南京夾江飲用水源地安全評價

摘要

提出飲用水源地的陸域安全評價是其安全評價的重要組成部分，將南京市夾江水源地安全評價過程分為水質評價和陸域安全評價兩部分，選用化學需氧量、氨氮、硝酸鹽（以N計）作為水質評價指標，試驗測取17個采樣點水樣各指標濃度，分析得到其水質處于基本安全級別；從影響陸域安全的自然生態和人類活動等因素出發，基于遙感和GIS技術，擬定評價指標體系，構建評價模型，研究表明其陸域絕大部分處于安全級別。因此，夾江飲用水源地處于基本安全等級。

關鍵詞陸域安全評價；水質評價；飲用水源地；南京夾江

中圖分類號S181.3；X824；X826；X87文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-197-02

作者簡介

鄒樹平（1987-），男，江蘇灌云人，助理工程師，碩士，從事地圖設計與制圖工作。

收稿日期2015-01-04

水源地安全評價是水處理的基礎，是保障水廠出水安全的前提。水源地安全評價也使得相關部門能夠了解水源地安全的現狀及其變化趨勢，有利于水源地保護工作的開展。現階段的水源地安全評價的定量研究主要集中于水質評價，對于影響其陸域安全的自然因素以及社會經濟因素的研究較少。而水源地既包括一定的水域，也包括相應的陸域。筆者在此從水質安全和陸域安全2個方面對南京夾江水源地安全評價進行定量研究。

1資料與方法

1.1研究區范圍

夾江飲用水源地處于長江南京段上游，位于南京市河西地區（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%以上的自來水供應，是南京市目前最主要的飲用水源地。在原夾江水源地保護區范圍[1]劃分的基礎上，根據河流等自然分界并參考上海市黃浦江飲用水源保護區具體范圍[2]的劃定，將研究區范圍設定為江寧區自來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約2 km范圍的水域和陸域，面積約為47 km2。

1.2數據及處理

用于指示長江南京段水質狀況的主要污染物指標有高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、石油類等[3]。根據飲用水源地水質評價標準[4]以及數據獲取的難易程度，選用化學需氧量、氨氮、硝酸鹽（以N計）作為研究區水質評價的指標。設計17處研究區水樣采集點，包含了5個入河口點，其他采樣點處岸邊均為泥質岸灘。采樣點較均勻地分布在夾江兩岸。在實驗室分別采用重鉻酸鉀法測定化學需氧量濃度，納氏試劑光度法測定氨氮濃度，酚二磺酸比色法測定硝酸鹽（以N計）濃度[5]。

實際觀測數據如水文觀測、氣象觀測、環境監測、GPS定點實測所獲得的數據，以及社會經濟等統計數據等均是GIS研究中空間數據的重要來源。但這些數據往往是離散的樣本數據。離散的數據無法直接反映要素的空間分布特性，需要對其進行數值空間化處理。該研究的定點觀測數據主要有研究區陸域范圍內的點源污染，由于數據樣本較少、相互獨立且不符合正態分布的要求，不適合使用復雜地統計插值方法，而采用相對合適的常規確定性插值方法進行處理，得到較好的數值空間化結果；對于人口、農藥、化肥等統計數據則采取建立普查小區，對普查小區的多邊形賦值來進行數值空間化處理。使用由AVNIR-2傳感器獲取的10 m空間分辨率ALOS影像數據，制定研究區土地利用分類表，結合目視解譯知識和實際調研資料，獲得研究區土地利用分類圖。

1.3水質安全評價

按照文獻[4]中水質安全評價方法進行試驗，實地采樣并測取樣品各項目指標的濃度值，與表1的標準限值比對，確定單項指標的評價指數，如樣品化學需氧量濃度值>20 mg/L且≤30 mg/L，則該樣品的評價指數為4。根據計算得出的常規項目和有毒有機項目的評價指數，選取最高（最差）指數作為夾江水源地水質狀況評價結果。評價等級分為安全、基本安全和不安全3個等級，評價指數是1和2為安全等級，評價指數是3為基本安全等級，評價指數是4和5為不安全等級。

1.4陸域安全評價

1.4.1

評價指標體系。

針對研究區陸域的特點，以生態活力、生態阻力、生態承載力3個準則來分析影響其安全的自然生態因素以及點源、面源污染因素和社會經濟因素等。根據主導性、相對獨立性、差異性、可定量化等指標選取原則，建立夾江水源地陸域安全評價指標體系（表2）。

1.4.1.1

生物豐度指數。

生物豐度指數=

Abio×∑SiWiStotal，

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

1.4.1.2

區域開發指數。

區域開發指數=（農村建設用地面積+城鎮建設用地面積）/土地總面積×100%。

1.4.1.3

植被指數（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

農藥使用強度、化肥使用強度。通過查找南京市統計年鑒獲得各行政區農藥、化肥施用的相關統計數據，計算南京各個行政區單位耕地和園地面積農藥、化肥的值，即農藥使用強度和化肥使用強度。

