（模式识别与智能系统专业论文）小城镇饮用水源水质安全评估技术研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 首先介绍了国内外有关饮用水源水质安全评估的研究进展，结合我国小城 镇的实际情况，提出了小城镇在水质安全评价过程的有待进一步解决的问题。 通过对水质安全进行的分析和研究，本文论述了水源水质安全应具有的内涵， 水质安全等级由水质类别、富营养化水平以及水质风险三个指标来决定。 通过调查和一系列的水质监测数据分析，找出目前影响小城镇水源水质的 关键因素分别为以下8 个监测指标：总氮、总磷、高锰酸盐指数、五日生化需 氧量、挥发酚、石油类、溶解氧、粪大肠菌群。以此为依据，通过分析和比较 目前常用的水质评价方法，提出综合污染指数法和单因子评价法相结合能较好 地评价水质状况。根据相关的资料并分析比较常用富营养化评价法的优缺点， 最后确定综合营养指数法作为富营养化评价的主要方法，其他方法为辅助评价 方法。由于定量评价水质风险更具可信性，因此结合实际情况，选取定量的水 质风险评价。 根据水质安全的内涵构建的评价体系包括三个评价指标，由于目前对水质 风险的缺乏足够的认识，水质风险对水质安全的权重较难确定，因此水质风险 不作为水质安全等级的评价，只作为参考指标。通过选取层次分析法确定水质 类别和富营养化水平的权重，本文首先分别计算水质类别和富营养化水平的隶 属度，最后计算出水质安全总等级的隶属度，依据最大隶属度的原则确定水质 安全总等级。 本文根据山东省某水库2 0 0 8 年的水质监测资料，对该水库进行安全评价， 其对应于3 类水质安全等级的隶属度为0 7 5 8 8 。结果表明，该水库作为水源水 质是安全的，但由于其总氮、总磷、高锰酸盐指数超标的风险概率较高，水质 安全存在着一定的风险。 关键词：水质安全评估；水源；小城镇 山东建筑人学硕士学位论文 r e s e a r c h e si n t ow a t e rq u a l i t ys a f e t ya s s e s s m e n to fd r i n k i n g w a t e rs o u r c e si ns m a l lt o w n s a b s t r a c t a tf i r s t ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h es t a t u eo fr e s e a r c h e sa th o m ea n da b r o a di n t o s e c u r i t ya s s e s s m e n to nq u a l i t yo fd r i n k i n gw a t e rs o u r c e s c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a l s i t u a t i o no fc h i n a ss m a l lc i t i e sa n dt o w n s ，i tp u t sf o r w a r dt h ep r o b l e m st l l a tn e e d f u r t h e rs e t t l i n gi nc o u r s eo fw a t e rq u a l i t y 鹤s e s s m e n ti ns m a l lc i t i e sa n dt o w n s t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fs a f e t yo fw a t e rq u a l i t y , t h et h e s i sd i s c u s s e st h e c o n n o t a t i o nw h i c hs a f e t yo fw a t e rq u a l i t ys h o u l dc o n t a i n s t h el e v do fs a f e t yo f w a t e rq u a l i t yr e l i e so nt h r e ei n d e x e sw h i c hi n c l u d ec a t e g o r yo fw a t e rq u a l i t y , l e v e l o fe u t r o p h i c a t i o n , t h er i s kl e v e lo f w a t e rq u a l i t y b ym e a n so ft h ei n v e s t i g a t i o na n das e r i e so fa n a l y s i so nw a t e rq u a l i t y m o n i t o r i n gd a t a , e i g h tc r i t i c a lf a c t o r sw h i c hh a v ea ni m p o r t a n ti m p a c to nw a t e r q u a l i t yo fw a t e rs o u r c e si ns