农村饮用水保护措施及风险评价模型构建.pdf

第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023收稿日期 2023-03-22作者简介 冯少辉(1980-),女,河北邢台人,工程师,硕士,研究方向为水文水资源;张伟(1981-),男,湖北天门人,高级工程师,学士,研究方向为工程建设、运行管理.doi:10.3969/j.issn.1006-7175.2023.09.002农村饮用水保护措施及风险评价模型构建冯少辉1,张 伟2(1.河南灵捷水利勘测设计研究有限公司,河南 南阳 473000;2.中国南水北调集团江汉水网建设开发有限公司,武汉 430040)摘 要以河南省平顶山市白龟山水库为例,通过对水源地安全保护措施现状和水质影响因素的分析,构建水库水源地饮用水质量评价耦合模型。在实验中,采用白龟山水库水源地安全区 1995-2021 年的数据进行分析对比,结果显示研究提出的耦合模型在常规检测评价中偏差值仅为 0.044。同时,在 2005-2021 年期间,随着白龟山水库水源地保护区的建设完善,水源地安全措施评价和水质风险评价之间的耦合值不断上升,证明该方法在农村饮用水保护评价中的有效价值。关键词饮用水;风险评价;常规指标;白龟山水库中图分类号 TV213 文献标识码 A 文章编号 1006-7175(2023)09-0009-05Rural Drinking Water Protection Measures and Risk Assessment Model ConstructionFENG Shao-hui1,ZHANG Wei2(1.Henan Lingjie Water Conservancy Survey Design and Research Co.Ltd.,Nanyang 473000,Henan,China;2.China South-to-North Water Diversion Jianghan Water Network Construction and Development Co.Ltd.,Wuhan 430040,Hubei,China)Abstract:Taking the Baigushan reservoir in Pingdingshan city,Henan province as an example,the study established a coupling model for drinking water quality evaluation in the water source area of the reservoir by analyzing the current situation of safety protection measures and factors affecting water quality in the water source area.In the experiment,the data from 1995 to 2021 in the water source safety zone of Baiguishan reservoir were used for analysis and comparison.The data showed that the deviation value of the coupling model proposed in the study was only 0.044 in the conventional detection and evaluation.At the same time,during the period 2005-2021,with the construction and improvement of the Baiguishan reservoir water source protection area,the coupling value between the water source safety measures evaluation and the water quality risk evaluation continued to rise.Experiments have proved the effective value of this method in rural drinking water protection evaluation.Key words:drinking water;risk assessment;routine indicators;Baiguishan reservoir9第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,20230 引 言水资源是人类生存发展的核心资源,只有切实保障农村饮水安全,才能在保证生命健康的同时带动农村地区的经济发展。因此,应高度重视农村饮水安全问题,采取科学有效措施,提高农村饮水质量和农民的生活质量。虽然农村已建设集中式供水工程,但规模较小,多由农民直接管理,管理水平相对落后。为此,许多学者进行了相关研究。郭明1就农村饮用水的水质安全提出了多项措施,包括做好水资源保护工作、重视饮水安全工程建设、推进农户水表集中安装等。