地下水飲水安全指標體系構建及評價

荊秀艷，楊紅斌，王文科，曹玉清

1. 西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054；2. 陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710054；3. 長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710054；4. 吉林大學環境與資源學院，吉林 長春 130026

地下水飲水安全指標體系構建及評價

荊秀艷1,2，楊紅斌3，王文科3，曹玉清4

1. 西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安 710054；2. 陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室，陜西 西安 710054；3. 長安大學環境科學與工程學院，陜西 西安 710054；4. 吉林大學環境與資源學院，吉林 長春 130026

提高飲水質量，保證飲水安全，已經成為全球關注的焦點。飲水安全評價是制定水安全保障體系和進行水安全決策的前提和依據。目前，由于飲水安全涉及水質、水量及飲水工程各個方面，難以通過單一指標來反映飲水安全的程。因此如何科學選定項目評價方法并切實指導工程建設實踐，已經成為水利研究必須面對的重要課題。以銀川平原為例，通過水文地質調查，從水源與人類健康角度，考慮地下水質、水量和地質防護性，構建了適合銀川平原特點的飲水安全評價指標體系，并運用層次分析、迭置指數等評價方法，開展了地下水飲水安全評價。評價結果表明：山前洪積傾斜平原，地下水蓋層厚度大，埋藏深，大于5 m，水質相對較好，礦化度小0.5 g·L-1，但水量補給有限，開發過程有必要控制開采量；河湖積平原二級階地大部分地區，水位埋藏淺，小于1 m，蒸發作用強烈，水質及地表防護性能較差，錳、硬度、可溶解性固體、硫酸鹽等指標均已超過三類水質標準，水資源可用作農田灌溉或通過改水措施等再利用，同時應防止三廢排入；河湖積平原二級階地北部、一級階地及黃河東岸為地下水排泄、污水聚集或原生環境氟、硫酸根等元素高含量區域，水質極差，在該區域內應加強溝渠等排水設施的管理，控制化肥農藥的施用量，必要時應采取去氟去鹽等改水措施。

銀川平原；飲水安全；指標體系

飲水安全是全球共同關注的問題（韓冰等，2006）。我國高氟、高砷、苦咸、污染等水質威脅著人們的身體健康，水量不足、取水不便等問題嚴重影響群眾的正常生活，地下水作為飲水工程中的重要水源之一，如何結合有關技術規范和要求對各地方地下水飲水安全進行評價且用以指導安全供給已是當務之急。

目前飲水安全評價研究主要針對環境污染物（生物、化學、物理）對水質影響與人類健康效應的風險評價（朱延美等，2004；王碩等，2009；李曉玲等，2013；Voutchkova等，2014；Stroheker等，2014；Wang等，2014），WHO、EC、USEPA分別制定了《生活飲用水水質準則》《生活飲用水水質指令》《生活飲用水水質標準》等相關規范標準（曾光明和黃瑾輝，2003；張嵐等，2007；甘日華，2007；Dieter，2014）。陳敏建等（2007）、王麗萍等（2008）對具體地區進行評價，周振民和周玉珠（2013）、劉生寶等（2010）從供水角度出發，以 2004年水利部和衛生部制訂的《農村飲水安全衛生評價指標體系》為參照，考慮了水質、水量及供水等3個方面指標，開展了飲水安全評價；王麗紅（2008）、師紅霞等（2014）考慮地下水脆弱性與生態環境因素進行了水源地飲水安全評價，這些評價為對水資源的保護和管理提供了科學依據。但由于各地方地質、氣侯、人類活動以及經濟發展等存在較大差異，用固定或參照的評價方法很難突出地方特點，并合理全面地反映飲水安全程度，因此有必要結合區域的特點提出適合的評價方法。銀川平原地處干旱半干旱地帶，具有上千年灌溉歷史，水質性缺水尤為突出，近年來，國家實施飲水安全工程，解決了大部分農村飲水安全問題，關于飲水安全評價方面，鮮有文獻報道。本文在野外水文地質調查的基礎上，參照水利部和衛生部制訂的《農村飲水安全衛生評價指標體系》要求，結合銀川平原具體條件，從水質、水量及地質環境 3個方面建立了飲水安全評價指標體系，運用層次分析、迭置指數等評價方法，并借助于GIS軟件平臺，開展了銀川平原地下水飲水安全評價，對本區飲水安全工程實施中地下水源地合理規劃、防治改水具有一定的實際意義。

