，且大多依靠经验来选取仅能反映该水源地安全状况的指标。 现 有研究成果看来，尚未形成适用于多种水源类型的综合的水源 地安全评价指标体 系。 虽然部分评价指标参照水质标准也有 地表水和地下水之分，但水源地类型仅到这个层次还不够。 国 内公认的村镇饮用水水源地类型一般分为窖池水、河 流 水、湖 库水、地下水，笔者认为，应该分析总结这 种类型水源地的共指标体系的构建原则鉴于村镇饮用水水源地安全的内涵由充足稳定的水量、达标的水质、友好的环 境、完善的制度和可靠的保障这五方面 构成。 本文指标体系 应 以 能 客 观、准 确、全面地反映安全内涵 为目标，在选择评价指标时遵循以下原则。收稿日期：基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目“村镇饮用水源保护和 污染防控技术研究”（）。作者简介：王 珮 （），女，硕 士，研究方向为农村水利。：。通讯作者：刘增进（），男，教 授，博 士，研究方向为农田水利与 节水灌溉。：。（）全局性与代表性原则。 指标体系不仅要客观真实地概括村镇饮用水水源地安全的内涵，更要能全面反映水源地安全 的总体特征。 但为避免指标过多使评价过程复杂，要选择必要 的、代表性、关键性 的 指 标，不能过于细致导致指标之间重叠， 同时也要避免指标漏选。（）系统性与层次性原则。 指标体系是一个内在因素互相村镇饮用水水源地安全评价指标体系研究王 珮 谢崇宝 张国华 等作用的繁杂系统，需要将系统分成相互关联的各级层次，层 次越高指标越综合，层次越低指标越具体。 需要确定总体指标的 目标层、主体指标的准则层和群体指标的具体指标层，以 及 各 层次指标的权重，做到系统性与层次性相结合。（）科学性 与可操作性原则。 科学性是指用明确、标 准 的 理论来定义指标，用合理可行的方法分析，能够客观、真实地反 映系统内部结构关系，并能较好地度量饮用水水源地安全的程 度。可操作性是所选的指标变量值在现有资料和技术条件下 容易获取，通过简单方便的科学方法就能够对其进行分析。（）定量与 定 性 原 则。 影响水源地安全的因素中，有 些 可 以量化，有些无法 量 化。 一 般 来 说，指标应尽可能量化来使评 价结果更明确，不能直接量化的指标采用相应的数学方法间接 赋值量化，难以定量的重要指标采用定性描述。 定 量 为 主，定 性为辅，两者相互结合。（）综合性 与 类 别 性 原 则。 指标尽可能采用通用的名称、 概念、计算方法和结构 模 型，使指标体系适用于不同类型水源 地，同时在具体 指 标上能体现出不同类型的水源地各自的特 征，做到指标体系既有综合可比性又能体现水源地的类别性。（）自由搜索 算法参照高等群居动物寻找水源的过程对动物个 体 的 嗅 觉、机动性以及它们之间的相互关系建 模，可抽象为找目标函数最优解的过程。 动物们在一定的区域 内自由决策进行任意方向的搜索过程中，每个个体都会找到目 标函数潜在的一些解并反馈出相应信息素，通过提取标记有信 息素的位置信息来获取信息内容。 不同的个体对信息素有不 同的敏感度，它们会选择适应自己的位置开始下一次的探查， 直至搜索行为结束。 算法体现的是一种以不确定应对不确 定的思想，对优化对象的数学模型要求不高，设置参少，编程操 作简便，寻优精度高，不依赖于初始值，能有效避免陷入局部最 优，自适应能力强，适用于多种不同类型的函数优化问题，具有 一定的通用性，在水质评价领域有一定的应用价值。 但存在易 发散、早熟收敛、后期寻优效率低，特别是多维空间寻优不佳等 问题。