杜崇刚等2以凤翔区农村生活饮用水为调查对象,分析现有的水费收缴和政策执行情况,从政策执行的角度研究农村饮用水的保护。王晓飞等3分析了农村饮用水的不安全因素,并在经济领域提出了优化对策。基于国内对农村饮用水安全保护措施的研究成果,本文以河南省平顶山市白龟山水库水源地保护区为例,构建水源地安全措施与水质检测评价耦合模型,以期通过模型构建为水源地保护区建设提供科学有效的评价方法,从而指导农村饮用水保护措施的改进。1 农村饮用水安全工程评价及饮用水质量评价耦合模型1.1 农村饮用水安全工程保护措施分析农村饮用水的供水以及安全保护是我国重要的民生基础工程。由于农村饮用水关系到农村居民的生活质量和环境质量,同时也是我国农业经济发展和贫困地区农民脱贫增收的前置条件4。因此,我国历来重视农村的供水以及安全保护问题,同时也取得一定成就。截至 2021 年底,全国农村自来水普及率达到 84%,农村供水保障水平显著提升,提前达到预期目标。但相较于城市供水系统来说,在饮用水的安全工程保护措施上,仍然存在较多的改进空间。随着经济社会的发展,农村生活污水、零散养殖污染、种植业面源污染和农村生活垃圾等农业农村非点源污染来源较广,具有时空分散性、复杂多样性的特性,再加上处理设施不完善,成为影响农村饮用水水质的重要因素5。只有妥善解决农村水源地安全保障问题,不断提升农村饮用水水质,才能持续促进农村人居环境改善、居民生命健康及农村经济社会发展。农村饮用水水质影响因素及保护措施见图 1。图 1 农村饮用水水质影响因素及保护措施 从图 1 可以看出,对于农村饮用水的保护措施主要从水源地入手。为了更好地保护农村饮用水水源,可采取以下措施:根据农村水环境保护的特性,建立完善并与之相适应的农村水环境管理体制和保障法规体系。加强水源保护和水质监测,采取措施强化水源保护区的设定和各种水源地的保护管理,保障供水水源的水质安全6。创新激励机制,发展生态农业,进一步加强对农村生活垃圾、污水、农业废弃物等治理和资源化利用,并充分利用现代媒体,加强资源化利用、节水和保护水源地安全等方面的宣传,鼓励公众参与7。本次研究以白龟山水库集中式饮用水水源地保护专项为例进行分析。该地区季节性缺水现象突出,水量、水质无保障。在以白龟山水库为中心建设了供水系统之后,当地农村饮用水情况得到极大改善。供水工程不仅提高了农村集中供水率,同时也推动了农村供水城市化、城乡供水一体化发展。农村饮用水水源地主要分为河流型、湖泊型、水库型以及地下水型8-9。因此,本次研究将构建水库型水源地的综合评价,对水质评价模型进行耦合分析10,目的在于验证当前水库水源地的保护状况以及水质保护措施的合理性。01冯少辉,等:农村饮用水保护措施及风险评价模型构建第 9 期1.2 水源地评价及水体饮用水质量评价耦合模型的构建水库型水源地的安全工程具有稳定、封闭的特点。因此,对于水库水源地的评价不能仅从内部指标观察,外部指标如管理政策、工程实施等方面因素,同样对水库型水源地的安全质量具有重要影响。以水质优良的白龟山水库为中心,建设了当地的供水系统。在白龟山水库水源保护中,采取了包括保护区规划、排污口和违章建筑的拆除或关闭、农业面源污染及生活污水治理等措施。在水库水质评价中,本次研究以当前保护措施为基础,采用常规检测的多项指标进行分析。两者的评价模型见表 1。表 1 水库水源地的安全保护措施评价及水质评价模型评价系统一级指标二级指标指标含义水库水源地的安全保护措施评价系统生态环境评价安全工程管理措施评价水源地植被覆盖率(O1)绿化覆盖面积/安全工程总建成面积水源地水生状态(O2)水库生物环境评价生态管理政策(O3)外部政策指标水库安全监控措施(E1)内部管理指标水库安全巡查措施(E2)内部管理指标水库安全应急措施(E3)应急预案和应急演练评价水源地水质评价指标水质评价水资源评价常规水质情况(Q1)地表水环境质量标准水体浑浊度(Q2)浊度水源地面源污染情况(Q3)农业生产、生活污染水质相关政策(Q4)外部政策指标人均水资源(R1)水资源总量/总人口废水处理资金投入占比(R2)废水治理投资总额/GDP水环境资源开发投资占比(R3)水资源开发投资总额/GDP 从表 1 可以看出,在水库型农村饮用水水源地的安全保护措施评价中,采用安全区内生态环境指标和安全工程管理措施两个指标进行分析。其中,生态环境指标包含水源地植被覆盖率、水源地水生状态以及生态管理政策 3 个二级指标。在安全工程管理措施评价指标中,包含监控措施、巡查措施以及应急措施 3 个二级指标。在水源地的水质评价系统中,水质和水资源利用开发作为两个一级指标进行衡量。水质评价包含常规水质检测、水体浑浊度、水源地面源污染情况以及水质相关政策 4 个指标;水资源利用开发包含人均水资源、废水处理资金投入占比和水环境资源开发投资占比 3 个二级指标。在模型中,综合评价值采用熵值法进行计算,公式如下:ei=niwipij(1)式中:n 为指标 i 的样本数量;wi为指标 i 的权重;pij为指标 i 下第 j 个样本在指标中的占比。通过计算耦合度,量化分析两个系统之间的相互影响作用。耦合度计算公式如下:CD=eemewq/eem+ewq2()212(2)式中:CD 为水源地安全工程管理评价模型和水源地水质环境评价模型的耦合度;eem、ewq分别为安全工程管理评价评价值与水源地水质环境综合评价值。