m a l lt o w n sa r ef o u n do u t e i g h tf a c t o r sw h i c hi n v o l v ei l l a r ea sf o l l o w s ：n i t r o g e n ，p h o s p h o r u s ，p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ei n d e x ，b i o c h e m i c a l o x y g e nd e m a n do ff i v ed a y s ，v o l a t i l ep h e n o l ，p e t r o l e u m ，d i s s o l v e do x y g e n ，f e c a l c o l i f o r mb a c t e r i a o nt h i sb a s i s ，t h r o u g ha n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fc u r r e n tw a t e r q u a l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d sw h i c hc o m m o n l yu s e d ，i ti sa r r i v e dt h a tc o n b i n e dw i t h s i i l 西e - f a c t o re v a l u a t i o n ，i n t 咧e dp o l l u t i o ni n d e xm e t h o dc a nb e t t e re v a l u a t ew a t e r q u a l i t yc a t e g o r i e s a c c o r d i n gt o t h er e l e v a n ti n f o r m a t i o na n da n a l y s i sa n d c o m p a r i s o no fa d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc o m m o ne u t r o p h i c a t i o na s s e s s m e n t m e t h o d ，ac o m p r e h e n s i v en u t r i t i o n a li n d e xm e t h o di sm a d eu s eo fa sap r i m a r y m e a n so fe u t r o p h i c a t i o na s s e s s m e n t , o t h e rm e t h o d sf o rs u p p o r t i n ge v a l u a t i o n b e c a u s eq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no ft h er i s ko fw a t e rq u a l i t yi sm o r ec r e d i b l e , c o n s i d e r i n gt h ea c t u a lf a c t , q u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no ft h er i s ko fw a t e rq u a l i t yi s b a s e do nt h ec o n n o t a t i o no fs a f e t yo fw a t e rq u a l i t y , a s s 鹤s m e n ts y s t e m 韶t a b l i s h e di n c l u d e st h r e ee v a l u a t i o ni n d e x e s d u et ol a c ko fs u f f i c i e n tk n o w l e d g eo f t h er i s ko fw a t e rq u a l i t ya tp r e s e n t , t h ew e i g h to ft h er i s ko fw a t e rq u a l i t yi sd i f f i c u l t 1 i 山东建筑大学硕上学位论文 t od e c i d ei nc o u r s eo fa s s e s s m e n to fs a f e t yo fw a t e rq u a l i t y , t h ew a t e rq u a l i t yr i s ki s n o ti n v o l v e di nw a t e rq u a l i t ys a f e t ye v a l u a t i o n , o n l ya sar e f e r e n c ei n d e x b y c h o o s i n ga h pt od e t e r m i