（）灰色关联系数法是根据因素之间发展态势的相似或相 异程度来衡量因素之间的接近程度，从而剔除冗余指标，实 现 指标的简化。 通过对比这几种优化方法，笔 者 认 为，其 中 主 成 分分析法成熟严谨、操作简单、数学物理意义清晰，避免了主观 随意性使数据结构大为简化，是村镇饮用水水源地安全评价指 标优化的最佳方法。指标的选取过程由于水源地系统结构复杂，影响因素之间关系微妙，人 们为了完善指标体系使指标种类增多、数 目 增 大，而 在 村 镇 水 源 地安全的评价中靠经验来选取指标存在指标间重叠，导致评价 过于繁琐。 为了使指标体系能够满足构建原则，应做好指标的 选取工作，指标选取过程分筛选和优化两个阶段。第一个阶段，通过广泛搜集有关村镇饮用水水源地安全评 价研究的报告及资料并咨询专家意见，在理论分析的基础上剔 除那些不易获取、影响微弱和相关性很强甚至重叠的指标，形 成筛选后的初级指标体系。第二个阶段，采用科学有效的指标优化方法对筛选后的指 标体系进行合理的优化，确立应用指标体系。常用的指标优化方法有主成分分析法、 古林法、粗糙集 理论属性约简法、自由搜索 算法和灰色关联系数法、德尔菲 法等。（）主成分分析法是一种研究如何将多指标相关因素转 化为少指标不相关因素的数学变换方法，它把给定的一组相关 变量通过线性变换转换成一组不相关的变量，通过计算指标的 贡献率选取对系统起决定意义的主成分指标来实现指标优化， 是一种客观指标优化法。（） 古 林 法（）是通过比较相邻两个 指 标 的 相 对重要性即相对重要 性 比 率 实现对指标的赋权，根 据 指 标 的权重判断指标的重要程度，实现水源地安全指标的重要度排 序，把那些影响不大的指标舍弃，实现对指标的优化，是一种主 观的指标优化方法。（）粗糙集（，）理论属性约简 法，由 波 兰 学 者 于 年提出。理论是一种刻画不完整性和 不确定性的数学工具，能有效分析和处理不精确、不一致、不完 整等的信息，并从中发现隐含知识，揭示潜在规律，适用于辅助 解决少样本多因素的复杂问题。指标体系的构建指标体系框架经过筛选与优化，本文构建了一套完善的村镇饮用水源地 安全评价指标体系。 评价指标体系的结构以村镇饮用水水源 地安 全 内 涵 为 基 础，包 含 目 标 层、准 则 层、指 标 层 这 个 层 次。 目标层反映的是各子系统 综合运行的最终效果，是 安全评价结果的高度总结和直观表达；准则层从水量安全、水 质安全、生态安全、工程管理、应急反应能力这五个方面进一步 刻画水源地安全的水平；指标层则是结合研究区域实际情况选 取的具体评价指标，更深入的揭示水源地安全状况。水量安全体现在水源地的来水状况和供水能力满足人民 用水需求，地表水源地水量指标采用枯水年来水量保证率和工 程供水能力，地下水源地水量指标采用地下水开采率和工程供 水能力；水质安全指标根据水源地类型的不同分为窖池型、河 流型、湖库型、地下水这 类指标，具体水质指标在下节予以详 细说明；生态安全指标的选取参考经济合作开发组织 （） 和联合国环境规划 署 （）共同提出的压力 状 态 响 应（）模型，压力指社会发展、资源供给对水源地调配供 水能力的需求，状态指水源地的生态系统稳定性、水 源 涵 养 能力和环境质量状况等，响应指针对村镇水源地生态环境状态所 采取的污染防治措施，其中压力 指标包括人均 、人 均 耕 地面积，状态 指标包括植被覆盖率、物种多样性指数、水土流 失指数，响应 指标包括排放污水处 理 率、全 年 排 放 总 量、化肥农药利用率；工程管理指标要能够反映饮水工程的运 行状况和工程管理的 措 施 及 成 效，选取水源保护区划分、工 程 运行维护、管 理 及 组 织 机 构、法规的制定和执行、受 益 户 满 意 度；应急反应能力体现水源地对突发事故的事前监控、事 发 响 应、事后恢复，选取指标包括监测预警系统、应 急 预 案、部 门 协村镇饮用水水源地安全评价指标体系研究王珮谢崇宝张国华 等调性及执行力、应急水源地。