两个模型的耦合协调度和综合发展评价值的计算公式如下:coop=CD12(eem+ewq)dev=12(eem+ewq)(3)式中:coop 为两个评价模型之间的耦合协调度;dev 为两个系统耦合协调发展的综合评价值。2 水源地安全工程与水质评价耦合模型的应用分析 将构建的水源地安全工程与水质评价耦合模型应用于河南省平顶山市白龟山水库的安全11第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,2023工程措施和水质健康风险分析中,本次研究数据来源于河南省水利厅。将本次研究构建的耦合模型和采用资料调查得出的主观评价得分进行对比,具体结果见图 2。图 2 耦合评价模型和资料主观评价的误差分析 本次研究在白龟山水库中随机地点选取 30份水体信息样本数据进行分析,比较模型评价得出的水体常规检测评价和浊度评价。本次研究中,对于水体的常规检测包含地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中的 10 项指标,分别为色度、肉眼可见物、臭和味、pH、电导率、铜、铅、锌、镉、铁。因此,在总体评价得分中,采用 10 分作为评价尺度。从图 2(a)可以看出,研究构建的模型预测偏差值在-2,1 之间。30 份水体样本中,偏差绝对值最大结果为 1.6,偏差绝对值最小结果为 0.1。从图 2(b)可以看出,耦合模型对水体浊度的评价偏差值在-1.6,0.7区间内,平均绝对偏差值为 0.044。通过常规检测评价和水体浑浊度评价后,证明了该耦合模型具备评价的有效性。因此,将耦合模型应用在二级指标水源地面源污染情况中。本次研究选择白龟山水库 1995-2020 年的水体污染情况进行评价,见图 3。图 3 白龟山水库水质污染情况分析 从图 3 可以看出,在世纪初时,当地的水体质量受到污染情况的评价逐年增加,而在2010 年之后开始得到缓解。在 3 种污染源的评价中可以看出,农业生产导致的污染评价值最高,其次为生活废水排放导致的水体污染。本次研究通过熵权法,计算得出全部指标在1995-2020 年间的评价值情况,见表 2。从表 2可以看出,水库水源地安全保护措施评价中的生态环境评价(O)和安全工程管理措施评价(E)全部呈现上升趋势。评价值上升最快的指标为水库安全监控措施(E1),从1995 年的0.100 5 上升至 2020 年的 0.481 0。其中,水源地植被覆盖率(O1)和水源地水生状态(O2)在 2000-2010 年经历了先降后升的趋势,表明在在水库保护区建立21冯少辉,等:农村饮用水保护措施及风险评价模型构建第 9 期之后水生环境生态开始好转。在水源地水质评价指标中,除了水源地面源污染情况(Q3)指标的评价值明确下降以外,其他评价值均为上升趋势。表 2 耦合模型全部二级指标的评价值分析指标199520002005201020152020O10.4430.415 90.381 70.484 10.451 90.499 6O20.402 80.345 90.383 80.467 60.511 40.679 7O30.300 40.319 60.396 10.500 40.499 30.693 9E10.100 50.148 80.167 50.254 10.352 50.481 0E20.302 10.389 10.455 70.543 90.545 70.581 3E30.387 70.452 80.460 40.526 70.534 60.552 3Q10.705 10.632 40.647 20.757 20.873 10.928 5Q20.302 10.308 60.347 30.398 60.410 40.509 2Q30.474 90.517 50.528 70.568 90.435 60.415 8Q40.308 60.347 30.398 60.410 40.509 20.520 5R10.186 20.421 90.5360.310 60.368 10.312R20.307 20.351 20.386 60.426 60.486 20.560 8R30.4430.415 90.381 70.484 10.451 90.499 6 从表 3 可以看出,从 2005-2021 年的趋势来看,水库水源地的安全保护措施评价稳步上升,水源地水质评价指标则呈现迂回式上升。水库水源地的安全保护措施评价从 2005 年的 0.354 1增加至2021 年的0.755 5;而水源地水质综合评价从2005 年的0.445 9 上升,至2021 年回到0.541 1。表 3 白龟山水库 2005-2021 年水源地安全工程与水质评价耦合协调度分析年份水库水源地的安全保护措施评价水源地水质评价指标耦合度耦合协调20050.354 10.445 90.6020.19520070.401 20.413 40.5290.36320090.447 30.462 70.6590.40420110.507 10.381 40.7750.68420130.580 50.458 30.8880.66220150.654 80.494 70.8990.73120170.691 40.563 40.8920.73620190.701 10.565 70.9420.70520210.755 50.541 10.9970.793 根据两个评价模型的综合发展评价值,结合耦合计算模型,可以得出耦合度和协调度。