南京夾江飲用水源地安全評(píng)價(jià)

摘要

提出飲用水源地的陸域安全評(píng)價(jià)是其安全評(píng)價(jià)的重要組成部分，將南京市夾江水源地安全評(píng)價(jià)過(guò)程分為水質(zhì)評(píng)價(jià)和陸域安全評(píng)價(jià)兩部分，選用化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽（以N計(jì)）作為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)測(cè)取17個(gè)采樣點(diǎn)水樣各指標(biāo)濃度，分析得到其水質(zhì)處于基本安全級(jí)別；從影響陸域安全的自然生態(tài)和人類(lèi)活動(dòng)等因素出發(fā)，基于遙感和GIS技術(shù)，擬定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，研究表明其陸域絕大部分處于安全級(jí)別。因此，夾江飲用水源地處于基本安全等級(jí)。

關(guān)鍵詞陸域安全評(píng)價(jià)；水質(zhì)評(píng)價(jià)；飲用水源地；南京夾江

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3；X824；X826；X87文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）05-197-02

作者簡(jiǎn)介

鄒樹(shù)平（1987-），男，江蘇灌云人，助理工程師，碩士，從事地圖設(shè)計(jì)與制圖工作。

收稿日期2015-01-04

水源地安全評(píng)價(jià)是水處理的基礎(chǔ)，是保障水廠出水安全的前提。水源地安全評(píng)價(jià)也使得相關(guān)部門(mén)能夠了解水源地安全的現(xiàn)狀及其變化趨勢(shì)，有利于水源地保護(hù)工作的開(kāi)展?，F(xiàn)階段的水源地安全評(píng)價(jià)的定量研究主要集中于水質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)于影響其陸域安全的自然因素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的研究較少。而水源地既包括一定的水域，也包括相應(yīng)的陸域。筆者在此從水質(zhì)安全和陸域安全2個(gè)方面對(duì)南京夾江水源地安全評(píng)價(jià)進(jìn)行定量研究。

1資料與方法

1.1研究區(qū)范圍

夾江飲用水源地處于長(zhǎng)江南京段上游，位于南京市河西地區(qū)（秦淮新河口至三汊河口）與江心洲（洲頭至洲尾）之間，年取水量約380 000 m3，為南京全市提供80%以上的自來(lái)水供應(yīng)，是南京市目前最主要的飲用水源地。在原夾江水源地保護(hù)區(qū)范圍[1]劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)河流等自然分界并參考上海市黃浦江飲用水源保護(hù)區(qū)具體范圍[2]的劃定，將研究區(qū)范圍設(shè)定為江寧區(qū)自來(lái)水廠取水口到上游秦淮新河（4.5 km）、北河口水廠取水口到下游三汊河（3.5 km）、夾江水道中心線向兩側(cè)約2 km范圍的水域和陸域，面積約為47 km2。

1.2數(shù)據(jù)及處理

用于指示長(zhǎng)江南京段水質(zhì)狀況的主要污染物指標(biāo)有高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、石油類(lèi)等[3]。根據(jù)飲用水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]以及數(shù)據(jù)獲取的難易程度，選用化學(xué)需氧量、氨氮、硝酸鹽（以N計(jì)）作為研究區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)。設(shè)計(jì)17處研究區(qū)水樣采集點(diǎn)，包含了5個(gè)入河口點(diǎn)，其他采樣點(diǎn)處岸邊均為泥質(zhì)岸灘。采樣點(diǎn)較均勻地分布在夾江兩岸。在實(shí)驗(yàn)室分別采用重鉻酸鉀法測(cè)定化學(xué)需氧量濃度，納氏試劑光度法測(cè)定氨氮濃度，酚二磺酸比色法測(cè)定硝酸鹽（以N計(jì)）濃度[5]。

實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)如水文觀測(cè)、氣象觀測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、GPS定點(diǎn)實(shí)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等均是GIS研究中空間數(shù)據(jù)的重要來(lái)源。但這些數(shù)據(jù)往往是離散的樣本數(shù)據(jù)。離散的數(shù)據(jù)無(wú)法直接反映要素的空間分布特性，需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值空間化處理。該研究的定點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)主要有研究區(qū)陸域范圍內(nèi)的點(diǎn)源污染，由于數(shù)據(jù)樣本較少、相互獨(dú)立且不符合正態(tài)分布的要求，不適合使用復(fù)雜地統(tǒng)計(jì)插值方法，而采用相對(duì)合適的常規(guī)確定性插值方法進(jìn)行處理，得到較好的數(shù)值空間化結(jié)果；對(duì)于人口、農(nóng)藥、化肥等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則采取建立普查小區(qū)，對(duì)普查小區(qū)的多邊形賦值來(lái)進(jìn)行數(shù)值空間化處理。使用由AVNIR-2傳感器獲取的10 m空間分辨率ALOS影像數(shù)據(jù)，制定研究區(qū)土地利用分類(lèi)表，結(jié)合目視解譯知識(shí)和實(shí)際調(diào)研資料，獲得研究區(qū)土地利用分類(lèi)圖。