n et h ew e i g h to ft h ew a t e rq u a l i t yc a t e g o r i e sa n dt h el e v e l o fe u t r o p h i c a t i o n , t h em e m b e r s h i po fw a t e rq u a l i t yc a t e g o r i e sa n dt h el e v wo f e u t r o p h i c a t i o na r ec a l c u l a t e df i r s t , a n dt h e nt h em e m b e r s h i po f o v e r a l lw a t e r q u a l i t ys a f e t yl e v e l si sw o r k e do u t a tl a s t ，b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fm a x i m u m d e g r e eo f m e m b e r s h i p ，w a t e rq u a l i t ys a f e t yl e v e li sd e t e r m i n e d b a s e do nt h ed a t ai n2 0 0 8o far e s e r v o i ro fs h a n d o n gp r o v i n c e , a s s e s s m e n to f w a t e rq u a l i t ys a f e t y 弱t ot h er e s e r v o i ri sm a d ei nt h ep a p e r t h em e m b e r s h i po f w a t e rq u a l i t ys a f e t yw h i c hi tc d r r e s p o n d st oi s0 7 5 5 8 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e s e r v o i r 鹬w a t e rs o u r c e sa l es a f e b u tb e c a u s et h er i s kp r o b a b i l i t yt h a ti t st o t a l n i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u s ，p o t a s s i u mp e r m a n g a n a t ei n d e xe x c e e dt h en o r m a lv a l u e i sh i g h , t h e r ea r ec e r t a i nt h r e a t e nt ow a t e rq u a l i t ys a f e t y k e y w o r d s ：a s s e s s m e n to fw a t e rq u a l i t ys a f e t y ；w a t e rs o u r c e ；s m a l lt o w n s i i i 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。芬人承担本声明的法律责任。 学位论文作者签名日期2 竺鱼! ：丝 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 砖1 学位论文作者签名：陵i 丕继日期型翌：鱼ff 兰 导师 签名： 乏垒兰垒室 日期血! ：互! 兰 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章前言 1 1 研究背景与意义 1 1 1 研究背景 目前世界上许多国家正面临水资源危机，2 0 世纪世界人口增加了2 倍，而 人类的用水增加了5 倍，对人类生存环境产生了十分巨大的影响。当前，全球 1 5 的人得不到安全的饮用水，3 0 亿人缺乏卫生设施，致使每年有3 0 0 - 4 0 0 万 人死于由水引起的疾病n 1 ，在我国，1 4 的人口饮用不符合卫生标准的水口1 。 供水是保障小城镇经济和社会可持续发展的重要组成部分，是人们生活和 工业生产不可缺少的基础设施。我国是一个人口众多的农业大国，水资源严重 短缺，人均水资源占有量仅2 4 0 0 立方米，约为世界人均占有量的四分之一，我 国总计有乡镇4 5 4 1 2 个，乡村户数2 3 6 9 2 7 万户，乡村人口达9 1 9 6 0 万人。随 着中国小城镇建设进程速度的加快，小城镇的供水工程建设取得较快发展，但发 展不平衡，供水工程设施整体现状水平不高。统计资料表明瞄。：截至1 9 9 9 年， 中国仅有6 4 1 2 的小城镇建有供水设施。因此，加快小城镇供水系统建设是小 城镇基础设施建设的重要任务。 在目前经济作用力的推动下小城镇工业较快发展，但小城镇企业的污水处 理设施建设很不完善，使得小城镇企业的排污水平高于城市企业，加快了水源 污染速度：另外，在中国农村，农药和化肥的大量使用也是加快小城镇水源污 染的又一原因。