国村镇主要的水源类型，包括上层滞水、潜水、承压水、泉水等。选择典型村镇饮用 水 水 源 地 时，参 考 农村饮水安全评价 指标体系中根据气 候 特 点、地 形、水资源条件和生活习惯，将 全国分成 个类型区，每区选取两个典型饮用水水源地对水质 情况进行调查统计。 结果表明：窖池型水源地污染频率较高的 前 个指标分别是总大肠菌群、细 菌 总 数、氨 氮、亚 硝 酸 盐、浑 浊度、 值；河流型水源地污染频率较高的前 个指标分别是 粪大肠菌群、铁、锰、氟 化 物、 值 、高 锰 酸 盐 指 数；湖 库 型 水 源地污染频率较高的前 个指标 分 别 是 总 氮 、总 磷、高 锰 酸 盐 指数、化学需氧量（）、氨 氮、叶 绿 素；地下水水源地污染频 率较高的前 个指标分别是总硬度、总大肠菌群、氟化物、硝酸 盐、细菌总数、氨氮。 可以以此调查结果作为选择水质共性的 参考。图水质共性指标体系个性指标由于我国幅员辽阔，即使同种类型水源地所处具体环境也千差万别，水源地周边 生 态、生产和生活等特定影响因素不可 忽视，本文列出几种重污染行业特征污染因子作为参考，具 体 评价时因地制宜，从参考指标中适量的选择所需指标，在 共 性 指标的基础上做出适当的调整。 如该地区经济以农业为主，可 考虑 、 、硫 化 物、氟 化 物、挥 发 性 酚、氰 化 物、砷、氨氮、磷酸盐、有机氮、有机磷；水源保护区内有黑色金属矿山，可考虑铜、铅、锌、镉汞、六价铬；金属冶炼项目，可考虑 、硫 化物、氟化 物、挥 发 性 酚、氰 化 物、石 油 类；煤 矿 项 目，可 考 虑 、 、溶解氧、砷、悬 浮 物、硫 化 物；石 油 开 发 项 目，可 考 虑 、 、悬浮物、硫 化 物、挥 发 性 酚、氰 化 物、石 油 类、苯 类、多环芳烃；化学矿开采项目，可考虑 、悬浮物、硫化物、氟 化物、砷；食品工业，可 考 虑 、 、溶 解 氧、挥 发 性 酚、大 肠杆菌；制 药 业，、 、石 油 类、硝 基 苯 类、硝 基 酚 类；纺织 及 印 染 业，可考虑挥发性酚、硫 化 物、苯 胺 类、色 度、六 价铬；造 纸 业，可 考 虑 、 、水 温、挥 发 性 酚、硫 化 物、铅、汞、木质素等。共性指标反映了区域水文地质土壤生态等宏观影响因素， 个性指标则是针对水源地周边生态和生产生活等影响因素，它 们共同构成了水质评价指标体系。图村镇饮用水水源地安全评价指标体系水质指标体系通过对典型村镇的调查发现，每种类型水源地都有其各自污染特征，因此构建水质指标体系时分别研究这 类水源地各自的共性指标，同时调查当地重点污染源，来判断是否有需要 作为个性指标参与 评 价。 另外大多数村镇水质评价指标个数 都在 个之间。 通过分析研究，选 个指标就能充分反映 水源水质安全状况，也使评价工作更方便。共性指标从村镇饮用水源调查情况看来，水源类型可分为地表水源和地下水源，其中地表水源又可分为窖池水、河 流 水、湖 库 水。 窖池型水源地是一种典型的集雨工程，雨水经降落集流蓄 积到水窖或蓄水池储蓄一段时间后被取用，这个利用过程导致 其受污途径主要来自大气污染、集 流 面 污 染、蓄 水 池 污 染。 河 流型水源地主要由小河流和溪沟组成，河流水一般流量较大但 易受季节和降水的影响，水质季节性差异明显。 