1 評價指標體系構建

依據銀川平原水文地質條件與水資源開發利用特點，從水源與人類健康關系出發，考慮水質、水量、地下水防護性等重要因素，建立水質、水量、地下水防護三位一體的飲水安全評價指標體系，體現地下水系統的安全性。指標等級嚴格按照國家公布的各項標準進行劃分。

飲水安全評價指標體系包括4個層次，如圖1所示。第一層為系統目標層，只有1個要素-地下水系統安全，第二層為安全評價準則層，包括3個要素：水質安全、水量安全和防護安全，第三、四層為屬性指標層，包括7個要素，20個指標，水質安全充分體現一般化學指標、毒理指標及污染指標對人類健康的影響，依據銀川平原地下水水化學特征分析（荊秀艷等，2012），選取溶解性總固體、總硬度、氯化物、硫酸根離子、錳、氟、砷、硒、碘、硝態氮、氨氮作為水質指標；水量安全保證充足的水量供應，由開采程度和資源供給能力來表現（任小榮，2007）；地質防護安全采用了美國環保局（USA EPA）1985年提出DRASTIC模型中6項反映地下水自身屬性的因子（鐘佐燊，2005），作為地質防護性因子，由于本區地表生態鹽漬化、湖泊濕地較為突出，因此增加了反映地表生態防護性指標共7項因子，即地下水埋深、凈補給R、包氣帶巖性、含水介質、含水層的厚度、地形坡度、水力傳導系數及鹽漬化、湖泊濕地。

圖1 銀川平原飲水安全評價指標體系Fig. 1 Evaluation index system of dringking water safety

1.1 評價標準與評分

1.1.1 水質評價標準及評分

水質安全評價因子分級標準主要以地下水質量標準“GB/T 14848-1993”中的類別界線作為級別劃分的標準，共劃分為5個級別，其中將三級標準以內水質劃分為安全，四級、五級為不安全和極不安全，對應的評分為1～5分，評分越高，水質越差，不同級別標準值相同時，從優不從劣。例如，本區礦化度、硫酸鹽等一般化學物質分布廣泛，基本劃分為4～5個級別，其級別分布及評分見圖2、圖3所示。

圖2 礦化度分布及評分Fig. 2 Standard and scoring of Total soluble solids

1.1.2 水量評價標準及評分

研究區為引黃灌區，地下水補給資源豐富，據2003年水資源評價結果，銀川平原地下水可開采資源為 16.4357×108m3·a-1，占天然補給資源量22.206×108m3·a-1的74.02%，開采資源小于天然補給資源，開采資源量是有保證的。為此結合研究區的實際情況，以行政區為單元，依據可開采模數及開采率的相對大小并參考前人等級劃分標準，將可采資源模數和開采率劃分為5個級別，同樣將三級標準以內劃分為水量安全，四級、五級分別為水量不安全、極不安全，對應評分為1～5分，分數越高越不安全。開采模數及開采率評分標準如圖4、圖5。