据有关资料显示1 3 】，全国目前约有7 8 的城镇河段不适宜作为饮 用水源，5 0 的城镇地下水受到污染，在缺水的城镇中6 0 - - 7 0 是水质性缺 水。全国农村有3 亿多人饮水不安全，其中约6 3 0 0 多万人饮用高氟水，2 0 0 万 人饮用高砷水，3 8 0 0 多万人饮用苦咸水，1 9 亿人饮用水有害物质含量超标， 血吸虫病区约1 1 0 0 多万人饮水不安全h 1 。根据卫生部门和水利部门调查【5 1 中国 目前农村饮用水符合农村饮水卫生准则的比例为6 6 ，还有3 4 的人口饮用水 达不到准则要求。水源污染日趋严重，饮用水处理难度增大，饮用水质安全难 以保障，对小城镇的可持续发展和居民的身心健康构成潜在威胁。 1 1 2 小城镇饮用水水源水质安全评价的意义 近年来，中央和地方加大了城乡饮用水安全保障工作的力度，采取了一系 列工程和管理措施，解决了一些城乡居民的饮水安全问题。到2 0 1 0 年，在水资 山东建筑大学硕士学位论文 源配置和保障方面，把饮用水安全作为水利工作的首要任务，解决农村8 0 0 0 万人的饮用水安全问题；在水资源保护方面，重点保护水源地，恢复和改善水 体功能。饮用水安全问题，直接关系到广大人民群众的健康，切实做好饮用水 安全保障工作，是维护最广大人民群众根本利益、落实科学发展观的基本要求， 是实现全面建设小康社会目标、构建社会主义和谐社会的重要内容，是把以人 为本真正落到实处的一项紧迫任务。但目前相关部门还未制定关于小城镇水源 地科学有效的水质安全评价及保障技术，导致供水水源地没有科学合理的评估 标准及保障措施，影响了水源水质的保障。因此，结合小城镇水源的实际情况， 制定出科学有效的水质安全评价及保障技术，有利于管理部门更好地了解水源 地安全状况，分析水源地水质变化趋势，识别主要污染物和分析流域主要污染 源的生态风险，推动水源地保护工作的开展，从而保障广大人民群众的饮用水 安全。 1 2 饮用水水源水质安全评价国内外研究进展 1 2 1 国内外水源水质安全评价研究综述 2 0 世纪初，世界上一些河流水质日趋恶化，用水安全得不到保证，水质问 题越来越受到人们的重视，水质评价工作也随着发展起来。最早是德国科学家 柯克维兹和莫松等提出了生物学的水质评价分类方法，随后英国科学家根据河 流水质情况，提出以化学指标对河流进行污染分类。6 0 年代7 0 年代各国科学 家先后提出了水质评价的质量指数法( q i ) 、水质现状评价的质量指数法( w q i ) 及内梅罗指数法。后来，前东欧和苏联的多数学者在评价时既考虑物理和化学 指标，还考虑生物指标，使水质评价更加全面、科学哺。 我国水质评价研究始于2 0 世纪5 0 年代，重点对我国主要河流、湖泊( 水 库) 水质进行评价。6 0 年代提出了中国河流水化学特征报告及有关图表。7 0 年 代开展了官厅水库、松花江、图们江、白洋淀、湘江、杭州西湖、武昌东湖、 昆明滇池、太湖、东海海域等水环境水质评价工作，并积累了大量丰富经验， 取得了水质评价研究成果。目前，已成为几乎所有的综合环境质量评价中不可 缺少的重要内容。 目前，国内外水质评价方法很多，大约有2 0 种 - 3 0 种，按照参与评价的 水质参数的多少，可大致分为单因子评价法和综合评价法。其中较常用的综合 山东建筑大学硕士学位论文 评价法主要有以下几种：综合污染指数法、模糊数学评价法、灰色系统评价法以 及人工神经网络评价法。 1 ) 综合污染指数法 综合指数评价法是用各水质参数监测值与其评价标准之比求出分指数，再通 过各种数学手段将各项目的分指数综合运算得出一个综合指数，以此代表水体的 污染程度，作为水质评定尺度。对分指数的处理不同，使水质评价污染指数法存 在着不同的形式，包括叠加型指数法、均值型指数法、w 型水质评价法、加权均 值法、b r o w n 水质指数法、r o s s 水质指数法、内梅罗污染指数法等等。以算术平 均综合指数的计算为例，其计算步骤如下： 1 ) 将参与评价的水质参数监测值与其对应的水质类别的标准值相比，得出各 个评价因子各自的污染指数。 2 ) 将各个评价因子的污染指数相加并与参与评价的水质参数的个数相比，即 得出综合污染指数。 由此看出，当综合污染指数小于等于1 时，表明综合水质符合对应的水功能 区的水质要求，否则综合水质不符合要求。 有关资料表明凹1 叫，综合指数污染指数法简单实用，评价结果较为准确，能 合理地反映水体的污染状况，并且能方便地从时间和空间上比较同一水体的污染 状况和变化趋势。 2 ) 模糊数学评价法 因为水体环境本身存在大量不确定性因素，各项目的级别划分、标准确定都 具有模糊性，因此，模糊数学在水质评价中得到了广泛应用。其评价方法为通过 监测数据建立各指标对各级标准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再把因子权重集 与隶属度矩阵相乘，得到模糊集，获得综合评判集，最后以最大隶属度所对应的 水质类别作为最终的评价结果。模糊评价法主要有模糊聚类法、模糊综合指数法、 模糊贴近度法、模糊距离法、模糊水质分级评价法、模糊相似选择法、模糊综合 评价级数法、模糊综合评判分级保证率法等】，较常用的是模糊综合指数法。 