2005-2009 年,两个模型的耦合度均低于 0.5,而在2011 年之后逐渐上升至 0.60.8。结合白龟山水库 2005-2021 年的水源地安全工程与水质评价耦合协调度进行评价分析:当协调度小于 0.5 时,表明两个系统发展失调;协调度为 0.50.7 时,表明水源地安全工程与水质评价初步协调;协调度为 0.70.9 时,表明水源地安全工程与水质评价协调状态良好;协调度大于 0.9 时,表明两个系统发展完全协调。从 2005-2021 年的整体历时性比较可以看出,2005-2009 年,白龟山水库水源地安全工程与水质评价处于失调状态;2010-2013 年,处于初步协调状态;2013-2021 年,处于良好协调状态。3 结 论本次研究通过水源地安全保护措施与水质评价耦合模型对河南省白龟山水库进行了探索分(下转第 18 页)31第 29 卷第 9 期2023 年 9 月水利科技与经济Water Conservancy Science and Technology and EconomyVol.29 No.9September,20234 结 论本文以某地区水资源开发利用数据为研究对象,数据主要来源为水资源公报、区域统计年鉴、水务统计年鉴等,分析该地区的水资源时空变化规律。结论如下:1)当年份为 1990 年时,有最大可利用水量,其值为 59.54108m3;当年份为 2002 年时,有最小可利用水量,其值为 16.42108m3;当年份大于2004 年时,该地区的可利用水量缓慢回升;结余水量与可利用水量的变化趋势具有一致性,其波动范围-22.3110817.56108m3。2)随着年份的变化,不同用水类别的用水量变化规律具有一定的差异性。其中,农业、工业用水量总体呈下降趋势,且农业用水的下降趋势较为显著,农业、工业年均用水下降量分别为0.57108和 0.34108m3/a;生活、生态用水量总体呈上升趋势,且生态用水量的上升趋势较为显著,其用水量增长 18.67108m3。3)随着时间的增大,该地区的信息熵变化逐渐趋于稳定,表明该地区的用水结构较为均衡;而水足迹与信息熵的曲线变化趋势总体一致,表明采用水足迹与信息熵可准确反映该地区的用水结构演变规律。参考文献1 陈帅,吴印德,边圆圆.济宁市 2010-2019 年水足迹分析J.人民黄河,2022,44(S2):86-88.2 宋继鹏,程先,刘秀华.基于水足迹理论的重庆市水资源利用时空分析与评价J.西南大学学报(自然科学版),2022,44(11):166-178.3 刘宁,李华姣,边志强,等.基于空间面板 STIRPAT模型的水足迹影响因素分析:以山东省为例J.生态学报,2022,42(22):9335-9347.4 包雄鹏,辛永君,周冬梅,等.基于水足迹理论的县域农业用水评价及影响因素分析:以甘肃省景泰县为例J.农业工程,2022,12(6):90-99.5 封琼,毕忠飞,刘俊.淮河流域农业水资源压力时空演变及预测分析J.水电能源科学,2022,40(11):27-30.(上接第 13 页)析。在评价偏差分析中,耦合模型对于水体浊度的平均绝对偏差值为 0.044,而常规检测偏差绝对值最大结果为 1.6,偏差绝对值最小结果为 0.1。同时,从 2005-2021 年的整体历时性比较可以看出,2005-2009 年白龟山水库水源地安全工程与水质评价处于失调状态;2010-2013 年处于初步协调状态;2013-2021 年处于良好协调状态。结果表明,本次研究构建的水库安全区保护措施评价与水质评价耦合模型在水库水源地评价分析中具备有效的应用价值。参考文献1 郭明.农村饮用水的不安全因素及对策J.农业科技与信息,2022(10):110-112.2 杜崇刚,文永勤.凤翔区农村生活饮用水水费收缴及水价执行情况调查及对策J.陕西水利,2022(11):109-111.3 王晓飞.农村饮用水的不安全因素研究以及相关的优化对策J.水电水利,2020,4(3):68-69.4 李杰,蒲丹,林勤,等.新疆农村饮用水氟化物监测情况及健康风险评估J.职业与健康,2021,37(20):2799-2802,2808.5 蓝翔,左光应.农村饮用水安全的调查研究J.科技创新导报,2022,19(2):80-82.6 杨铭建,黄信有.2018 年南平市农村集中式供水化学污染物健康危害风险监测评估J.职业与健康,2020,36(6):821-824.7 林丽梅,韩雅清,郑逸芳.农民环境权实现与基层政府环境治理公信力:基于福建省饮用水水源地周边农村的调查J.福建江夏学院学报,2019(1):111-118.8 马力,王志刚,程龙.水利枢纽工程坝后弃渣综合利用方案研究:以南瓜坪水库工程为例J.水利技术监督,2020(5):242-245.9 郝咪娜,王莎,朱春波,等.生态清洁小流域投资指标研究:以生态环境型和生态安全型为例J.水利技术监督,2020(5):246-249.10 黄春华,江星耀,王斌,等.基于闸泵调控引水的感潮河网水质改善研究J.水利规划与设计,2023,231(1):32-35,133.81