湖库型水源地 包含 湖 泊、塘 坝、水 库 类，湖泊是陆地上天然洼地的蓄水体 系，其水 位 变 化 小，流 速 缓 慢，水 量、水 质 较 稳 定，浑 浊 度 较 低， 但易发生富营养化；塘坝是用来拦截和储存当地地表径流且蓄 水量不足 万 的蓄水设施；水库水与湖泊水具有相似的特 点，但其水位一般较高、水 位 变 化 较 大。 地下水水源地是我 其他指标水量安全指标枯水年来水量 保 证 率 （ ）：表 征 地 表 水 水源地来水量的 村镇饮用水水源地安全评价指标体系研究王 珮 谢崇宝 张国华 等变化情况，湖库（河道）：现状水平年枯水（流）量设计枯水（流）量 。结语地下水开采率（ ）：表征地下水水量保证 程 度，实 际 供 水本文提出了选取指标的过程应包括指标筛选和指标优化 两个阶段，并构建了由 个层次、 个方面、 个具体指标组成 的村镇饮用水水源地安全评价指标体系。 在水质安全评价方 面，本文结合窖池型、河流型、湖库型及地下水这 类村镇饮用 水源的水质特征，提出了多种水源地各自的共性指标和水源保 护区内多种污染行业的个性指标。 此外，对体系中各项指标的 含义及计算方法作出了解释说明。 尽管本文提出的指标体系 较为全面，基本能够满足村镇饮用水源地安全评价的要求，但 受资料限制和村镇经济社会的快速发展，指标体系还需要不断量可开采量。工程供水能力（）：反映取供水工程的运 行 状 况，现 状 综 合生活供水量设计综合生活供水量。生态安全指标人均 （）：计量经济水平与经济总量的关系，保护区内人数。人均耕 地 面 积 （ ）：耕 地 面 积 指水田面积与旱地面积 之和。植被覆盖率（）：水源保护区内的植被覆盖面积 占 保 护 区总面积的百分比，（林 木 面 积 草 地 面 积 农 田 面 积）土 地 面积。物种多样性指数（ ）：综合反映物种种类量和物 种 的 个 体量、植物繁茂程度：更新和完善。参考文献： 于凤存，方 国 华饮用水水源地综合预 警 指标体系构建的研究 中国农村水电，（）：， 王珮，谢崇宝，张国华，等村镇饮用水水源地安全评价研究进 展中国农村水利水电，（）：，（ ） 姚 丽 农村水利现代化指标体系及其预警管理 南京：河海大学， （ ）式中： 为所有物种的个体总数； 为 种 类 数； 为 第 种 的 个体数； 为多样性指数。水土流失指数（）：单位面积土壤流失量，理想状态为流 失指数（）。排放污水处理率（ ）：污废水排放达标量占总排 放 量 的百分率，达标污水量排放污水总量。全年 排放总量（ ）：一年中工业废水 排 放 量 与生活污水 排放量之和， 浓度（） 污水排放量（） 全年工作时间。化肥农药利用率（）：表示受农业污染程度，农药化肥施 用量耕地面积。黄海东小城镇饮用水源水质安全评估技术研究 济南：山东建筑大学， 王丽红城市饮用水地下水水源地安全评价体系研究泰安：山东农业大学， 王文 中我国北方城市应急地下水源地评价指标体系的研究 北京：中国地质科学院， 杨铭威，石 亚 东，盛 东，等城 市供水安全评价指标体系初探 水利经济，（）：， 高卫东基于主成分分析的矿区地下水水质评价节水灌溉，（）： 朱明，李 永，李嘉中小型原水河渠污染事故危害度应急评价模型水科学进展，（）： 朱明，李 永，李嘉城市原水污染事故危害度应急评价模 工程管理指标型土木建筑与环境工程，（）： 任 诚，席建中，唐海英一种改进的自由搜索算法微计算 机信息，（）：， 罗 娟一种新型的自由搜索算法重庆：重庆大学， 邵 磊，周孝德，杨方廷，等基于自由搜索的投影寻踪水质综