1.3水質(zhì)安全評(píng)價(jià)

按照文獻(xiàn)[4]中水質(zhì)安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)地采樣并測(cè)取樣品各項(xiàng)目指標(biāo)的濃度值，與表1的標(biāo)準(zhǔn)限值比對(duì)，確定單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指數(shù)，如樣品化學(xué)需氧量濃度值>20 mg/L且≤30 mg/L，則該樣品的評(píng)價(jià)指數(shù)為4。根據(jù)計(jì)算得出的常規(guī)項(xiàng)目和有毒有機(jī)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指數(shù)，選取最高（最差）指數(shù)作為夾江水源地水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)等級(jí)分為安全、基本安全和不安全3個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)指數(shù)是1和2為安全等級(jí)，評(píng)價(jià)指數(shù)是3為基本安全等級(jí)，評(píng)價(jià)指數(shù)是4和5為不安全等級(jí)。

1.4陸域安全評(píng)價(jià)

1.4.1

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

針對(duì)研究區(qū)陸域的特點(diǎn)，以生態(tài)活力、生態(tài)阻力、生態(tài)承載力3個(gè)準(zhǔn)則來(lái)分析影響其安全的自然生態(tài)因素以及點(diǎn)源、面源污染因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等。根據(jù)主導(dǎo)性、相對(duì)獨(dú)立性、差異性、可定量化等指標(biāo)選取原則，建立夾江水源地陸域安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表2）。

1.4.1.1

生物豐度指數(shù)。

生物豐度指數(shù)=

Abio×∑SiWiStotal，

式中，Abio表示全國(guó)豐度指數(shù)的歸一化系數(shù)，取值為400.62[6]；Si表示研究區(qū)土地利用類(lèi)型i的面積；Wi表示研究區(qū)土地利用類(lèi)型i的權(quán)重值，i為林地、草地、水域、耕地和園地、建設(shè)用地、其他用地等類(lèi)型，其權(quán)重分別為0.35、0.21、0.28、0.11、0.04和0.01[7]；Stotal表示研究區(qū)土地總面積。

1.4.1.2

區(qū)域開(kāi)發(fā)指數(shù)。

區(qū)域開(kāi)發(fā)指數(shù)=（農(nóng)村建設(shè)用地面積+城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積）/土地總面積×100%。

1.4.1.3

植被指數(shù)（NDVI）。

NDVI =（ρNIR-ρR）/（ρNIR+ρR），

式中，ρNIR和ρR分別指影像近紅外波段和紅外波段的地表反射率。

1.4.1.4

農(nóng)藥使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度。通過(guò)查找南京市統(tǒng)計(jì)年鑒獲得各行政區(qū)農(nóng)藥、化肥施用的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算南京各個(gè)行政區(qū)單位耕地和園地面積農(nóng)藥、化肥的值，即農(nóng)藥使用強(qiáng)度和化肥使用強(qiáng)度。

1.4.1.5

企業(yè)污染強(qiáng)度。對(duì)于研究區(qū)內(nèi)尚存的企業(yè)，可以設(shè)定這些企業(yè)的污染排放符合相關(guān)污染物標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于符合污染排放標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)，暫不考慮排放污染物的類(lèi)型，而將企業(yè)污染排放量作為企業(yè)污染強(qiáng)度的量化指標(biāo)。利用反距離權(quán)重（Inverse Distance Weighted，IDW）插值方法對(duì)研究區(qū)內(nèi)企業(yè)污染的排放量進(jìn)行空間插值，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到企業(yè)污染強(qiáng)度的空間分布。

1.4.1.6

人口密度。通過(guò)劃分人口普查小區(qū)實(shí)現(xiàn)空間化，研究區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民地人口密度使用江心洲居民總戶數(shù)與居民地面積的比值表示，城市住宅小區(qū)的人口密度即為每個(gè)居民小區(qū)的人口（總戶數(shù)）與面積的比值。

