甘肅省城市飲用水安全綜合評價

齊鵬 王曉嬌 徐海鵬 李培都 楊凱凱

摘要 基于污染問題頻發和人口持續增加的現狀，運用專家咨詢法、層次分析法和主成分分析法構建評價指標體系，通過灰色模型和綜合評價法對2003～2013年甘肅省的城市飲用水安全進行了評價。結果表明：構建的評價指標體系合理可行；2003～2013年綜合評價值呈波動增長趨勢，基本符合實際情況；影響城市飲用水的主要指標依次為主城區人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質合格率和水源地水質等級。

關鍵詞 城市飲用水；綜合評價；關聯度分析；甘肅

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-268-04

Abstract Based on the frequent pollution problems and increasing population， the evaluation index system was established by using expert consultation method， analytic hierarchy process and principal component analysis， urban drinking water security in Gansu Province from 2003 to 2013 was evaluated through gray models and comprehensive evaluation method. The results showed that the evaluation index system is reasonable and feasible. From 2003 to 2013， the comprehensive estimate shows a trend of undulatory growth， which basically accords with the actual situation. The main indexes affecting urban drinking water are population density in main urban area，popularizing rate of urban water， annual per capita disposable income of urban residents， water consumption， the qualified rate of water quality and water quality grade.

Key words Urban drinking water； Comprehensive assessment； Correlation degree analysis； Gansu

飲用水安全直接關系著城市的穩定和發展，是國家公共衛生體系的重要組成部分[1]。伴隨著人口的增加、社會經濟的發展以及城市建設的加快，環境污染問題日益嚴重，致使飲用水水質問題趨向復雜化[2-3]。目前，我國飲用水安全態勢嚴峻，全國1 073個集中式地表水水源地有25%水質不達標[4]，一些地區存在著飲用水水質嚴重不達標、供水保證率低、水性地方病等問題。相當一部分城市水源污染嚴重，威脅到飲水水質[5]。

20世紀60年代開始，世界各國相繼開始了城市飲用水安全的相關研究，并提出了各類水質綜合評價指數的數學模型[6]。余若禎等[7]提出了側重水質評價的飲用水安全評價指標體系——生物毒性測試指標體系和微量有毒有害物質化學指標體系，王東紅等[8]、敬燕燕等[9]建立了一種可以應用于飲用水中有毒污染物的篩選和健康風險評價的方法，為飲用水質對人體的綜合效應評價提供了行之有效的方法和依據。但是，針對西部半干旱地區飲用水安全的研究還處于初步階段[10-13]，相關工作主要是對單純的水質、水量的基本評價，較少考慮經濟、供水、環境影響等綜合因素。因此，筆者以甘肅省為例，從經濟社會、供水用水和環境影響3個層面選擇指標，對甘肅省城市飲用水安全進行綜合評價，以期為甘肅省飲用水管理提供參考。

1 研究區概況

甘肅省位于我國西北內陸地區，地處黃河上游，地理位置：92°13′～108°46′ E，32°11′～42°57′N，共有4個縣級市、58個縣、7個民族自治縣、17個轄區，全省土地總面積45.40萬km2。水資源主要分屬黃河、長江、內陸河3個流域，9個水系。全省河流年總徑流量415.80億m3，地下水304.08 m3。全省城鎮人口998.80萬人（2012年），人均水資源僅為全國的50%。

甘肅省城鎮集中式飲用水水源地共119個，其中地下水型79個，河流型30個和湖庫型10個。現用水源地113個，備用水源地6個，總服務人口646.51萬人。全省水源地設計年取水總量1 384.49萬m3，實際取水總量1 108.52萬m3，地下水型、河流型和湖庫型三類水源地的取水量分別占實際取水總量的85.85%，9.59%和4.56%。全省飲用水水源地有取水口/供水井656個[14]。

2 材料和方法

2.1 數據來源

農田有效灌溉面積、農田實灌面積、林牧漁用水面積等用水狀況數據來源于2003～2013年《甘肅省水資源公報》，GDP、城鎮居民年人均可支配收入、恩格爾系數等經濟狀況數據和二氧化硫排放強度、COD排放強度、PM10等環境狀況數據來源于2003～2013年《甘肅省統計年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 飲用水現狀評價方法。

評價指標的篩選用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA），各指標權重的確定用層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）[15-16]，數據標準化和綜合得分計算公式如下：

3 結果與分析

飲用水的安全是各個方面因素綜合的結果表現，并不是單一方面的影響。根據甘肅省實際情況，從用水狀況、經濟狀況、環境狀況3個方面分析影響因素（表1）。

3.1 缺失數據處理方法

運用灰色模型對缺失數據通過Matlab軟件擬合，得到擬合方程（表2），水源地水質等級和水源地管理體制等定性數據轉化為定量分值。

3.2 評價指標體系構建

利用Matlab軟件對表1涉及的因素進行主成分分析，計算相關系數矩陣的前幾個特征根及其貢獻率；通過問卷調查和咨詢專家的方法，運用AHP法確定權重及關聯度（表3）。

由表3可知，城市飲用水的影響指標依次是供水用水指標、環境影響指標和經濟社會指標。經濟社會指標包括4個指標，其中城鎮居民年人均可支配收入和城市用水普及率對城市飲用水的影響相對大于主城區人口密度和恩格爾系數；供水用水指標包括5個指標，其中居民生活用水量、地下水源供水量、地表水源供水量對城市飲用水的影響相對大于地下水開采凈消耗量和枯水期來水量保證率；環境影響指標包括7個指標，對城市飲用水的影響結果基本一致。關聯度計算結果表明影響城市飲用水的主要指標依次為主城區人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質合格率和水源地水質等級。

3.3 綜合評價結果

對初始數據用公式（1）進行去量綱后，利用公式（2）計算綜合得分，得到各個年份的綜合得分（圖1）。

從圖1可知，研究時段內經濟社會指標、環境影響指標、總體評價結果均呈上升趨勢，供水用水指標呈下降趨勢。經濟社會指標從2003年的-0.09上升至2013年的1.03，變化趨勢顯著，主要是由于城市居民年人均可支配收入和城市用水普及率分別從2003年的6 878.32元、84.7%提高到2013年的18 964.78元、95.0%，主城區人口密度也下降了37.5%；環境影響指標從2003年的-0.061上升到2013年的0.660，變化趨勢明顯，主要是由于隨著國家對環境的重視，環境影響評價指標均有不同程度的提高，2008年最低是由于該年度工業用水排放達標率有所下降；供水用水指標從2003年的0.24下降到2013年的-0.15，下降幅度明顯，主要是由于居民生活用水量、地表水源供水量大幅度增加，枯水期來水量保證率變化小；總體評價結果從2003年的-0.21上升至2013年的0.47，上升幅度顯著，經調查與實際情況吻合，說明城市飲用水發展勢態較好。

4 結語

對城市飲用水安全狀況進行全面合理評價，是制定城市飲用水安全保障對策措施的依據，也是相關規劃措施布局的重要基礎。運用專家咨詢法、層次分析法和主成分分析法構建的甘肅省城市飲用水評價指標體系，涉及經濟社會、供水用水和環境影響3個方面，共計16個指標。測算結果表明：

甘肅省城市飲用水安全狀況總體呈良性發展，基本符合實際情況；影響城市飲用水的主要指標依次為主城區人口密度、城市用水普及率、城市居民年人均可支配收入、居民生活用水量、供水水質合格率和水源地水質等級，在進行城市飲用水安全保障工作時應加強該方面的分析，以期為城市飲用水安全工作建立良好基礎。

參考文獻

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