由于模糊数学法综合考虑了各个评价因子对水质的影响，避免了单因子评价 法的片面性，因此能比较准确地判定水体的水质类别。但由于该方法是按照最大 隶属度原则来进行判定水质类别的，因此如果两个或者多个水质类别所对应的隶 山东建筑大学硕士学位论文 属度相近时，就可能忽视了其他类的隶属作用，使得评价结果可能会与实际情况 不一致。 3 ) 灰色系统评价法 灰色系统就是部分信息已知、部分信息未知或不确知的系统。由于水质的监 测数据都是在有限的时间和空间范围内获得的，存在着时段差异性，代表具有局 限性，将水环境看作是一个灰色系统就具有一定合理性，因此可以运用灰色系统 的原理来进行水质综合评价1 。 灰色系统评价法通过构造白化函数和灰色聚类矩阵，计算出与各类水质标准 的关联度，然后根据关联度的大小判断水质类别。该法和模糊数学法一样，都注 意到水质等级界限的存在的不确定性，克服了综合指数法硬性划分水质级别而导 致级别突变的缺点，因此从理论上来说，应用该法来进行水质综合评价具有其合 理性。 灰色系统理论评价法主要有灰色聚类法、灰色聚类关联法、灰色模式识别法、 等斜率灰色聚类法、区域灰色决策法、加权灰色局势决策法、梯形灰色聚类分析 法、灰色局势决策法等n 2 1 3 1 4 1 ，其中比较常用的是灰色聚类法。 4 ) 人工神经网络评价法 人工神经网络模拟人类思维方式，对事物的判断、分类不需要预先建立某种 模式，只是根据事物的性质特征，采用直观推理判断。人工神经网络应用于水质 评价的方法有h o p f i e l d 网络模型法、b p 网络模型法、r b f 网络模型法等n 5 1 ， 目前在水质综合评价中b p 网络模型法使用较多。 5 ) 单因子评价法 该方法是操作最为简单的种水质综合评价方法，只要依次判别出所选择的 每个因子的水质类别，然后以最差的那个类别作为水质综合评价的类s u a p 可， 主要适用于只考虑单个评价参数对环境质量影响的情况，其优点是可以客观清晰 地判断出主要的污染因子。 综上所述，常用的水质评价方法的优缺点以及其功能比较如下表所示： 山东建筑大学硕士学位论文 表1 1 常用水质评价方法优缺点 水质评价 优点缺点 评价效果 方法 单因子评 把单个因子的状况等用于 计算简单，易操作过于悲观 价法整个水体的水质 用隶属函数来描述水需要大量调查资料，计算复 较好地反映了水 模糊数学质分级，刻画了界限的模糊杂，并且权重系数的选取有很大 质情况，结果可靠 法性 主观性 克服了综合指数法硬 计算较复杂，存在着分辨率较好地反映了水 灰色系统性划分水质级别而导致级 偏低等问题质情况，结果可靠 法 别突变的缺点 有时候可能会掩盖某些污 综合污染计算简单，评价结果直 计算成果准确性 染严重的评价因子，致使评价结 指数法观较好 果偏离事实 人工神经具有很强的自组织，自需要大量调查资料，操作水评价结果最接近 网络法 学习，自适应的能力平要求很高 实际情况 表1 2 常用水质评价方法的功能比较 综合水质类别的判水体功能区目标的水体主要污染因子 水质评价方法 断判断判断 单因子评价法能不能能 综合污染指数法能能不能 模糊教学法能不能不能 灰色系统法能不能不能 人工神经网络法、能能不能 5 山东建筑大学硕士学位论文 1 2 2 有待进一步解决的问题 从国外的研究来看，在对水源地进行水质安全评价中，美国、欧盟在这方 面比较有代表性。 美国基于单项指标功能可达性的评价来评价水体的综合水质，另外，为了更 好地保障饮水安全，美国国家环保局在评价中还利用指标体系选取1 5 个指标对 流域内的水源进行水质风险评价。其中水质安全状况利用定性指标进行说明， 分为好、问题很少、问题较多等级别，水源脆弱性分为低和高级别【1 6 1 。 欧盟则在对水源水质评价时根据制定的地表水体取水导则按照水体满足公 众饮用的处理水平及取水的适宜度将水体分为以下类n ：l 类水体仅经过简单的 物理处理和消毒就能满足饮用要求；2 类水体需要经过常规的物理、化学处理， 消毒以满足饮用要求；3 类水体需要集约化的物理、化学处理，附加处理措施和 消毒手段才能满足饮用要求【1 7 1 。 但美国国家环保局所选取的指标针对当地实际情况，难于直接在其他国家 推广应用，而且过于复杂；欧洲地表水体取水导则所采用的方法说明了水体需 要处理水平，但没有提供用于指导流域管理的风险信息，仅仅依靠水源地水质 监测数据评估水体作为饮用水源的水质安全性。 我国目前水源地水质评价工作参照地表水环境质量标准) ) ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ， 普遍采用单因子评价方法进行评价。单因子评价法采取最差项目赋全权，直接 指出水质问题所在，了解水质状况同水质标准之间的关系，但无法给出水环境 质量综合状况。而且相关评价工作主要是单纯的水质类别等基本评价，较少考 虑水源地的污染源潜在风险因素。 从已有的研究资料来看，目前国内外在这方面的研究都只是主要集中在大 中城市及重点城市的水源地水质安全方面，对于经济发展相对落后，水质监测 能力比较薄弱的小城镇水源水质安全评估的研究则少有报道。因此以下几个方 面是有待解决的问题： 1 ) 如何通过收集资料，研究影响我国小城镇水源水质的主要因素。 2 ) 如何根据小城镇水源的实际情况，选择或改进水质评价方案，进而建立 起一整套切实有效的小城镇饮用水源水质安全评估体系。 