1.4.2

評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于未作標(biāo)準(zhǔn)化處理的指標(biāo)，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行處理。與評(píng)價(jià)目標(biāo)正相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差標(biāo)準(zhǔn)化使用公式A=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100進(jìn)行計(jì)算，

與評(píng)價(jià)目標(biāo)負(fù)相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差標(biāo)準(zhǔn)化使用公式A=100-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100進(jìn)行計(jì)算，

式中，A為標(biāo)準(zhǔn)化值，X為實(shí)測(cè)值，Xmax為實(shí)測(cè)值中的最大值，Xmin為實(shí)測(cè)值中的最小值。

1.4.3

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定。

采用層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，具體步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。

1.4.4

安全評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算。

其計(jì)算公式為ESI=∑ni=1Wi×Ci，

式中，ESI是指安全評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，Wi是指i因子權(quán)重值，Ci是指i因子的無(wú)量綱化值。

1.4.5

安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定。建立如表3所示的綜合指數(shù)取值區(qū)間、安全評(píng)價(jià)指數(shù)與生態(tài)安全等級(jí)對(duì)應(yīng)表。如當(dāng)綜合指數(shù)取值在≥0且<20時(shí)，安全評(píng)價(jià)指數(shù)為5；當(dāng)安全評(píng)價(jià)指數(shù)為4或5時(shí)，安全等級(jí)為不安全。

2結(jié)果與分析

在水質(zhì)安全評(píng)價(jià)過(guò)程中，選取17個(gè)采樣點(diǎn)，其中包含了5個(gè)入河口點(diǎn)，其他采樣點(diǎn)處岸邊均為泥質(zhì)河灘。實(shí)驗(yàn)室測(cè)量得到的水質(zhì)指標(biāo)濃度顯示，編號(hào)為1的水樣氨氮濃度和化學(xué)需氧量濃度高于均值，編號(hào)為2、3、16的水樣氨氮濃度和硝酸鹽濃度高于均值。究其原因，采樣點(diǎn)1、3、16位于入河口處，采樣點(diǎn)2位于渡船碼頭附近。研究區(qū)常規(guī)項(xiàng)目評(píng)價(jià)中，編號(hào)為1、2、3、16的水樣常規(guī)評(píng)價(jià)指數(shù)為3，處于基本安全級(jí)別，其他水樣評(píng)價(jià)指數(shù)為2，處于安全級(jí)別；有毒有機(jī)項(xiàng)目的水樣評(píng)價(jià)指數(shù)為1，處于安全級(jí)別。由此可知，夾江水源地水質(zhì)處于基本安全等級(jí)。

在陸域安全評(píng)價(jià)過(guò)程中，通過(guò)層次分析法獲得指標(biāo)權(quán)重，分別記生物豐度指數(shù)、植被指數(shù)（NDVI）、區(qū)域開(kāi)發(fā)指數(shù)、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度、企業(yè)污染強(qiáng)度、人口密度圖層分別為L(zhǎng)yr1、Lyr2、Lyr3、Lyr4、Lyr5、Lyr6、Lyr7，則可得安全綜合指數(shù)ESI的圖層運(yùn)算公式為：LyrESI=0.055×Lyr1+0.165×Lyr2+0.067×Lyr3+0.178×Lyr4+0.112×Lyr5+0.369×Lyr6+0.054×Lyr7。結(jié)果顯示，研究區(qū)陸域安全綜合指數(shù)值主要集中在60～100，少部分范圍處于40～60。與表3對(duì)照可知，綜合指數(shù)取值處于40～60為基本安全級(jí)別，處于60～100為安全級(jí)別。因此，研究區(qū)陸域絕大部分地區(qū)處于安全等級(jí)。

3 結(jié)論

從影響飲用水源地安全的因素得出，評(píng)價(jià)飲用水源地安全狀況既要定量分析其水質(zhì)安全，也要定量評(píng)價(jià)水源地陸域安全，并取較差等級(jí)最終評(píng)價(jià)結(jié)果。研究表明，南京夾江水源地水質(zhì)處于基本安全等級(jí)，陸域處于為安全等級(jí)。由此得到，夾江飲用水源地安全評(píng)價(jià)結(jié)果為基本安全等級(jí)。

為了提高夾江飲用水源的安全性，應(yīng)繼續(xù)對(duì)研究區(qū)的污染企業(yè)進(jìn)行治理和搬遷，減少企業(yè)污染和農(nóng)藥化肥的使用；控制輪渡碼頭的污染；對(duì)荒地等未利用地進(jìn)行合理規(guī)劃，提高城市綠地面積。

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責(zé)任編輯喬利利責(zé)任校對(duì)李巖