1.4.1.5

企業污染強度。對于研究區內尚存的企業，可以設定這些企業的污染排放符合相關污染物標準。對于符合污染排放標準的企業，暫不考慮排放污染物的類型，而將企業污染排放量作為企業污染強度的量化指標。利用反距離權重（Inverse Distance Weighted，IDW）插值方法對研究區內企業污染的排放量進行空間插值，并進行標準化處理，得到企業污染強度的空間分布。

1.4.1.6

人口密度。通過劃分人口普查小區實現空間化，研究區內農村居民地人口密度使用江心洲居民總戶數與居民地面積的比值表示，城市住宅小區的人口密度即為每個居民小區的人口（總戶數）與面積的比值。

1.4.2

評價指標的標準化。對于未作標準化處理的指標，采用極差標準化方法進行處理。與評價目標正相關的評價指標的極差標準化使用公式A=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100進行計算，

與評價目標負相關的評價指標的極差標準化使用公式A=100-（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100進行計算，

式中，A為標準化值，X為實測值，Xmax為實測值中的最大值，Xmin為實測值中的最小值。

1.4.3

評價指標權重的確定。

采用層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）確定各個評價指標的權重，具體步驟詳見文獻[8]。

1.4.4

安全評價指數的計算。

其計算公式為ESI=∑ni=1Wi×Ci，

式中，ESI是指安全評價綜合指數，Wi是指i因子權重值，Ci是指i因子的無量綱化值。

1.4.5

安全等級標準的制定。建立如表3所示的綜合指數取值區間、安全評價指數與生態安全等級對應表。如當綜合指數取值在≥0且<20時，安全評價指數為5；當安全評價指數為4或5時，安全等級為不安全。

2結果與分析

在水質安全評價過程中，選取17個采樣點，其中包含了5個入河口點，其他采樣點處岸邊均為泥質河灘。實驗室測量得到的水質指標濃度顯示，編號為1的水樣氨氮濃度和化學需氧量濃度高于均值，編號為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1、3、16位于入河口處，采樣點2位于渡船碼頭附近。研究區常規項目評價中，編號為1、2、3、16的水樣常規評價指數為3，處于基本安全級別，其他水樣評價指數為2，處于安全級別；有毒有機項目的水樣評價指數為1，處于安全級別。由此可知，夾江水源地水質處于基本安全等級。

在陸域安全評價過程中，通過層次分析法獲得指標權重，分別記生物豐度指數、植被指數（NDVI）、區域開發指數、農藥使用強度、化肥使用強度、企業污染強度、人口密度圖層分別為Lyr1、Lyr2、Lyr3、Lyr4、Lyr5、Lyr6、Lyr7，則可得安全綜合指數ESI的圖層運算公式為：LyrESI=0.055×Lyr1+0.165×Lyr2+0.067×Lyr3+0.178×Lyr4+0.112×Lyr5+0.369×Lyr6+0.054×Lyr7。結果顯示，研究區陸域安全綜合指數值主要集中在60～100，少部分范圍處于40～60。與表3對照可知，綜合指數取值處于40～60為基本安全級別，處于60～100為安全級別。因此，研究區陸域絕大部分地區處于安全等級。

3 結論

從影響飲用水源地安全的因素得出，評價飲用水源地安全狀況既要定量分析其水質安全，也要定量評價水源地陸域安全，并取較差等級最終評價結果。研究表明，南京夾江水源地水質處于基本安全等級，陸域處于為安全等級。由此得到，夾江飲用水源地安全評價結果為基本安全等級。

為了提高夾江飲用水源的安全性，應繼續對研究區的污染企業進行治理和搬遷，減少企業污染和農藥化肥的使用；控制輪渡碼頭的污染；對荒地等未利用地進行合理規劃，提高城市綠地面積。

參考文獻

[1]

江蘇省人民政府.省政府關于全省縣級以上集中式飲用水源地保護區劃分方案的批復[EB/OL].http：//www.js.gov.cn/xxgk/szfwj/gthb/index_8.html.

[2] 上海市人民政府.上海市飲用水水源保護條例[EB/OL].http：//www.sepb.gov.cn/fa/cms/shhj//shhj2095/shhj2097/2010/01/20657.htm.

[3] 南京市環境保護局.南京市環境狀況公報[EB/OL].http：//www.njhb.gov.cn/col/col28/index.html.

[4] 國家環境保護總局.GB3838-2002 地表水環境質量標準[S].北京：中國環境科學出版社，2002.

[5] 中國標準出版社第二編輯室.環境監測方法標準匯編—水環境[M].北京：中國標準出版社，2007.

[6] 彭士濤.基于3S技術的公路建設生態環境質量評價研究[D].北京：中國農業科學院，2006.

[7] 國家環境保護總局.HJ/T192-2006 生態環境狀況評價技術規范[S].北京：中國環境科學出版社，2006.

[8] SAATY T L.Decision making with the analytic hierarchy process[J]. Int J Services Sciences， 2008， 1（1）：83-98.

責任編輯喬利利責任校對李巖