1 3 研究内容与技术路线 山东建筑大学硕士学位论文 1 3 1 研究内容 论文的主要内容包括以下几个部分： 1 ) 调查研究影响中小城镇饮用水源地水质安全的主要因素； 2 ) 提出小城镇饮用水源地水质安全评估指标体系和评估方法； 3 ) 开展示范研究与水质安全评估工作。 1 3 2 技术路线 通过收集和整理有关资料并进行污染源调查，初步确定水质监测项目，然 后进行水质监测。分析和研究水质监测资料，从中找出影响水质安全的主要污 染因子，然后对目前常用的水质评价方法进行比较，选择合适的方法，最后建 立水质安全评估体系，并根据所得的资料对水源地提出相应的安全保障措施。 路线图如下图l 所示： 收集和整理资料污染源调查 确定水质监测项目 上 进行水质监测 上 影响水质安全的主要因素 上 建立水质安全评估体系 卜 水质评价富营养化评价水质风险评价 安全保障措施 图1 1 技术路线图 山东建筑大学硕士学位论文 第2 章小城镇饮用水源水质安全评价理论基础 2 1 水的分布和循环 水是世界上分布最广的自然资源，也是人类赖以生存和从事生产不可缺少 的资源。全球的水资源总量约为1 4 0 亿亿1 1 1 3 ，其中除去海水、冰j l i 、深层高矿 化地下水外，可开发利用的且逐年更新的淡水，其总量为4 7 万亿m 3 ，仅占水 资源总量的0 0 0 3 ，而在一定技术条件下可以为人们所利用的水量就更少 自然界的水并不是静止不动的，而是一直在进行流动、迁移和转化，这种 依靠太阳热能和地球引力来直接推动的川流不息、周而复始的运动称为水的自 然循环。自然界的各种活动如风雨雷电、洪水干旱、火山爆发等，都直接或间 接地影响和控制自然循环中的水量和水质。 除了自然界的自身活动影响水量和水质外，随着人口增长、经济发展以及 人类生活水平的不断提高，人类的各种活动也对水体的水量和水质产生的重大 的影响。这种由于人类社会活动、生产活动制造大量生活污水和工业废水并排 入各种天然水体的的行为，构成了水的一个局部的循环体系，称为水的社会循 环。水的社会循环连同自然过程所形成的负责循环直接地决定着水的人为可利 用性。虽然在水的社会循环中，除了用水环节中存在着蒸发损失和发生的内部 循环外，水量通常没有多大变化，但其中的水质却往往发生了较大的改变。例 如，市政和工业生产用水在使用前后水量没多大变化，但由于使用过程中引入 了各种各样的污染物而成为了污水和废水，水体中的杂质通常远远多于使用前 的水，水体质量发生了很多的改变。 水的自然循环量只占地球总水量的0 0 0 3 1 ，其中经径流和渗流的自然循 环量约占0 0 0 3 ，而水的社会循环中所用的水量仅仅为径流和渗流水量的2 - - 3 ，也就是仅占地球总用水量的数百万分之一。但研究表明，水的社会循环 是目前影响水量和水质的主要因素，是人与自然在水量和水质方面出现矛盾的 最重要原因。 2 2 小城镇的定义 目前对于小城镇的定义，常见的大体有以下几种：第一种认为，小城镇就 是建制镇【1 8 1 ；第二种则认为小城镇是指建制镇和集镇镇区( 即非建制镇) 【1 叨；第三 种定义小城镇包括了小城市、建制镇和非建制镇( 包括乡集镇和乡以下集镇) ， 山东建筑大学硕士学位论文 这里将小城市( 一般只包括县级市) 考虑在内，主要是其在特征方面明显区别于 大中城市，而更接近小城镇。本文所论述的小城镇是指第三种，亦即包括小城 市在内。 2 3 小城镇的水质安全问题 随着经济社会的发展以及城镇化进程的加快，地表饮用水水源地安全状况 受到各个方面的影响，从而造成饮用水源水质恶化。由于自然条件、历史和经 济发展相对落后等原因，我国小城镇在水源保护方面与大中城市相比相对滞后， 目前我国小城镇水质安全问题有以下几个方面： ( 1 ) 排水体制落后，污水处理率低 据调查，目前我国小城镇的排水体系多数为雨污合流制，只有极少数为分 流制，而且污水处理也处于较低的水平。只有东部经济基础和发展条件优越地 区的少数小城镇开始建设小型污水处理厂，其中大多数以处理工业污水为主， 且处理能力很低。绝大多数小城镇基本上没有污水处理厂，不少小城镇污水未 经处理就近排入城镇湖泊和河道等水体，严重污染水体。通过对四川、重庆、 湖北、福建、浙江、广东、山东、河南、天津等9 省市小城镇有关调查发现， 这些小城镇用水普及率不到4 5 ，排水管网面积普及率估约4 0 - 6 0 ，多数小 城镇没有排水系统的总体规划。东部沿海地区也还有不少小城镇没有系统排污 管道。中西部经济发展一般地区和欠发达地区许多小城镇则只有明渠或简单排 水渠道，更没有系统排污管渠。 ( 2 ) 水源地缺乏足够的法律保护 在饮用水水源立法保护方面，我国目前保护城市饮用水源的法律度较多， 对于小城镇以及广大农村饮用水源的保护规定相对较少。现行 水污染防治法 的立法原则和制度设计是以城市为中心的，仅在第3 7 ，3 8 ，3 9 条对农田灌溉、农 药和化肥的使用作了简单的规定，过于笼统目，缺乏可操作性f 捌。在水污染 防治法中一般性规定了加强农药的管理，以防止水污染，对于如何防治农药 污染却没有做详细的规定。对于乡镇企业排污、污水灌溉、生活污水、禽畜养 殖污水所造成的面源污染。据调查，目前小城镇水源水质污染问题主要是生活 生产污水以及禽畜养殖污水所造成的。 ( 3 ) 水质监测能力比较薄弱 山东建筑人学硕上学位论文 我国小城镇的经济发展水平不高，对环境监管方面的投入长期不足，导致 了中小城镇的饮用水源地环境监管能力普遍较薄弱。主要表现在： 1 ) 绝大部分中小城镇的监测仪器设备严重不足和普遍落后，如g c m s 分析 仪等大型精密检测设备更是匮乏。有关资料表明，部分设区的城市以及很大 部分县级市监测能力较低，监测指标过少，有的甚至难以完成常规监测要求。 2 ) 由于资金不足，不少小城镇环境监测的技术人员相对缺乏，饮用水源巡 查队伍也面临了严重不足。这些都不能适应和满足饮用水源地的水质监测和管 理的需要。 另一方面，到目前为止，我国还没有针对中小城镇的监测水平制定相应的 水质监测项目。地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 规定集中式水源地 的监测项目包括2 4 项常规项目，5 项补充项目以及8 0 项特定项目。但我国小 城镇现有的监测能力不可能都能检测这些项目。据报道，我国绝大部分省市基 本不具备地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 特定项目中全部指标监测 能力，只有少数部分地级市具备有毒有机物个别指标的监测能力。因此标准中 的不少监测项目失去了它应有的意义。 由于小城镇的经济实力有限，难以像大中城镇那样投入大量资金进行生态 环境治理和规划保护，极易使当地饮用水源遭到污染，迸而加剧了水资源短缺。 2 4 小城镇饮用水源水质安全 2 4 1 饮用水源及其污染 饮用水源虽然只占地球上淡水资源的非常小的一部分，但它却是其中的最 重要的一部分。因为饮用水源对人类的生命和健康有着直接影响，所以饮用水 源从来都是人类最为珍惜和努力保护的目标。但随着社会和经济的快速发展， 饮用水源不断地受到了人类活动的干扰和破坏，水质污染变得越来越严重和复 杂，因而日益成为人类共同关心的重大资源和环境问题。 ( 1 ) 饮用水源的基本类型 按其存在形式的不同，饮用水源一般分为两大类：地表水源和地下水源。 其中地表水源包括江河、湖泊、水库和海水；地下水源包括潜水、自流水、泉 水 虽然近年来，随着海水淡化技术的不断成熟和淡水资源的日益短缺，海水 山东建筑人学硕士学位论文 成为了一些沿海城市或淡水资源匮乏的海岛的重要补充水源，但由于海水的含 盐量很高，处理过程比较复杂，制造淡水成本相对较高，因此一般不将其作为 生活饮用水源。地表水源一般是指具有相应功能的地表淡水水体，通常分为河 流和湖库两大类。由于地表水源较之地下水源一般水量较为充沛，分布也较广 泛，因此常常被用作饮用水源。但由于地表水源直接暴露在环境当中，因此容 易受到人类生产和生活活动干扰和污染，水体中的悬浮颗粒物、细菌、有机污 染物、重金属、氮磷等含量常常高于地下水，从而使水源保护工作加大。 相对于地表水而言，由于受形成、埋藏和补给等条件的影响，下水具有水 质澄清、水温稳定等特点。由于地下水受人类活动干扰较少，因而水中一般不 含悬浮颗粒物，细菌、有机物等含量较低。但地下水径流量较小，有的矿化度 和硬度较高，并且由于近年来地下水的过度的开采以及污染物渗入地下水等因 素，地下水的水质污染问题也不断地加剧。 据有关资料显示，目前我国利用地表水作为饮用水源比较多，因此本文重 点探讨地表水源的水质安全问题。 ( 2 ) 水源的基本功能 水源是一种复杂体系，根据人类的利用目的和出发点的不同，具有多种服 务功能，其目的性功能是系统结构与系统功能相互配合的结果乜。水源的基本 功能有下列几项： 1 ) 提供用户生活用水和饮水。这是水源的最基本的功能，饮用水是人民生 活中的第一物质资料，直接关系到人民的生命和健康，饮用水水源保护应优先 于经济发展。维持水源生态系统的完整性，保证对饮用水源的利用是可持续的， 是区域饮用水功能区划的水资源的重要目标。 2 ) 农用灌溉。这是许多水源的功能。农业是我国的主要用水大户。据有关 资料显示，2 0 世纪8 0 年代末到9 0 年代初，我国农业灌溉每年的用水量达到4 2 0 0 亿m 3 ，约占全国总用水量的8 4 h 如。近年来，由于我国人口的不断增长以及生 活水平的不断提高，灌溉的农田和可开垦的耕地还要增加，农业用水量也势必 会有所增长。 3 ) 水产养殖。由于具有较高的生物生产力，水源生态系统往往成为水产养 殖的重要基地。适当的发展养殖业，利用水体生态系统中食物链的相互关系， 山东建筑大学硕士学位论文 可以有效地增加水体的净化能力。但如果放养密度过高抑或投饵过量以及引种 不当，当养殖活动期间水体增加的物质量大于水体的自净容量，往往会导致水 体快速富营养化。因此，作为饮用水源的湖库，不能为眼前的利益而是水源受 到污染。以饮用水源为主要功能的湖库，应禁止网箱养鱼或严格控制养殖业发 展的规模。 4 ) 休闲娱乐。在部分水源地，还具有自然光、旅游和娱乐等美学方面的功 能。滇池、太湖、洱海等都是著名的旅游风景区，除了创造直接地经济效益外， 还具有重要的文化价值。但以饮用水源为主要功能之一的水源地，应进行合理 的规划和设计，防止水源受到外来污染而影响水源的使用功能。 除了以上的使用功能外，水源还具有消减洪峰以及作为动物栖息地的功能。 