圖4 開采程度分布及評分Fig. 4 Standard and scoring of Exploiting Ratio

圖5 可開采資源模數分布及評分Fig. 5 Standard and scoring of Exploitable Module

1.1.3 防護評價標準及評分

防護性能各指標因子的分級標準主要以DRASTIC方法為基礎，設計的分值范圍是1～10，防護性能最好的評分為1，最差的評分為10。并結合研究區的實測和收集資料情況進行了相應的調整，其中凈補給量用補給模數來表達，基本按等間距進行分級與評分；研究區含水介質與包氣帶巖性基本為松散巖類，按顆粒大小、分選狀況給予定性分析及評分；除此之外研究區表層生態環境較為獨特，湖泊濕地眾多、土地鹽漬化、沙漠化分布廣泛，且與地下水關系密切，為此本次選取表層生態作為地下水防護功能指標之一。湖泊濕地與地下水具有直接的水力聯系，受到污染直接影響地下水的水質，評分為 10分；鹽漬化土壤中鹽份較高，受到灌溉及雨水的淋濾作用后鹽份會向下遷移進入到含水層中，重度區評分為 10分，中度區評分為 8分，輕度區為4分，非鹽漬化區表層土壤多為粉質、粘質土壤，防護功能相對較好，評分為1分；沙漠地區滲透性較好，只要有污染源地下水也極易受到污染，同樣重度區評分為 10分，中度區評分為 8分，輕度區為4分。例如圖6、圖7。

2 評價方法

以飲水安全評價指標體系為基礎，從系統評價出發，采用層次分析法對各層指標確定權重，采用迭置指數法計算綜合指數，具體步驟如下：

圖6 埋深分布及評分Fig. 6 Standard and scoring of Groundwater Depth

圖7 鹽漬化程度分布及評分Fig. 7 Standard and scoring of Sanitized Soil

2.1 層次分析法

利用層次分析法計算權重。首先依據層次結構，應用薩蒂教授的表度法，對不同指標的比較結果給以數量表度，建立評價體系的各個層次的兩兩比較判斷矩陣，共建立4個判斷距陣，并按環境地質調查評價信息系統軟件輸入要求形成判斷矩陣文件，然后根據方根法計算權重，例如目標層A與準則層B的判斷距陣及權重如表1、表2、表3、表4和表5所示。

表1 飲水安全評價層次結構Table 1 Hierarchy of Dringking Water Safety Evaluation

表2 A判斷矩陣Table 2 Comparison matrixes evaluating(A)

表3 B1判斷矩陣Table 3 Comparison matrixes evaluating(B1)

表4 B2判斷矩陣Table 4 Comparison matrixes evaluating(B2)

表5 B3判斷矩陣Table 5 Comparison matrixes evaluating(B3)

2.2 迭置指數法

利用迭置指數法計算綜合指數。根據監測點數據在MAPGIS中采用Kring插值法分別獲得各指標等值線圖，并形成相應的MAPGIS面屬性文件20個，并根據上述評價標準及評分，對面屬性文件由好到差進行賦值，利用項目組開發的生態環境評價信息系統計算各指標評分值與層次分析法確定的權重的乘積迭加得出的綜合指數值，并利用系統的制圖、空間分析、圖像分析、屬性庫管理等功能，完成水質、水量、地質防護功能及其總的飲水安全評價和區劃。

3 評價結果與討論

飲水安全綜合評價是水質安全、水量安全、地質防護安全的綜合反映，共劃分為3個區，評價結果如圖8。

圖8 銀川平原地下水飲水安全區劃Fig. 8 Zoning of dringking Safety in YinChuan plain

（1）Ⅰ區為地下水深埋區，主要分布在山前洪積斜平原，蓋層厚度大，埋深大于10 m，人類活動少，地質防護性能高，礦化度低，小于0.5 g·L-1，未出現與地下水有關的人類健康關系問題，水質安全，不足之處在于地下水以降雨補給為主，徑流坡度大，水源為過路水，可開采資源量相對較小，水量安全程度差，總體來說飲水安全性相對較好。