虽然水源具有多种功能，但饮用水源的首要基本功能是向居民提供合格的饮用 水源，对于大多数重要水源而言，为了确保人民群众饮用安全，应该维持其饮 用水源的专一功能。本文所要研究的是水源作为饮用水源的功能。 ( 3 ) 水源的生态系统 按照水体状态的不同，可把水源生态系统分为静水生态系统和流水生态系 统。其中池塘、湖库等属于典型的静水生态系统；小溪、河流等属于流水生态 系统。 水源生态系统就是把水源水体看做是完整的生态系统，是具有水的栖息地。 该生态系统的健康性、稳定性和可持续性对于饮用水源的水质具有非常重要的 影响。水源生态系统对人类具有重要作用，具体体现在以下2 个方面：一方面， 水源生态系统是生活和工农业生产用水的主要来源；另一方面，在水文循环中， 水源生态系统具有重要的作用。 一个健康的具有良性循环的水源生态系统，应尽可能维持在较低生产力水 平，能充分发挥生态系统的自我维持功能，依靠水体本身的净化能力维持其对 外界干扰和污染物等的抵御潜能。因此，人类不应以短期的经济利益为目的， 提高水源生态系统的生产力水平，这样会加速水源生态系统的演化过程，势必 导致水源生态系统的退化和水质的逐步下降。 ( 4 ) 饮用水源的污染类型和主要污染途径 饮用水源中的污染物有些来自自然界岩石的风化和侵蚀，而有些则主要来 山东建筑人学硕士学位论文 自于工厂、农田肥料和农药的使用以及其他人类活动等嘲。饮用水源的主要污 染类型大体来说主要有以下几种：物理污染、细菌和微生物污染、富营养化污染、 有机物污染、毒性物质污染、酸碱以及无机物污染等。因此可以看出，受污染 的饮用水源的成分非常复杂，一般同时存在着胶体颗粒、无机离子、溶解性有 机物、不溶解性有机物等，这些污染物还可能通过相互的作用和影响，构成对 水源水质的污染。 引起地表水体污染的污染源各不相同、污染物质的种类繁多，从而导致不 同的水体往往表现出不同的污染特征。到目前为止，还没有最佳的抑或统一的 污染源分类方法。分类方法不同，污染物所属的类型也各异。目前对饮用水源 污染的分类通常根据污染物的来源以及其污染的主要途径，把它分为外源污染 和内源污染。 外源污染主要是指水在人类行为活动下所造成的污染，也就是水在社会循 环过程中造成的污染，故又称为社会活动污染嘲。例如水体中的氮磷污染主要 来自于生活污水、农业排水的排放以及农业化肥、农药的使用。外源污染根据 污染物的扩散途径的不同也可以分为点源污染和面源污染，例如生活污水和工 业废水的排放属于点源污染，地表径流、大气降水等属于面源污染。研究资料 表明，饮用水源的外源污染是水源水质受污染的最根本和最终的污染源，因此 要控制饮用水源的污染，必须要切实有效地严格控制水源的外源污染途径。 内源污染，也称为自然污染，就是水在自然循环过程中造成的污染。例如， 来自于生长在水体中生物群体的代谢产物和分泌物对水体造成的污染就属于内 源污染。此为内源分泌物也包括水源生态系统内部在转化过程中产生的污染物。 比如在特定的条件下，由于水源生态系统退化或遭到破坏，水体中的某些本来 无毒的物质与污染水体或其中的有毒污染物发生相互作用，就会转化为有毒有 害物质。这种转化在水体的自然循环和饮用水处理过程中常常发生，并且往往 与水质既定的目标相悖，从而对饮用水的安全构成了威胁。在某些情况下，即 使切断了外源污染，但内源污染也可能长期发生作用，因此大大增加了饮用水 的水质安全风险。 ( 5 ) 饮用水源污染对人体健康以及后续水处理工艺的影响 保护水源对于保证人类健康至关重要。随着经济社会的发展，水源污染成 山东建筑大学硕士学位论文 为当今世界范围所面临的普遍问题。随着人工合成有机物质的日益增多，以及 这些化学物质不断地通过人类活动进入水体，使得水源中的杂质种类和数量也 在不断增加，从而导致水源水质的不断恶化。 据有关资料表明，国内外7 0 - _ 8 0 的人类疾病与水污染密切相关砼钔。全世 界每年至少有5 0 0 万人死于与水有关的疾病。水源污染能引起一系列的疾病和 健康问题，如介水传染病、生物地球化学性疾病、急慢性中毒以及远期危害等。 多数研究表明，饮用水氯化产生的消毒副产物与癌症有关，长期接触或饮用受 三致( 致癌、致畸、致突变) 物质污染的水，可使饮用人群中的癌症发病率增 高。 水源污染不仅给人类的健康带来难以预测的危害，而且大大增加了后续水 处理的难度。由于目前我国绝大多数水厂采用常规的处理工艺，即混凝沉 淀过滤消毒，因此使处理后饮用水水质的安全性得不到有效的保证。 水源污染的日趋严重以及有机污染成分的增多，使得当前的给水处理厂为了保 障饮水的安全和管网水的生物稳定性，不得不加大混凝剂和消毒剂的剂量，这 势必会导致处理成本的大幅增加，而且还会因为传统的净水工艺对水中微量有 机污染物没有明显的处理效果，导致氯化后的出水致突变活性有所增加，从而 造成水质毒理学安全性下降，严重影响人体的健康。 ( 6 ) 饮用水水质安全保障体系的关键环节 饮用水水质安全保障是一项系统工程，必须从水质安全保障的系统观出发。 为了保障饮用水安全、清洁和可靠，供水系统的各个组成部分，从源头保护到 饮用水的处理和输送再到用户，必须作为一个整体进行管理。饮用水水质安全 保障系统的关键环节如下所示： 水源保护一水厂净化一管网输配一用户终端 因此水质安全保障系统应该包括以下几个要素：保障水源所提供的原水 质量是保障饮用水水质安全的根本。因此需要在准确把握水源水质变化规律的 基