（2）Ⅱ區分布于平原內大部分地區，飲水安全性能差。在平原北部，為鹽漬化、湖泊濕地集中分布區域，表層生態防護性差，污染物質易于進入地下水，再加上水位埋藏淺，小于1 m，蒸發濃縮作用強烈，錳、硬度、可溶解性固體、硫酸鹽等指標均已超過三類水質標準，水質安全性較差。

（3）Ⅲ區域主要分布在銀北平原平羅以北、黃河兩岸及平原周邊，飲水極不安全。Ⅲ1區為污染集中區域，分布于銀北地區黃河西岸一帶，突出特點為水量、地質防護性相對較好，但水質極差，除氟、砷元素在三類標準以內外，硬度、可溶解性固體等多項指標嚴重超標；Ⅲ2區為污水溝的集中排泄區，分布于銀川平原平羅以北，土地鹽漬化嚴重，除砷氟各種元素外，水質指標嚴重超標；Ⅲ3區為平原周邊地區，分布于青銅峽以南、黃河東岸及苦水河流域一帶，水量、地質防護功能相對較好，由于地層本身巖性影響，水中氟元素相對較高，出現與氟有關的地方性疾病，除此之外，礦化度、可溶解性固體、氯化物、硫化物等含量相對較高，陶樂、臨河堡等局部地區出現氮污染，水質極不安全。

4 結論

結合銀川平原地域特點，構建了地下水飲水安全評價指標體系，并對淺層水進行了飲水安全評價，評價結果與研究區水文地質條件相符。

（1）飲水安全區一級區地下水埋藏深，水質相對較好，但水量補給有限，開發過程有必要控制開采量。

（2）飲水安全區二級區水位埋藏淺，蒸發、混合作用強烈，且湖泊濕地眾多，鹽漬化普遍，水質及地表防護性能較差，水資源可用作農田灌溉或通過改水措施等再利用，同時應防止生活污水、工業污水和固體廢棄物排入。

（3）飲水安全三級區為地下水排泄、污水聚集或原生環境氟、硫酸根等元素高含量區域，水質極差，在該區域內應加強溝渠等排水設施的管理，控制化肥農藥的施用量，必要時應采取去氟去鹽等改水措施。

VOUTCHKOVA D D, EMSTSEN V, HANSEN B, et al. 2014. Assessment of spatial variation in drinking water iodine and its implications for dietary intake: A new conceptual model for Denmark[J]. Science of The Total Environment, 493(15): 432-444.

DIETER H H. 2014. Drinking-Water Criteria (Safety, Quality, and Perception) [S]. Encyclopedia of Toxicology (Third Edition): 227-235.

STROHEKER T, PELADAN F, PARIS M. 2014. Safety of Food and Beverages: Water (Bottled Water, Drinking Water) and Ice[J]. Encyclopedia of Food Safety, 3: 349-359.

WANG TIEYU, PANG BO, TAN BING, et al. 2014. Benzene homologues in environmental matrixes from a pesticide chemical region in China: Occurrence, health risk and management[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 104: 357-364.

曾光明, 黃瑾輝. 2003. 三大飲用水水質標準指標體系及特點比較[J].中國給水排水, 19(7): 30-32.

陳敏建, 陳煉鋼, 豐華麗. 2007. 基于健康風險評價的飲用水水質安全管理[J]. 中國水利, (7): 12-15.

甘日華. 2007. WHO和世界主要國家生活飲用水衛生標準介紹[J]. 中國衛生監督雜志, 14(5): 353-356.

韓冰, 何江濤, 陳鴻汗, 等. 2006. 地下水有機污染人體健康風險評價初探[J]. 地學前緣, 13(1): 224-229.

荊秀艷, 王文科, 張福存, 等. 2012. 銀北平原地下水水化學特征及形成[J]. 人民黃河, 34(1): 65-69.

李曉玲, 劉銳, 蘭亞瓊, 等. 2013. J市飲用水氯消毒副產物分析及其健康風險評價[J]. 環境科學, 34(9): 3474-3479.

劉生寶, 李晉杰, 孫國才, 等. 2010. 基于綜合指數法的小城鎮地下水飲水安全評價[J]. 環境科技, 23(1): 46-48.

任小榮. 2007. 銀川平原地下水脆弱性評價[D]. 西安: 長安大學: 21-35.

師紅霞, 王姝黃, 川友. 2014. 西藏自治區河流型飲用水水源地安全評價指標體系研究[J]. 水利科技與經濟, 20(3): 5-8.

王麗紅. 2008. 城市飲用水地下水水源地安全評價體系研究[D]. 山東:山東農業大學: 19-61.

王麗萍, 周曉蔚, 黃小鋒. 2008. 飲用水水源地健康風險評價[J]. 水資源保護, 24(4): 14-17.

王碩, 朱華平, 柴志妮, 等. 2009. 國際飲用水安全評價[J]. 食品研究與開發, 2(11): 182-185.

張嵐, 王麗, 鄂學禮. 2007. 國際飲用水水質標準現狀及發展趨勢[J]. 環境與健康雜志, 24(4): 451-453.

鐘佐燊. 2005. 地下水防污性能評價方法探討[J]. 地學前緣, 12(特刊): 3-11.

周振民, 周玉珠. 2013. 基于熵權法的河北省農村飲水安全評價[J]. 中國農村水利水電, (8): 58-62.

朱延美, 許寧, 張文平. 2004. 我國飲用水安全性研究現狀[J]. 北方環境, 29(6): 24-26.

Index System Methods and Safety Evaluation on Groundwater for Drinking

JING Xiuyan1,2, YANG Hongbin3, WANG Wenke3, CAO Yuqing4
1. College of Geology and Environmental Engineering, Xi′an University of Science and Technology, Xi′an 710054, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Exploration And Comprehensive Utilization of Mineral resources, Xi’an 710054, China; 3. College of Environmental Sciences and Engineering; Changan University, Xi’an 710054, China; 4. College of Environment and Resources, Jilin University, Changchun 130026, China

Due to exposed to serious pollution and influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. Through investigation and analysis, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health, studying quality and quantity of groundwater, as well as geological protective performance; safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods with the help of GIS software platform. The results of safety evaluation show that Groundwater of Region I is deep and has good quality condition, but water replenishment is limited, so exploitation quantity should be controlled; water level of Region II is shallow, with violent evaporation and a great number of lakes and wetlands. Salinization here is common and water quality and surface protective performance is poor. The water resource in this region can be used for agricultural irrigation or recycling after being improved. In the meantime, discharging of domestic sewage, industrial waste water and solid wasDue to exposing to severe pollution and the influence of natural conditions, drinking water safety has become a hotspot issue drawing high attention from the state and government. Yinchuang Plain is in serious quality-induced water shortage. With the consideration of groundwater quality, quantity and geological protective performance, this paper established a drinking water safety evaluation system from the perspective of headwaters and human health through investigation and analysis. Moreover, safety evaluation on groundwater exploration for drinking in Yinchuan Plain was conducted by adopting analytic hierarchy process and overlay and index methods under the GIS software platform.

Yinchuan Plain; drinking water safety; index system evaluation

X824

A

1674-5906（2015）01-0090-06

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.014

荊秀艷，楊紅斌，王文科，曹玉清. 地下水飲水安全指標體系構建及評價[J]. 生態環境學報, 2015, 24(1): 90-95.

JING Xiuyan, YANG Hongbin, WANG Wenke, CAO Yuqing. Index System Methods and Safety Evaluation on Groundwater for Drinking [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 90-95.

陜西省自然科學基金（2013JQ5004）；國家自然科學基金（41472220）；陜西省礦產資源勘查與綜合利用重點實驗室開放課題基金（2014HB009）

荊秀艷（1973年生），女，講師，博士，主要從事水文地質、水質安全等方面的研究。E-mail：973972685@qq.com

2013-11-22